Kuidas teie laev oma kiirust teab: Doppleri kiiruse logi lahti pakkimine

Kuidas teie laev oma kiirust teab: Doppleri kiiruse logi lahti pakkimine

Kunagi on mõelnud, kui massiivsed kaubalaevad, agiilsed mereväelased või keerukad uurimislaevad teavad oma täpset kiirust läbi vee, eriti kaugel merel, kus GPS üksi ei piisa? Vastus peitub sageli tähelepanuväärses akustilise tehnoloogia tükis, mida nimetatakse Doppleri kiiruselogi (DSL). Sukeldume füüsikasse ja inseneridesse, mis muudavad selle toimima.

Põhipõhimõte: Doppleri efekt

Kas mäletate kiirabi sireeni heli? Kui see teile läheneb, tundub pigi kõrgem; Kui see minema liigub, langeb pigi. See sageduse nihe suhtelisest liikumisest on Doppleri efekt, mis on nimetatud füüsikliku Christian Doppleri järgi. Doppleri kiiruse palk rakendab seda täpset põhimõtet, kuid koos vee kaudu liikuvate helilainetega, mitte õhku.

Kuidas DSL töötab: samm - autor - samm

1. impulsi edastamine: DSL -il on üks või mitu muundurit (spetsiaalsed veealused kõlarid/mikrofonid), mis on paigaldatud laeva kerele. See kiirgab vette lühikese, kõrge - sageduse impulsi (tavaliselt vahemikus 100 kHz kuni 1 MHz).

2. Heli löövad sihtmärgid: see helisilm liigub väljapoole. See, mis edasi saab, sõltub DSL -i tüübist:
Vesi - rajarežiim (kõige levinum): helisimpse hajub pisikesed osakesed (plankton, muda, õhumullid), mis on riputatud veesambas endasse. Mõelge sellele nagu taskulamp uduks säramine - tala on nähtav, kuna valgus hajub uduosakestelt maha.
Alumine - rajarežiim: madalama veega võib helisimpulss liikuda kogu tee alla, peegeldada merepõhja ja liikuda tagasi laeva juurde.

3. Doppleri nihe toimub: siin on kriitiline osa. Kui helilaine tabab osakest (või merepõhja) ja see osake liigub laeva suhtes, muutub peegeldunud helilaine sagedus.
* Kui osake liigub laeva poole (kuna laev liigub selle poole), on peegeldatud sagedus suurem kui edastatud sagedus.
* Kui osake liigub laevast eemale (kuna laev eemaldub sellest), on peegeldatud sagedus madalam kui edastatud sagedus.

4. kaja vastuvõtmine: DSL -i muundur toimib mikrofonina, kuulates nõrka kaja (seljaosa), mis naaseb veeosakestest või merepõhjast.

5. nihke mõõtmine: DSL -i keerukas elektroonika võrdleb edastatud impulsi sagedust vastuvõetud kaja sagedusega. Nende sageduste erinevust nimetatakse Doppleri nihkeks (ΔF).

6. Arvutamiskiirus: Doppleri nihe (ΔF) on otseselt võrdeline laeva ja hajuvate osakeste (või merepõhja) suhtelise kiirusega. Doppleri võrrandist tuletatud valem on:
`Kiirus=(ΔF * c) / (2 * f_t * cos (θ))`
Kus:
* `Kiirus`=laeva kiirus vee suhtes (või merepõhja).
* `ΔF`=Mõõdetud Doppleri nihe.
* `C`=heli kiirus vees (ligikaudne . 1500 m/s, varieerub temp/soolasuse korral).
* `f_t`=edastatud impulsi sagedus.
* `θ`=Nurk helikiir ja vertikaalse vahel (tala" kallutamine ").

7. Januse konfiguratsioon - pigi ja rulli tühistamine: üks tala sai mõõta kiirust ainult piki oma telge. Laeva tõelise ettepoole suunatud/tagumise kiiruse ja sportlaste (külgsuunas) kiiruse saamiseks kasutavad DSL -id Januse konfiguratsiooni (nimetatud kahe - järgi.
Neli tala: Tavaliselt kasutatakse nelja tala: kaks nurka ettepoole, kaks nurka (või kaks nurka, kaks sadamasse, kaks parempoolset, et jõuda Spedathipsi mõõtmiseks).
Keskmine: võrreldes Doppleri nihkeid ettepoole ja tagakiirte (või pordi ja parempoolne), saab süsteem:
Arvutage ettepoole/tagumise kiiruse komponent.
Arvutage sportlaste kiiruse komponent.
Tühistage vead, mis on põhjustatud laeva pigistamise (edasi/tagasi) või veeremise põhjustatud vead (kallutamine - - küljele). Vertikaalse liikumise põhjustatud vead mõjutavad vastandtalasid võrdselt, kuid vastupidistel viisidel, nii et need tühistavad, kui talad keskmistatakse.

Vesi - rada vs alumine - pala

Vesi - rada (WT): mõõdab kiirust võrreldes veemassi suhtes mõne meetri kaugusele kümnete meetrite allapoole. See on tõeline kiirus läbi vee, navigeerimise jaoks ülioluline (eriti vooludega), kütusesäästlikkuse arvutused ja dünaamilised positsioneerimissüsteemid. See töötab igas sügavuses, kui on hajutajaid.
Alumine - rada (BT): mõõdab kiirust merepõhja suhtes. See annab laeva kiiruse maapinnale (SOG), sarnaselt GPS -iga, kuid on akustiliselt saadud. See on väga täpne, kuid töötab ainult sügavuti vähem kui umbes 200–300 meetrit (sõltuvalt võimsusest ja sagedusest).

Doppleri kiiruse logide eelised

Kõrge täpsus: eriti vees - rajarežiim, pakkudes voolude tõttu tõelist kiirust.
Hetkeline mõõtmine: erinevalt traditsioonilistest tiiviku logidest, millel võib olla viivitus, tagab peaaegu reaalse - ajaandmed.
Multi - mõõtmed: mõõdab nii edasi/aina- kui ka sportlaste kiirust.
Sügavuse iseseisvus (WT): töötab sügavas ookeanis, kus alumine rada ja GPS - tuletatud SOG (mis tugineb positsiooniparandustele) võivad olla vähem usaldusväärsed või kättesaamatud.
Ei mingeid liikuvaid osi: usaldusväärsem ja vähem kõhuli kui mehaanilised logid.

Doppleri kiiruse logi on akustiline spidomeeter. Mõõtes täpselt helilainete Doppleri nihke põrkasid veeosakesed või merepõhja ning nutikalt mitut nurgatala kasutades arvutab see laeva kiiruse võrreldes vee või maapinnaga märkimisväärse täpsuse ja usaldusväärsusega. See on tänapäevaste laevade põhiandur, tagades vaikselt ohutu navigeerimise, tõhusa reisiplaneerimise ja täpse jaama - hoidmise. Järgmine kord, kui olete suurel laeval, pidage meeles, et teie all on tõenäoline helimpulsside orkester, mõõtes pidevalt selle kiirust läbi suure ookeani.