RU2239175C1 - Hydrological device for definition of depth of occurrence of a jump in a full-scale reservoir - Google Patents
Hydrological device for definition of depth of occurrence of a jump in a full-scale reservoir Download PDFInfo
- Publication number
- RU2239175C1 RU2239175C1 RU2003111138/09A RU2003111138A RU2239175C1 RU 2239175 C1 RU2239175 C1 RU 2239175C1 RU 2003111138/09 A RU2003111138/09 A RU 2003111138/09A RU 2003111138 A RU2003111138 A RU 2003111138A RU 2239175 C1 RU2239175 C1 RU 2239175C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- depth
- hydrological
- output
- reservoir
- jump
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидрологии и гидроакустики и может быть использовано для определения глубины залегания скачка в натурном водоеме.The invention relates to the field of hydrology and hydroacoustics and can be used to determine the depth of the jump in a natural reservoir.
Важнейшим гидроакустическим параметром океана является скорость звука, которая возрастает с увеличением температуры воды, солености и давления. Первые два параметра стратифицированы по вертикали, что приводит к тому, что и скорость звука получается также стратифицированной по глубине натурного водоема.The most important hydroacoustic parameter of the ocean is the speed of sound, which increases with increasing water temperature, salinity and pressure. The first two parameters are stratified vertically, which leads to the fact that the speed of sound is also stratified by the depth of the natural reservoir.
Вблизи поверхности моря расположен так называемый "перемешанный слой" воды, скорость звука в котором практически изотропна. Ниже перемешанного слоя лежит "термоклин" (слой скачка), в котором температура быстро уменьшается с увеличением глубины.Near the sea surface is the so-called "mixed layer" of water, the speed of sound in which is practically isotropic. Below the mixed layer lies the “thermocline” (jump layer), in which the temperature rapidly decreases with increasing depth.
Ниже термоклина находится область постоянной температуры.Below the thermocline is a region of constant temperature.
Поскольку скорость звука возрастает с глубиной по верхней границе изотермической области (нижней границе термоклина) в профиле скорости звука имеется минимум. Этот минимум является глубиной залегания оси подводного звукового канала, внутри которого из-за рефракции в той или иной степени концентрируется звуковая энергия [1].Since the speed of sound increases with depth along the upper boundary of the isothermal region (lower boundary of the thermocline), there is a minimum in the sound velocity profile. This minimum is the depth of the axis of the underwater sound channel, inside which, due to refraction, sound energy is concentrated to one degree or another [1].
Наличие слоя скачка в натурном водоеме оказывает большое влияние на практическую гидроакустику, позволяя с одной стороны использовать в океане естественный "звукопроводный канал" для дальнейшей гидроакустической связи, а с другой - использовать слой скачка как "подводную преграду" для звука гидролокаторов противника [2].The presence of a jump layer in a natural reservoir exerts a great influence on practical sonar acoustics, making it possible, on the one hand, to use the natural “sound channel” in the ocean for further sonar communication, and, on the other hand, to use the jump layer as an “underwater barrier” for the sound of enemy sonars [2].
Для эффективного использования гидроакустических свойств слоя скачка необходимо знать глубину его залегания в натурном водоеме.For the effective use of the hydroacoustic properties of the jump layer, it is necessary to know the depth of its occurrence in a natural reservoir.
Известен гидрологический прибор для определения глубины залегания слоя скачка в натурном водоеме [3], принятый за прототип.Known hydrological device for determining the depth of the layer of the jump in the natural reservoir [3], adopted as a prototype.
Прототип, называемый в источнике [3], батитермографом, содержит объединенные в едином корпусе датчики глубины и градиента плотности морской воды, а также утяжеляющую муфту, закрепленные на тросе лебедки, расположенной на надводном носителе. Имеются также отсчетное приспособление глубины водоема и регистратор.The prototype, referred to in the source [3], as a bathothermograph, contains depth and gradient sensors of sea water combined in a single housing, as well as a weighting clutch mounted on a winch cable located on a surface carrier. There is also a readout device for the depth of the reservoir and a recorder.
