ДВУХКООРДИНАТНЫЙ ЭХОЛОТ

Изобретение относится к гидроакустической навигации подвижных подводных объектов, в которую, наряду с координатами места и элементами движения, включают также и обе координаты по глубине, а именно, расстояние от объектов до дна и глубину их погружения, т.е. расстояние до поверхности.

Предмет предлагаемого изобретения, а именно, средство оперативного измерения глубины погружения подвижного подводного объекта и расстояния его до дна, довольно широко представлен устройствами различного типа для обеих указанных групп, общей особенностью которых является индивидуальное конструктивное исполнение каждого из типов при полном отсутствии общих элементов в разных группах.

Так, например, измерение расстояния до дна от погруженного подводного объекта Н_д производят с помощью устройств, называемых эхолотами, в названии которых заложен принцип их действия, а именно, излучение в сторону дна ультразвукового импульса и фиксирование времени его распространения до дна и обратно, с последующим вычислением измеряемой величины Н_д в соответствии с алгоритмом , где τ - суммарное время распространения сигнала от антенны, устанавливаемой обычно в нижней части объекта, до дна и обратно со скоростью с_зв [1].

Устройства измерения глубины погружения объекта Н_погр, представлены в основном механическими глубиномерами, чувствительным элементом которых являются датчики статического давления Р_ст на данной глубине (включая и атмосферное) и функционирующими в соответствии с алгоритмом Н_погр=10(Р_ст-1), в котором значение глубины получают в метрах, если значение давления представлено в атмосферах. В качестве датчиков давления наиболее широко известно использование спиральной трубки Бурдона, а также устройств с применением диафрагм и капилляров [2]. Среди устройств с гидроакустическим принципом измерения глубины известны т.н. эхоледомеры [3], гидроакустическая антенна которых, в отличие от эхолотов, устанавливается в верхней части объектов и ориентирована своим излучением вверх, перпендикулярно к поверхности.

Как нетрудно заметить, очень близкие по физической сущности величины, а именно, глубина под килем и глубина погружения подводных объектов, измеряются различными как по контролируемым параметрам (статическое гидроакустическое давление и временной интервал), так и по техническим средствам их измерения (механические и электронные устройства).

Этот недостаток может быть устранен разработкой гидроакустического устройства, с помощью которого обе координаты измеряются посредством контроля двух параметров: во-первых, временного интервала (как и в эхолоте) и, во-вторых, параметра, характеризующего изменение свойств электроакустических преобразователей (в данном случае излучателей) с изменением глубины. В качестве прототипа изобретения выбран тракт излучения гидроакустических сигналов [4], имеющий в своем составе фазометрическое устройство, позволяющее контролировать момент наступления и степень развития кавитации электроакустических излучателей антенны по соотношению значений активной и раактивной составляющих комплексного сопротивления излучения. Это соотношение определяется изменением величины реактивной его составляющей, сопровождающим явление кавитации.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является совмещение функций измерения двух означенных выше координат по глубине относительно дна и поверхности водной среды в одном устройстве. Не менее значимым техническим результатом в данном случае является и существенное конструктивное упрощение устройств, применяемых для решения аналогичных задач, за счет комплексирования двух приборов в одном. Кроме этого, представляемый в электронном (цифровом) виде результат измерений может непосредственно восприниматься и использоваться по назначению в реальном масштабе времени различными потребителями информации.

Указанный результат достигается тем, что используется свойство электроакустических излучателей гидроакустических антенн изменять величину активной составляющей своего сопротивления излучения с глубиной, т.е. с изменением статического давления на их поверхность, а, следовательно, и фазовый сдвиг между подводимым к ним напряжением и потребляемым ими током, поэтому выход фазоизмерительного устройства подключен к индикатору глубины погружения антенны или другому устройству, потребляющему информацию, представляемую в значениях глубины.

Структурная схема устройства представлена на фиг. 1, где цифрой 1 обозначен ультразвуковой генератор, 2 - фазоизмерительная схема, 3 - переключатель «передача - прием», 4 - приемоизлучающая гидроакустическая антенна, 5 - индикатор глубины погружения носителя эхолота, 6 - приемник отраженного сигнала с индикатором расстояния от носителя до дна. Представляемая индикатором глубина погружения объекта, естественно, должна учитывать вертикальную его протяженность, точнее, расстояние от киля, где расположена антенна, до верхнего обвода корпуса объекта, что реализуется при градуировке шкалы индикатора глубины погружения (глубиномера).

Нетрудно видеть, что функциональное и конструктивное комплексирование состоит в том, что в измерении расстояния до дна (глубины под килем) по схеме эхолота, принимают участие ультразвуковой генератор 1, переключатель режимов прием-передача 3 (в обоих режимах), гидроакустическая антенна 4 и приемник с индикатором глубины под килем 6, а в измерении глубины погружения, т.е. по схеме глубиномера, работают генератор 1, фазоизмерительная схема 2, переключатель режимов прием передача 3 (в режиме излучения), гидроакустическая антенна 4 и индикатор глубины погружения 5.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с аналогами и прототипом показывает, что оно, во-первых, позволяет решать новую задачу оперативного определения двух координат по глубине (расстояния погруженного подвижного аппарата от поверхности и до дна) одним устройством, в конструкцию которого, во-вторых, включено известное фазометрическое устройство, выходной сигнал которого определяется величиной активной (в отличие от прототипа) составляющей сопротивления излучения, и, наконец, в-третьих, в качестве индикатора глубины погружения подводного аппарата используется электронное устройство.

Источники информации

1 Тракт излучения гидроакустических сигналов. Патент РФ №2353950.

2. Богородский А.В. и др. Гидроакустическая техника исследований и освоения океана. Л: Гидрометеоиздат. 1989.

3. Патент РФ №1818606.