Прибор эхолокации

Основные принципы эхолокации

Метод эхолокации основан на измерении промежутка времени DT между моментом посылки ультразвукового импульса в сторону дна и моментом прихода отраженного сигнала — эха. Основная формула определения глубины эхолокацией имеет вид:

h = (C х DT/2) — (l/2) + d , (9.1)

где С — скорость звука в воде, DT — время прохода импульса от излучателя до дна и обратно к приемнику эхосигнала, l — расстояние между излучателем и приемником; d — глубина погружения приемника.

В приведенной формуле величины C, l, d являются известными.

Для эхолокации применяют специальные приборы — эхолоты. В нашей стране для промерных работ на малых глубинах наибольшее распространение получили малогабаритный эхолот «Язь» с диапазоном измерения глубин 0 — 160 м и эхолот ПЭЛ-3 с двумя диапазонами измерения глубин: 0-40 м и 0-200 м (отличаются точностью).

В комплект эхолота входят:

— центральный прибор-регистратор глубин с самописцем эхограмм и оперативным отметчиком;

— источник питания (обычно аккумуляторные батареи);

— сигнальные радиостанции или флаги.

Перед выполнением промеров выполняется тарировка эхолота путем сопоставления измерений глубин ручным лотом (с очень тяжелым грузом для минимизации отклонения троса от вертикали) с данными эхолокации в одних и тех же точках расположения промерного средства.

Достоинства метода эхолокации для промерных работ:

— высокая точность измерения глубин;

— большая скорость выполнения промерных работ (до 15 км/час);

— возможность использования практически любого плавсредства.

Регистрация уровня воды

Регистрация уровня воды в процессе промерных работ производится, как правило, на специально оборудуемых водомерных постах. Нули постов (нулевые отсчеты реек) привязывают по высотным отметкам к реперам Государственных геодезических сетей путем прокладки нивелирных ходов 2 — 3 класса.

Для автоматической регистрации хода уровня воды в процессе промерных работ, водомерные посты оборудуются самописцами уровня типа СУМ «Валдай», что позволяет рассчитывать приведенный к некоторой заданной отметке уровень на любой момент времени в процессе производства промерных работ.

Плановое координирование батиметрических съемок

Определение планового положения промерного средства в процессе выполнения измерений глубин называется координированием промеров. Оно может быть выполнено геодезическим, фотогеодезическим и радиогеодезическим методами и с помощью приборов GPS.

Геодезический метод.

Плановое положение промерного средства геодезическим методом определяют засечкой с берега с использованием теодолитов. На берегу предварительно разбивается базис, с концов которого измеряются углы α и ß между направлением базиса и направлением на промерное средство (рис. 9.1 а). При этом линия визирования совмещается с вибратором эхолота. Взятие отсчетов или графическая регистрация направлений на промерное средство выполняется по команде оператора эхолота (сигнальным флагом или по рации), при этом оператор одновременно делает на эхограмме оперативную отметку (нажатием специальной кнопки на центральном приборе эхолота).

Таким образом, при известном положении базиса по двум углам на его концах определяется плановое положение промерных точек с оперативной отметкой глубины. Иногда, в случае речных промеров, теодолиты устанавливаются на противоположных берегах реки.

Рис. 9.1. Геодезическое координирование промерного

При условии отсутствия сильного сносящего течения (озера или прибрежная зона бесприливных морей в тихую погоду) и при промерах со льда, координирование промерного средства может быть осуществлено одним теодолитом. При этом направление промерного галса разбивают перпендикулярно базису. Промерное средство должно следовать точно по направлению галса (рис. 9.1 б), что весьма проблематично, особенно если промеры выполняются с плавсредств.

Читать еще:  Лодочные права

Координирование промерных средств теодолитами имеет не высокую точность, так как при этом невозможно добиться полной синхронности взятия отсчетов (фиксации направлений и времени) наблюдателями на берегу и на промерном средстве, а также точного движения промерного средства по заранее намеченному галсу.

Что такое эхолокация и где ее применяют?

Нередко мы слышим о каких-то новых или уже привычных изобретениях, которые были созданы величайшими умами человечества, и начинаем восхищаться, каким невероятным образом им удалось совершить действительно стоящее открытие. Практически всегда мы основываемся именно на силах природы и на законах физики, это открытие для многих. В обычных и вполне обыденных явлениях окружающей действительности скрывается невероятный источник знаний и идей, которые можно применять ежедневно для улучшения качества жизни человека. Например, связь звука и эхолокации доказала, что даже без зрения можно жить полноценно.

Что такое эхолокация?