Батитермограф-прототип является морским гидрологическим прибором, позволяющим проводить синхронные измерения и запись температуры и глубины водоема. Прототип позволяет осуществлять вычисление вертикальных градиентов температуры и их запись в функции глубины натурного водоема.The batithermograph prototype is a marine hydrological device that allows for simultaneous measurements and recording of the temperature and depth of a reservoir. The prototype allows the calculation of vertical temperature gradients and their recording as a function of the depth of the natural reservoir.
Батитермограф состоит из двух главных частей: термоблока, регистрирующего изменения температуры, и батиблока, показывающего глубину. Движение этих двух блоков прибора комбинируется в одно движение пера регистратора, записывающего изменение температуры с глубиной водоема.A bathtermograph consists of two main parts: a thermoblock that records temperature changes, and a bathiblock that shows depth. The movement of these two blocks of the device is combined into one movement of the pen of the recorder, recording the change in temperature with the depth of the reservoir.
Недостатком прототипа является необходимость наличия двух блоков в составе прибора, необходимость обработки результатов измерений для определения глубины залегания слоя скачка и электрический (а не оптический) характер выходного сигнала.The disadvantage of the prototype is the need for two blocks in the composition of the device, the need to process the measurement results to determine the depth of the jump layer and the electrical (rather than optical) nature of the output signal.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение данных недостатков прототипа, т.е. получение на выходе прибора, имеющего один основной блок, оптического сигнала, несущего прямую информацию о глубине залегания слоя скачка в натурном водоеме.The technical result obtained from the implementation of the invention is to eliminate these disadvantages of the prototype, i.e. receiving at the output of the device having one main unit, an optical signal carrying direct information about the depth of the jump layer in a natural reservoir.
Данный технический результат получают за счет того, что в известном гидрологическом приборе для определения глубины залегания слоя скачка в натурном водоеме, содержащем объединенные в едином корпусе датчики глубины и градиента плотности морской воды, а также утяжеляющую муфту, закрепленные на тросе лебедки, расположенной на подводном носителе, отсчетное приспособление глубины водоема и регистратор, датчики глубины и градиента плотности морской воды выполнены в виде источника когерентного света и фотоприемника, оптически согласованных через две волоконные катушки в интерферометр, при этом дополнительно введены множительное устройство и усилитель-ограничитель, подключенный входом к выходу фотоприемника, а отсчетное устройство выполнено в виде частотомера-периодимера, подключенного входом к выходу усилителя-ограничителя, а выходом через множительное устройство - к регистратору.This technical result is obtained due to the fact that in a known hydrological device for determining the depth of the jump layer in a natural reservoir, containing depth and gradient sensors of sea water combined in a single housing, as well as a weighting clutch mounted on a winch cable located on an underwater carrier , a reference device for the depth of a reservoir and a recorder, depth and density gradient sensors for sea water are made in the form of a coherent light source and a photodetector, optically matched x through two fiber coils into the interferometer, in addition, a multiplier device and a limiter amplifier connected to the photodetector input are added, and the readout device is made in the form of a frequency counter-periodimeter connected by an input to the output of the limiter amplifier, and the output through the multiplier device to to the registrar.
Прибор может дополнительно содержать также фазосдвигающее устройство, установленное в одной из волоконных катушек. Причем в качестве троса лебедки можно использовать кабель-трос на основе волоконной линии связи.The device may further comprise a phase-shifting device installed in one of the fiber coils. Moreover, as a winch cable, a cable cable based on a fiber communication line can be used.
Волоконные катушки интерферометра выполняют с возможностью изменения расстояния между ними.The fiber coils of the interferometer are configured to change the distance between them.
Причем волоконные катушки с фазосдвигающим устройством располагают в корпусе прибора, а источник когерентного света, фотоприемник, усилитель-ограничитель, частотомер-периодимер, множительное устройство и регистратор - на подводном носителе.Moreover, the fiber coils with a phase-shifting device are located in the device’s case, and the coherent light source, photodetector, limiter amplifier, periodimer frequency counter, multiplier and recorder are on an underwater carrier.
Прибор может дополнительно содержать датчик начала погружения прибора, соединенного выходом с входом частотомера-периодимера.The device may further comprise a sensor for starting the immersion of the device connected by the output to the input of the frequency meter-periodimer.
При этом датчик начала погружения прибора может быть установлен на лебедке.In this case, the sensor of the start of immersion of the device can be installed on the winch.
Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 представлена конструктивная схема прибора; на фиг.2 - его оптоэлектронная схема.The invention is illustrated by drawings: figure 1 presents a structural diagram of the device; figure 2 - its optoelectronic circuit.
Гидрологический прибор для определения глубины залегания слоя скачка в натурном водоеме содержит объединенные в едином корпусе 1 (фиг.1) датчики глубины и градиента плотности морской воды, выполненные в виде двух волоконных катушек 2, 3 (фиг.1, 2), оптически согласованных с источником 4 когерентного света и фотоприемником 5 (фиг.2) в интерферометр, включающем в себя также фазосдвигающее устройство в одной из волоконных катушек, например, в катушке 2.A hydrological device for determining the depth of the jump layer in a natural reservoir contains integrated in a single housing 1 (Fig. 1) depth and density gradient sensors of sea water, made in the form of two fiber coils 2, 3 (Figs. 1, 2), optically matched with a coherent light source 4 and a photodetector 5 (Fig. 2) in an interferometer, which also includes a phase-shifting device in one of the fiber coils, for example, in a coil 2.
Прибор также содержит утяжеляющую муфту 7. Корпус 1 прибора прикреплен к кабель-тросу 8, выполненному на основе волоконно-оптической линии связи.The device also contains a
На поверхности исследуемого водоема расположен надводный носитель с лебедкой, на барабан которой наматывается кабель-трос 8 прибора, (носитель с лебедкой на чертеже не показаны).On the surface of the studied reservoir there is a surface carrier with a winch, on the drum of which a cable-cable 8 of the device is wound (the carrier with a winch is not shown in the drawing).
Волоконные катушки 2, 3 интерферометра расположены на фиг.1 на расстоянии Δz, которое может меняться для различных условий эксперимента и при этом задавать различную степень осреднения вертикального градиента плотности в натурном водоеме.The fiber coils 2, 3 of the interferometer are located in figure 1 at a distance Δz, which can vary for different experimental conditions and at the same time set a different degree of averaging of the vertical density gradient in a natural reservoir.
Электронная блок-схема прибора включает в себя (фиг.2) усилитель-ограничитель 9, отсчетное устройство, выполненное в виде частотомера-периодимера 10, множительное устройство 11 и регистратор 12.The electronic block diagram of the device includes (Fig. 2) an amplifier-
Электронные блоки 9...12 соединены последовательно, как показано на чертеже. Усилитель-ограничитель 9 выполнен с регулируемыми коэффициентами усиления и ограничения. Это позволяет выбрать последние оптимальными для регистрации слоя скачка.The
Множительное устройство 11 может быть конструктивно объединено с регистратором 12 и частотомером-периодимером 10. Последний блок имеет два входа: а) для запуска блока и вход б) для его остановки.The
Вход а) частотомера-периодимера 10 соединен с датчиком начала погружения прибора в натурный водоем, установленного на лебедке (датчик и лебедка на чертеже не показаны), а вход б) - с выходом прибора (выходом усилителя-ограничителя 9).The input a) of the frequency meter-
Фазосдвигающее устройство 6 интерферометра служит для установки начальной разности фаз интерферирующих лучей, равной 90°.The
Корпус 1 прибора выполнен полым и сообщающимся с водой натурного водоема. Внутри корпуса 1 располагают волоконные катушки 2, 3 с фазосдвигающим устройством 6, а все электронные блоки 9-12, источник 4 когерентного света и фотоприемник 5 располагают на подводном носителе.The housing 1 of the device is made hollow and communicating with the water of a natural reservoir. Fiber coils 2, 3 with a phase-shifting
Гидрологический прибор работает следующим образом.Hydrological device operates as follows.
С помощью лебедки (на чертеже не показана) подводную часть прибора опускают в исследуемый натурный водоем.Using a winch (not shown in the drawing), the underwater part of the device is lowered into the investigated natural reservoir.
Начало спуска отмечается командным выходным сигналом с датчика лебедки, подаваемого на вход а) частотомера-периодимера 10.The beginning of the descent is marked by the command output signal from the winch sensor supplied to the input a) of the frequency-
Подводная часть прибора начинает опускаться в водоем с равномерной скоростью V.The underwater part of the device begins to sink into the reservoir with a uniform speed V.
