Hogyan tudja a hajója a sebességét: a Doppler sebességnapló kicsomagolása

Hogyan tudja a hajója a sebességét: a Doppler sebességnapló kicsomagolása

Gondolkozott már azon, hogy a hatalmas rakományhajók, agilis haditengerészeti hajók vagy kifinomult kutatási hajók tudják, hogy pontos sebességüket a vízen keresztül, különösen a tengeren, ahol a GPS önmagában nem elég? A válasz gyakran egy figyelemre méltó akusztikus technológiában rejlik, az úgynevezett Doppler Speed ​​Log (DSL). Merüljünk bele a fizikába és a mérnöki munkába, amely működteti.

Az alapelv: A Doppler -hatás

Emlékszel a mentősziréna hangjára? Ahogy közeledik hozzád, a hangmagasság magasabbnak tűnik; Ahogy elmozdul, a hangmagasság csökken. A relatív mozgás miatti gyakoriság eltolódása a Doppler -hatás, amelyet Christian Doppler fizikusnak neveztek el. A Doppler sebességnapló ezt a pontos alapelvet alkalmazza, de a vízhullámokkal, nem pedig a levegőn áthaladó hanghullámokkal.

Hogyan működik a DSL: Lépés a - lépéssel a - lépéssel

1. Az impulzus továbbítása: A DSL -nek egy vagy több átalakítója (speciális víz alatti hangszórók/mikrofonok) van felszerelve a hajó testére. Rövid, magas - hangenergia -impulzust bocsát ki (jellemzően a 100 kHz -tól 1 MHz -es tartományban) a vízbe.

2. Hang eltalálja a célokat: Ez a hang impulzus kifelé halad. A következő történik, a DSL típusától függ:
Víz - Track mód (leggyakoribb): A hangimpulzus az apró részecskékről (plankton, iszap, légbuborékok) szétszóródik a vízoszlopban. Gondolj úgy, mintha egy zseblámpát ködbe ragyognánk - a gerenda látható, mert a fény szétszórja a ködrészecskéket.
Alsó - Track mód: A sekélyebb vízben a hang impulzus egészen lefelé haladhat, tükrözi a tengerfenéket, és visszament a hajóhoz.

3. A Doppler eltolódás megtörténik: Itt van a kritikus rész. Amikor a hanghullám eléri a részecskéket (vagy a tengerfenéket), és hogy a részecske a hajóhoz viszonyítva mozog, a visszavert hanghullám gyakorisága megváltozik.
* Ha a részecske a hajó felé mozog (mivel a hajó felé mozog), akkor a visszavert frekvencia magasabb, mint az átadott frekvencia.
* Ha a részecske elmozdul a hajótól (mivel a hajó távol van tőle), akkor a visszavert frekvencia alacsonyabb, mint az átadott frekvencia.

4. Az ECHO fogadása: A DSL átalakítója mikrofonként működik, és a vízrészecskékből vagy a tengerfenékből visszatérő halvány visszhangok (hátsókör) hallgatása.

5. A műszak mérése: A DSL kifinomult elektronikája összehasonlítja az átvitt impulzus frekvenciáját a kapott visszhang frekvenciájával. A különbséget e frekvenciák között Doppler Shift (ΔF) nevezzük.

6. kiszámítási sebesség: A Doppler -eltolódás (ΔF) közvetlenül arányos a hajó és a szórási részecskék (vagy a tengerfenék) közötti relatív sebességgel. A Doppler egyenletből származó képlet:
`Sebesség=(Δf * c) / (2 * f_t * cos (θ))` ``
Ahol:
* `Speed`=A hajó sebessége a vízhez (vagy a tengerfenékhez).
* `Δf`=mért Doppler eltolódás.
* `C`=Hangsebesség vízben (kb.
* `f_t`=A továbbított impulzus frekvenciája.
* `θ`=A hangnyaláb és a függőleges szög (a gerenda" dőlése ").

7. Annak érdekében, hogy a hajó valódi előremenő/hátulsó sebességét és athwartship -jét (oldalirányú) sebessége legyen, a DSLS a Janus konfigurációt használja (a két- római istennek nevezték el).
Négy gerenda: Általában négy gerendát használnak: két szögletes előre, két szögletes hátsó (vagy kettő a portra szöget, kettőt a jobb oldali fedélzetre az Athwartships méréshez).
Átlagolás: A Doppler eltolódásainak összehasonlításával az előremenő és a hátsó gerendákról (vagy a port és a jobb oldali) a rendszer:
Számítsa ki az előremenő/ALTERN sebességű összetevőt.
Számítsa ki az Athwartships sebességkomponenst.
Törölje ki a hajó pályája által okozott hibákat (előre/hátul) vagy a gördülő oldalt (- oldalra a - oldalra). A függőleges mozgás által kiváltott hibák egyenlően, de ellentétes módon befolyásolják az ellenkező gerendákat, így a gerendák átlagolásakor kilépnek.

Víz - Track vs. Bottom - Track

Víz - Track (WT): A sebességet méri a víztömeghez képest néhány méterre, tíz méterre a hajótest alatt. Ez a valódi sebesség a vízen keresztül, döntő jelentőségű a navigációhoz (különösen az áramok esetében), az üzemanyag -hatékonyság kiszámítása és a dinamikus helymeghatározó rendszerek. Bármilyen mélységben működik, amíg vannak szórók.
Alsó - Track (BT): A sebességet a tengerfenékhez viszonyítva méri. Ez biztosítja a hajó sebességét a föld felett (SOG), hasonlóan a GPS -hez, de akusztikusan származik. Nagyon pontos, de csak körülbelül 200-300 méternél kevesebb mélységben működik (az energiától és a frekvenciától függően).

A Doppler sebességnaplók előnyei

Nagy pontosság: Különösen a vízben - pálya módban, valódi sebességet biztosítva az áramok által nem érintett vízen keresztül.
Azonnali mérés: A közeli valós - időbeli sebesség adatait biztosítja, ellentétben a hagyományos járókerék -naplókkal, amelyek késleltethetnek.
Multi - Dimenziós: Az előre/hátra és az athwartships sebességet méri.
Mélységfüggetlenség (WT): A mély óceánban működik, ahol az alsó pálya és a GPS - származtatott SOG (amely a helyzetjavításokra támaszkodik) kevésbé megbízható vagy nem érhető el.
Nincs mozgó alkatrész: megbízhatóbb és kevésbé hajlamos a szennyeződésre, mint a mechanikus naplók.

A Doppler Speed ​​Log egy akusztikus sebességmérő. A hanghullámok Doppler eltolódásának pontosan megmérésével, amely lepattan a vízrészecskékről vagy a tengerfenékről, és ügyesen több szögletes gerendát használ, kiszámítja a hajó sebességét a vízhez vagy a talajhoz viszonyítva, figyelemre méltó pontossággal és megbízhatósággal. Ez egy alapvető érzékelő a modern hajókon, csendesen biztosítva a biztonságos navigációt, a hatékony úttervezést és a pontos - pontos állomást. A következő alkalommal, amikor egy nagy hajón tartózkodik, ne feledje, hogy valószínűleg van egy hangos zenekar alatted, amely folyamatosan méri annak sebességét a hatalmas óceánon.