Ознакомившись с простым понятием, будет гораздо проще представлять себе, каким именно образом и по какому принципу работают те или иные технические устройства. Как только мы хотя бы краем глаза взглянем на сам термин, можно будет условно выделить целых два «корня», которые и кроют в себе истинный смысл слова. Это слова «эхо» и «локация».

Глядя на слово «эхо», у нас в принципе не может возникнуть каких-то странных, непривычных ассоциаций или значений, поскольку все мы с самого детства сталкивались с этим явлением и умудрялись даже придумать всевозможные игры с ним. Для человека эхо – это лишь буквально повтор им сказанных слов. Но на самом деле его принцип работы заключается немного в другом, об этом мы успеем поговорить чуть позже. Но все-таки важнейшим элементом эха именно в нашем контексте считается промежуток времени от одного повтора слова до другого. Это важно запомнить и усвоить. Эхолокация людей основана именно на принципе эха, которое ежедневно помогает им жить полноценной жизнью.

Второй «корень» — локация. Как правило, услышав данное понятие, мы представляем себе что-то, как бы это странно ни звучало, локальное и конкретное. В частности какая-то область на карте. В совокупности с первым понятием это дает уже больше информации. Таким образом, делая общий вывод, можно сказать, что при использовании эха живой организм на той или иной местности может определять местонахождение, размер и другие параметры всевозможных объектов на его пути. На таком же принципе построены многие механизмы, работающие при помощи такого природного явления, поэтому можно сказать, что эхолокация в природе и технике тесно переплетаются между собой.

Смотрите видео о том, что такое эхо и эхолокация.

Принцип работы

На самом деле здесь все очень просто и разобраться со сложными на первый взгляд нюансами действительно не составит даже незнающему человеку никакого труда.

Отталкиваться следует от эха – то, без чего явление эхолокации у животных и людей было бы невозможным. Из школьного курса физики каждый из нас знает, что любой звук – это волны, которые с невероятной скоростью разносятся в пространстве. Это касается и эха. Когда мы что-то говорим, звуковые волны начинают распространяться, при этом активно отталкиваясь от всех объектов и препятствий, стоящих на их пути. Они могут возвращаться обратно довольно сильными, тогда мы слышим эхо, а могут так «набегаться в лабиринте», что мы вовсе не сможем ничего уловить.

Читать еще:  Клей момент для пвх лодок

Например, в пустом помещении очень хорошее эхо лишь потому, что отталкиваться там особо не от чего, поэтому волны просто возвращаются назад. А в плотно обставленной комнате все наоборот – объектов настолько много, что волну буквально бросает от одного угла помещения к другому. Можно сравнить эхолокацию с частотой.

Для эхолокации важен период, когда волна отправилась в свободное путешествие, но еще не вернулась. Чем дольше возвращение сигнала, тем дальше расстояние до предмета. Данное правило применяется в эхолокации очень часто.

Эхолокация у животных

На примере живой природы очень легко рассмотреть и понять особенности явления, чтобы позже перейти к более сложным и непонятным простому обывателю «железякам». Ярчайший в живой природе пример эхолокации – летучая мышь. Она издает ультразвук, который и дает ей эхо, помогающее ориентироваться в пространстве и охотиться.

Другие примеры животных-эхолокаторов:

На примере их жизнедеятельности можно догадаться или предположить, где применяется эхолокация.

Эхолокация и её применение

Самый интересный для мужской половины населения вопрос касается применения эхолокации в технике. В особенности это довольно-таки актуальный вопрос для любителей охоты и рыбалки. Недаром практически каждый рыбак-любитель буквально мечтает о таком нужном и полезном приборе, как эхолот. С его помощью всегда можно следить за тем, что творится на дне и делать процесс ловли рыбы в разы эффективнее и, безусловно, приятнее. Кто не хочет вернуться к семье с хорошим уловом?

Применяется эхолокация в военном деле, в промышленности, в технике. Приборов, позволяющих производить какие-либо манипуляции с использованием данного физического явления, очень много, и каждый из них помогает людям особых профессий трудиться производительнее и эффективнее.

Где используется эхолокация?

Самые основные отрасли и отделы ее применения уже были рассмотрены в предыдущем пункте, поэтому сейчас лучше поговорить чуть более конкретно и разобрать специальные устройства, используемые во всевозможных областях человеческой деятельности.

  1. Эхолот – самый популярный прибор из всех представленных, часто приобретается рыболовами для изучения дон водоемов, а в частности рельефов, что помогает избежать неприятных ситуаций в процессе рыбной ловли.
  2. Гидролокатор – устройство, которое применяют для непосредственного обнаружения предметов под толщей воды.
  3. Ультрасонограф – при его помощи врачи имеют возможность рассмотреть внутренние органы пациента и их состояние.
  4. Толщинометр – применяется в промышленности для определения толщины покрытий.
  5. Дефектоскоп – аналогично с толщинометром используется в промышленности для того, чтобы выявить дефекты производства.

