Билет 8

Из-за высокой плотности среды (морская вода в 800 раз плотнее воздуха) в воде звук распространяется гораздо быстрее и дальше, чем в атмосфере. Звуки низкой частоты, например звук работающего судового двигателя, часто можно услышать, когда само судно еще не видно. Скорость звука в воде повышается с ростом ее температуры, солености и давления — последнее растет с глубиной. На распространении звука сказываются также термоклинья(места встречи слоев воды, имеюших разную температуру).

Разность температуры по обе стороны термоклина означает также разную плотность воды. Когда звуковые волны пересекают границу слоев с разной плотностью, они теряют значительную часть своей энергии. При столкновении с термоклином полоса звука может отразиться частично и даже полностью — в зависимости от угла падения — с образованием по другую сторону термоклина зоны тени. Так, если источник звука находится в воде над термоклином, ниже услышать что-либо будет сложно.

Рефракция - физ. искривление направления распространения световых, звуковых, радиоволн из-за неоднородности среда (напр., оптической неоднородности, изменений температуры, диэлектрической проницаемости и др.);

Образование акустических теней. Степень дифракции зависит от соотношения размеров препятствия и длины волны . При приближении размеров препятствия к величине  дфиракция выражается заметнее и область акустической тени уменьшается

Влияние рефракции ….

Рефракция звука — искривление звуковых лучей в неоднородной среде (атмосфера, океан), в которой скорость звука зависит от координат.

В океане рефракция звука обуславливается неоднородностью свойств воды, главным образом по вертикали, вследствие изменения гидростатического давления с глубиной, изменения солёности и изменения температуры, возникающего вследствие неодинакового прогрева массы воды солнечными лучами.

Рефракция в океане обусловливает образование зон тени, сверхдальнее распространение звука, фокусировку звука и ряд других особенностей распространения звука.

Гидроакустические преобразователи

Гидроакустический преобразователь представляет собой техническое устройство, которое преобразует электрические колебания в механические, или, наоборот, механические колебания в электрические.

Существуют два основных класса гидроакустических преобразователей:

1. магнитострикционные;

2. пьезоэлектрические.

Принцип действия магнитострикционных преобразователей

3. В магнитострикционных преобразователях используется явление магнитострикции. Явление магнитострикции заключается в том, что в некоторых ферромагнитных материалах под воздействием магнитного поля возникает деформация, характеризуемая изменением длины образца при расположении его вдоль магнитных силовых линий. Этот эффект называется прямым магнитострикционным эффектом.

4. Если при возрастании напряженности магнитного поля длина стержня увеличивается, то магнитострикцию называют положительной, а если длина стержня уменьшается, то магнитострикцию называют отрицательной.

Технические характеристики магнитострикционных преобразователей

Магнитострикционные преобразователи широко применяются в гидроакустической рыбопоисковой аппаратуре благодаря их простоте и надежности. Эти преобразователи имеют высокую механическую прочность и не подвергаются коррозии в морской воде. При изготовлении преобразователей легко обеспечивается необходимая изоляция обмоток, т. к. для их работы не требуется применение высоких напряжений.

К недостаткам магнитострикционных преобразователей относятся следующие:

1. невозможность использования высоких рабочих частот: верхний предел излучаемых частот ограничен частотой 60 кГц;

2. сравнительно невысокий КПД (20% – 30 %);

3. низкая чувствительность в режиме приема;

4. зависимость собственной частоты от температуры.

Принцип действия пьезоэлектрических преобразователей

5. Работа пьезоэлектрических преобразователей основана на использовании прямого и обратного пьезоэлектрического эффекта.

6. Прямой пьезоэлектрический эффект заключается в том, что под действием механических сил, приложенных к кристаллам некоторых веществ, на поверхностях этих кристаллов появляются электрические заряды, величина которых пропорциональна степени деформации.

7. Если кристалл поместить между двумя электродами, подключенными к источнику переменного напряжения, то он будет претерпевать деформацию, величина и знак которой зависит от напряженности электрического поля и его полярности. Появление механической деформации под действием электрического поля называется обратным пьезоэлектрическим эффектом.

Гидролокация - определение положения подводных объектов при помощи звуковых сигналов, излучаемых самими объектами (пассивная локация) или возникающих в результате отражения от подводных объектов искусственно создаваемых звуковых сигналов (активная локация). Под термином «Г.» понимают исключительно звуковую локацию, поскольку звуковые волны являются единственным известным в настоящее время видом волн, распространяющихся в морской среде без значительного ослабления. Г. имеет большое значение в навигации для обнаружения невидимых подводных препятствий, при рыбной ловле для обнаружения косяков и отдельных крупных рыб, в океанологии как инструмент исследования физических свойств океана, картографирования морского дна, поиска затонувших судов и т.п., а также в военных целях для обнаружения подводных лодок, надводных кораблей и др. и наблюдения за ними, для определения координат целей при применении торпедного и ракетного оружия.

Для определения дальности объекта чаще всего пользуются импульсной, частотной и шумовой модуляциями сигнала. При импульсной модуляции расстояние R до цели находится по времени запаздывания t₀ отражённого импульса: R=ct₀/2, где с — скорость распространения звука в среде. При частотной модуляции частота f излучаемого сигнала меняется со временем t по линейному закону f (t)=f₀+γt, где f₀ и γ — постоянные начальная частота и скорость изменения частоты. Поэтому отражённый сигнал, принятый приёмником, будет отличаться по частоте от сигнала, излучаемого в данный момент, т.к. принятый сигнал представляет собой задержанную на время t₀ копию посланного сигнала, а частота излучаемого сигнала за время t₀ изменилась согласно приведённой формуле. Для неподвижной цели разность частот будет постоянной и равной f_ = γt₀. Выделив разностную частоту, определяют расстояние до цели R по формуле R=cf_/2γ. Аналогична схема действия Гидролокатора с шумовым излучением и корреляционной обработкой сигнала.

         Основной характеристикой гидролокаторов является дальность обнаружения, которая зависит от мощности излучаемого сигнала, от уровня акустических помех и от условий распространения звука в водной среде. Дальность обнаружения обычно определяют по величине т. н. порогового сигнала, т. е. сигнала минимальной интенсивности, ещё различимого на фоне помех. Если помеха и сигнал независимы, то пороговый сигнал определяется отношением полной энергии полезного сигнала к мощности помехи в данном частотном интервале. Т. о., дальность обнаружения для систем с различными видами модуляции будет одинаковой, если одинакова их полная энергия излучения. Если основная помеха — хаотическое отражение сигнала от неоднородностей среды (т. н. реверберационная помеха), то пороговый сигнал не зависит от мощности излучаемого сигнала, а определяется исключительно шириной полосы его частот; в этом случае более эффективны системы с частотной модуляцией сигнала и с шумовой посылкой.

         Наряду с помехами на дальность обнаружения оказывает влияние рефракция, имеющая место в сложных гидрологических условиях. Современные гидролокаторы способны обнаруживать большие отражающие объекты в среднем на расстоянии нескольких км.