Поскольку обе волоконные катушки 2, 3 интерферометра, находясь в перемешанном слое воды, испытывают одинаковое воздействие среды, выходной сигнал интерферометра будет слабо зависеть от глубины Н водоема и на выходе усилителя-ограничителя 9 не будет присутствовать никакого сигнала.Since both fiber coils 2, 3 of the interferometer, being in a mixed layer of water, experience the same effect of the medium, the output signal of the interferometer will weakly depend on the depth H of the reservoir and no signal will be present at the output of the amplifier-
Но как только прибор достигнет слоя скачка, располагаемого на глубине Нc, на выходе усилителя-ограничителя 9 появится командный выходной сигнал, подаваемый на вход б), на остановку счета частотомера-периодимера 10. (Поскольку слой скачка характеризуется наличием резкого градиента плотности и температуры воды).But as soon as the device reaches the jump layer located at a depth of H c , the command output signal supplied to input b) appears at the output of the limiter amplifier 9), to stop counting of the
В связи с чем частотомер-периодимер отсчитывает время t равномерного опускания прибора со скоростью V. Равномерность опускания прибора обеспечивается лебедкой.In this connection, the frequency-periodometer counts the time t of the uniform lowering of the device with a speed V. The uniformity of the lowering of the device is provided by the winch.
Измеренное частотомером-периодимером 10 в секундах время t в множительном устройстве 11 умножается на значение скорости V в м/сек и регистратор 12 регистрирует глубину залегания слоя скачка Нc=V·t в метрах.The time t measured in the frequency meter-
В зависимости от характера профиля температуры (плотности) воды по глубине выбирается то или иное значение Δz расстояния между волоконными катушками 2, 3, для получения наиболее крутого фронта выходного сигнала интерферометра на выходе усилителя-ограничителя 10. Оптимальная величина Δz позволяет также избавиться от ложных срабатываний прибора на случайные градиенты их плотности.Depending on the nature of the water temperature (density) profile in depth, one or another value Δz of the distance between the fiber coils 2, 3 is selected to obtain the steepest front of the output signal of the interferometer at the output of the amplifier-
Подъем прибора на надводный носитель позволяет уточнить место расположения скачка в натурном водоеме.Lifting the device on a surface carrier allows you to specify the location of the jump in a natural reservoir.
Таким образом, в отличие от прототипа глубина залегания слоя скачка в натурном водоеме определяется с помощью одного прибора, имеющего оптический выходной сигнал, без измерения абсолютного значения температуры и плотности воды в натурном водоеме.Thus, unlike the prototype, the depth of the jump layer in a natural reservoir is determined using one device having an optical output signal, without measuring the absolute value of the temperature and density of water in a natural reservoir.
Источники информацииSources of information
1. К.Клей, Г.Медвин. Акустическая океанография. М.: Мир, 1980, с.13-21.1. K. Clay, G. Medvin. Acoustic Oceanography. M.: Mir, 1980, pp. 13-21.
2. И.И.Клюкин. Звук и море. Л.: Судостроение, 1984, с.22-25.2. I.I. Klyukin. Sound and sea. L .: Shipbuilding, 1984, p.22-25.
3. Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях. Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с.130-143 - прототип.3. Guide to hydrological work in the oceans and seas. L .: Gidrometeoizdat, 1977, p.130-143 - prototype.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111138/09A RU2239175C1 (en) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | Hydrological device for definition of depth of occurrence of a jump in a full-scale reservoir |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111138/09A RU2239175C1 (en) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | Hydrological device for definition of depth of occurrence of a jump in a full-scale reservoir |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2239175C1 true RU2239175C1 (en) | 2004-10-27 |
| RU2003111138A RU2003111138A (en) | 2004-12-10 |
Family
ID=33537896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003111138/09A RU2239175C1 (en) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | Hydrological device for definition of depth of occurrence of a jump in a full-scale reservoir |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2239175C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2287829C1 (en) * | 2005-04-20 | 2006-11-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Fiber-optic thermal anemometer |
| RU2631017C2 (en) * | 2014-12-24 | 2017-09-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Морской гидрофизический институт РАН" (ФГБУН МГИ) | Method of measuring vertical profile of sea water density and device for its implementation |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4115753A (en) * | 1977-07-18 | 1978-09-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fiber optic acoustic array |
| US4279027A (en) * | 1979-09-13 | 1981-07-14 | Honeywell Inc. | Acoustic sensor |
| CA1124384A (en) * | 1979-08-09 | 1982-05-25 | Paolo G. Cielo | Stable fiber-optic hydrophone |
| RU2105986C1 (en) * | 1995-05-06 | 1998-02-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Fiber-optical meter of sea current velocity fields |
| RU2107282C1 (en) * | 1994-11-01 | 1998-03-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Fiber-optic interferometer for underwater investigations |
-
2003
- 2003-04-18 RU RU2003111138/09A patent/RU2239175C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4115753A (en) * | 1977-07-18 | 1978-09-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fiber optic acoustic array |
| CA1124384A (en) * | 1979-08-09 | 1982-05-25 | Paolo G. Cielo | Stable fiber-optic hydrophone |
| US4279027A (en) * | 1979-09-13 | 1981-07-14 | Honeywell Inc. | Acoustic sensor |
| RU2107282C1 (en) * | 1994-11-01 | 1998-03-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Fiber-optic interferometer for underwater investigations |
| RU2105986C1 (en) * | 1995-05-06 | 1998-02-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Fiber-optical meter of sea current velocity fields |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с.130-143. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2287829C1 (en) * | 2005-04-20 | 2006-11-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Fiber-optic thermal anemometer |
| RU2631017C2 (en) * | 2014-12-24 | 2017-09-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Морской гидрофизический институт РАН" (ФГБУН МГИ) | Method of measuring vertical profile of sea water density and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Makarov et al. | A study of the gas seep Istok in the Selenga shoal using active acoustic, passive acoustic and optical methods | |
| CN111323061A (en) | Disposable optical fiber depth thermometer measuring system | |
| Rogers et al. | Experimental investigation of sediment effect on acoustic wave propagation in the shallow ocean | |
| CN108490422A (en) | A kind of underwater simple beam echo precision detection method and system based on acoustooptical effect | |
| RU2239175C1 (en) | Hydrological device for definition of depth of occurrence of a jump in a full-scale reservoir | |
| CN113447411A (en) | System and method for measuring concentration of silt in water body by using optical fiber sensor | |
| Zhou et al. | Reverberation vertical coherence and sea-bottom geoacoustic inversion in shallow water | |
| Buisman et al. | Continuous monitoring of the depth of the water-mud interface using distributed acoustic sensing | |
| RU2356069C2 (en) | Method of profiling bed loads | |
| Kim et al. | Using the acoustic Doppler current profiler (ADCP) to estimate suspended sediment concentration | |
| RU2092802C1 (en) | Method of determination of pressure levels and spatial positioning of noise emitting sources of moving object | |
| Zhou et al. | Sound attenuation at low to mid frequencies in low velocity seabottoms | |
| CN212364586U (en) | A kind of auxiliary measurement device of reflection coefficient of shallow formation profiler | |
| CN117130060A (en) | A fast inversion method of seafloor acoustic parameters based on reverberation data | |
| RU238140U1 (en) | Aquatic Attenuation Index Meter | |
| RU2003111138A (en) | HYDROLOGICAL INSTRUMENT FOR DETERMINING THE DEPTH OF THE DEPOSIT OF A JUMP IN A NATURAL RESERVOIR | |
| Ohta | A precise and continuous monitoring system of the distance between the near-bottom instruments and the sea floor | |
| RU2231026C1 (en) | Meter for measuring parameters of internal waves in sea medium | |
| RU2231088C1 (en) | Hydrophone | |
| RU2014587C1 (en) | Method of determining the depth of the slice occurrence of the abrupt change of sea-water density | |
| RU2522169C1 (en) | Gas steam estimation method | |
| Zeng et al. | Measurements of ocean bottom low-angle backscattering by single-mode reverberation | |
| CN222528632U (en) | Micro-touch muddy water underwater topograph | |
| RU2754107C1 (en) | Method for automatic determination of parameters of the state of seawater in ocean conditions | |
| RU2105955C1 (en) | Fiber-optical meter of vertical distribution of velocity of sound in ocean |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060419 |