Как вы считаете, технология эхолокации изучена уже полностью и все из нее уже выжато? Может быть это еще перспективная сфера? Оставьте свое мнение в комментариях! А также смотрите видео о том, как работает эхолокатор.

Метод ультразвуковой эхолокации

Метод заключается в следующем: ультразвуковые волны, образованные зондом – пьезодатчиком (обратный пьезоэффект), проходят через объект и отражаются от неоднородностей. При этом отраженные сигналы распространяются по тому же пути в обратном направлении и принимаются тем же зондом в интервалах между излучениями (рис. 2) (на основе прямого пьезоэффекта, заключающегося в возникновении разности потенциалов на гранях пьезокристалла под действием механической деформации).

Читать еще:  Выбор лодки для рыбалки

Рассмотрим принцип получения изображения (эхограммы) на экране эхоэнцефалоскопа.

Смещение луча по экрану вдоль горизонтальной оси осуществляется с постоянной скоростью блоком развертки.

Рис. 2. Блок – схема эхоэнцефалоскопа (1 – входной сигнал, 2 – отраженный сигнал).

Возникающий в генераторе электрический импульс возбуждает ультразвуковой зонд и одновременно отклоняет электронный луч на экране прибора, создавая первый пик. После прохождения в веществе отраженный ультразвуковой сигнал принимается зондом, усиливается и передается на электронно-лучевую трубку, создавая второй и следующие пики. Таким образом, расположение импульсов по горизонтальной оси определяется временем, необходимым для прохождения ультразвука до исследуемого объекта и обратно.

Для определения глубины расположения исследуемой структуры измеряется расстояние от входного импульса до отраженного. Измерение производится с помощью метки времени, вырабатываемой специальным генератором. Шкала измерителя проградуирована с учетом скорости распространения ультразвука в воде (1500 м/с), что соответствует скорости ультразвука в ткани мозга.

С помощью эхоэнцефалоскопа можно определить скорость распространения ультразвука в любой среде. Для этого направим ультразвуковой сигнал на исследуемый объект толщиной Lи рассмотрим на экране эхоэнцефалоскопа полученное изображение – эхограмму.

Расстояние Lмежду входным и отраженным импульсами на эхограмме по шкале измерителя определяется следующим образом:

, (5)

где υ – скорость ультразвука в воде,

t– время распространения ультразвукового сигнала в объекте.

С другой стороны, время распространения ультразвукового сигнала в исследуемом объекте толщиной Lможно определить по формуле

, (6)

где υ– скорость распространения ультразвука в данной среде (объекте).

Так как значение времени распространения tв уравнениях (5) и (6) одинаковое, то получим:

. (7)

Практическая часть

Задание 1. Проверить градуировку измерительной шкалы.

Изучите назначение ручек управления, находящихся на лицевой панели прибора

«сеть – выкл» (служит для включения и выключения прибора),

«масштаб» (регулирует масштаб изображения),

«↓↑» (производит управление лучом по вертикали),

«» производит управление лучом по горизонтали),

«Я» (устанавливает яркость эхограммы),

«Ф» (производит фокусировку эхограммы),

«МОЩНОСТЬ» (производит регулирование мощности, подаваемой на ультразвуковой зонд),

«УСИЛЕНИЕ» (служит для регулирования усиления приемника),

«ИЗМЕРЕНИЕ» (служит для измерения расстояния от зонда до отражающей поверхности путем совмещения метки с фронтами сигнала).

Включите вилку сетевого провода в розетку, клавишу «сеть – выкл» поставьте в положение «сеть». При этом должна осветиться шкала. Прибор должен прогреться в течение 2-3 минут.

Поверните ручку «Я» по часовой стрелке до появления на экране яркой горизонтальной линии развертки.

Поворотом ручки «Ф» добейтесь четкого изображения развертки.

Поместите ультразвуковой зонд на поверхность воды и, поворачивая ручки «МОЩНОСТЬ» и «УСИЛЕНИЕ», получите на экране отраженные импульсы.

С помощью ручки «ИЗМЕРЕНИЕ» определите расстояние L1между любыми соседними импульсами (рис. 3).

Рис. 3. Эхограмма (объяснения в тексте).

С помощью линейки определите толщину слоя воды L2.

Изменяя толщину слоя воды, повторите опыт несколько раз. Полученные данные занесите в таблицу 1, постройте график, сделайте вывод.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector