69.Принцип работы эхолота. Блок схема работы эхолота и назначение каждого из блоков. Основные факторы влияющие на скорость распространения звука в воде.

 

Принцип работы современных эхолотов основан на измерении времени прохождения в воде импульса ультразвуковых колебаний от судна до дна моря и обратно.

Эхолот состоит из четырех основных элементов: передатчика (излучателя), приемника (датчика), преобразователя (тран-дюсера) и экрана (дисплея).

Передатчик вырабатывает следующие через определенные интервалы времени высокочастотные импульсы. В современных эхолотах применяются частоты 50 и 200 кГц, иногда встречается частота 192 кГц. Излучаемые преобразователем звуковые сигналы распространяются в воде со скоростью около 1500 м/сек. и отражаются от дна, рыб, водорослей, камней и пр. предметов (. Достигшие до приемника эхо-сигналы возбуждают в нем электрические импульсы, которые затем усиливаются в преобразователе и поступают в дисплей.

Дисплей отображает результаты ультразвукового зондирования и управляет работой прибора. Для этого на нем имеется жидкокристаллический монохромный или цветной экран и клавиатура 

Отображение подводного пространства под судном в координатах «глубина – время» осуществляется посредством вспомогательной (медленной) горизонтальной развертки, передвигающей текущее изображение влево по экрану. Таким образом, на левой стороне экрана создается картина того, что происходило под водой во время зондирования за некий предыдущий отрезок времени.

Преобразователь (тран-дюсер) эхолота

Преобразователь является важнейшим элементом эхолота, во многом определяющим его характеристики. Он преобразует энергию электрических высокочастотных импульсов в ультразвуковые колебания и, в то же время, производит обратное преобразование отраженных ультразвуковых сигналов в электрические сигналы.

По способу преобразования электрической энергии в звуковую существуют несколько видов преобразователей, но на малых судах в силу их малых размеров прижились только пьезоэлектрические.

Основным элементом пьезоэлектрического преобразователя является кристалл титаната бария (встречаются кристаллы и из других материалов) цилиндрической формы с нанесенными на его поверхности металлическими покрытиями. Такой кристалл помещается в металлический или пластиковый корпус и заливается хорошо проводящим звук материалом.

Под воздействием приложенного к рабочим поверхностям кристалла переменного электрического поля в нем возникают упругие колебания, в результате чего кристалл начинает сокращаться и расширяться, вызывая возникновение волн в воде.

Отраженные от дна или каких-либо других подводных объектов волны, воздействуя на кристалл, вызывают появление на его рабочих поверхностях переменного напряжения, поступающего на приемник эхолота.

Вода, являясь средой распространения созданных преобразователем ультразвуковых волн, оказывает существенное влияние на работу эхолота, поэтому знание особенностей прохождения волн в воде полезно владельцу для эффективного использования прибора.

На эффективность работы эхолота оказывают влияние следующие характеристики среды распространения:

- Затухание энергии звуковых волн в воде;

- Наличие отражений звуковых волн в воде.

Затухание энергии

 Затухание звуковой энергии в воде состоит из двух составляющих – затухание свободного пространства и затухание в среде распространения.

Затухание свободного пространства – это абстрагированное от среды распространения, зависящее только от дальности, ослабление звуковой энергии.

При активной гидролокации, когда звук проходит одно и то же расстояние дважды, затухание свободного пространства пропорционально четвертой степени глубины.

Затухание энергии звуковых волн в воде объясняется ее поглощением и рассеиванием находящимися в воде минеральными и органическими частицами, микроорганизмами и пузырьками воздуха.

Наименьшее затухание вносит пресная холодная вода – из-за низкой температуры она обладает более высокой плотностью и в ней находится минимум органики. В пресной воде с одинаковым успехом можно пользоваться эхолотами как с низкой, так и с высокой частотами излучения.

Соленая морская вода, напротив, содержит большое количество солей, планктона и минеральных частиц, особенно в хорошо прогретых верхних слоях моря, поглощающих и рассеивающих энергию звуковых волн. Значительное ослабление энергии в соленой воде вносят содержащиеся в ней пузырьки воздуха, возникающие при образовании ветровых волн.

Наличие отражений

Отражения в любой среде – в воде, в воздухе – образуются неоднородностями, отличными по плотности от среды. Ими могут быть какие-либо предметы (камни, грунт, рыба, растительность, воздушные пузыри), либо слои воды с разной температурой (так называемые термоклины, речь о которых пойдет позже). В глубоких водоемах может быть несколько термоклинов.

Если в пресной воде затухание звуковой энергии на разных частотах практически одинаковы, то в морской воде затухание и отражение от термо клинов с ростом частоты увеличивается.