Развитие акустических приборов для исследования водной среды in situ

от

 А.Н. Греков, Н.А. Греков, Е.Н. Сычев, К.А. Кузьмин

 Институт природно-технических систем, РФ, г. Севастополь, ул. Ленина, 28

E—mail: ngrekov1@уаndex.ru

DOI: 10.33075/2220-5861-2019-2-22-29

УДК 551.46.08

Реферат:

     На основе проведенного анализа существующих акустических методов и средств разработан макет автоматизированного прибора для выполнения совместных измерений in situ двух параметров: скорости звука и затухания ультразвука. Прибор создан на базе существующих профилографов скорости звука. Предложено заменить применяемые в измерителях скорости звука ИСЗ-1 конвертеры TDC-GP22 на более совершенные современные модифицированные конвертеры TDC-GP30, что позволяет значительно повысить точность измерения амплитуды отраженного акустического сигнала. Разработаны программы обработки сигналов, получаемых с первичного акустического преобразователя. Макет прибора прошел предварительные испытания.

     Оснащение измерителей скорости звука дополнительным каналом для определения поглощения звука в воде позволяет расширить получаемый прибором набор первичной информации, исследовать природу аномалий морской воды с их количественной и качественной оценкой. Необходимость накопления экспериментального материала по скорости распространения и затуханию ультразвука вызвана неопределенностью границ применимости установленных для них эмпирических зависимостей.

     В качестве дальнейшего развития модифицированного прибора с дополнительным измерительным каналом для контроля рассеяния ультразвука предлагается расширить рабочий диапазон частот прибора до 10 МГц, что позволит исследовать как главные составляющие процесса затухания ультразвука, так и отдельно анализировать спектр поглощения ультразвука.

Ключевые слова: акустические измерители, скорость звука, уравнения, затухание ультразвука, датчики, преобразователи, природные воды, программное обеспечение, схема.

Полный текст в формате PDF

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Zhou, Qifa, Sienting Lau, Dawei Wu, and K. Kirk Shung. «Piezoelectric films for high frequency ultrasonic transducers in biomedical applications.» Progress in materials science56, no. 2 (2011): 139–174.
  2. Fisher F.H., Simmons V.P. Sound absorption in sea water // J. Acoust. Soc. Am. 62, 558–564 (1977).
  3. Mellen R.H., Simmons V.P., Browning D.G. Sound absorption in sea water: A third chemical relaxation // J. Acoust. Soc. Am. 65, 923–925 (1979).
  4. Fisher F.H., Simmons V.P. Sound absorption by a third chemical reaction // J. Acoust. Soc. Am. 65, 1327–1329 (1979).
  5. Kibblewhite A.C., Hampton L.D. A review of deep ocean sound attenuation data at very low frequencies // J. Acoust. Soc. Am. 67, 147–157 (1980).
  6. Pinkerton M.M. A pulse method for the measurement of ultrasonic Absorption in liquids: results for water // Nature. 160, 128 (1947).
  7. Leonard R.W. The attenuation of ultrasonic waves in water // J. Acoust. Soc. Am. 20, 224 (1948).
  8. Liebermann L. The origin of sound absorption in water and in sea water // J. Acoust. Soc. Am. 20, 868 (1948).
  9. Francois R.E., Garrison G.R. Sound absorption based on ocean measurements. Part I: Pure water and magnesium sulfate contributions // J. Acoust. Soc. Am. 72, 896–907 (1982).
  10. Francois R.E., Garrison G.R. Sound absorption based on ocean measurements. Part П: Boric acid contribution and equation for total absorption // J. Acoust. Soc. Am. 72, 1879–1890 (1982).
  11. Browning D.G., Mellen R.H. Attenuation of low-frequency sound in the sea: Recent results, in Progress in Underwater Acoustics, edited by H.M. Merklinger (Plenum, New York, 1987). P. 403–410.
  12. Skretting А., Leroy C.C. Sound Attenuation between 200 Hz and 10 kHz // J. Acoust. Soc. Am. 49, 276–282 (1970)
  13. Mellen R.H., Browning D.G. Variability of Low-Frequency Sound Absorption in the Ocean: pH Dependence // J. Acoust. Soc. Am. 61, 704–706 (1977).
  14. Garrison G.R., Early E.W., Wen T. Additional Sound Absorption Measurements in near-Freezing Sea Water // J. Acoust. Soc. Am. 59, 1278–1283 (1976).
  15. Греков А.Н., Греков Н.А., Сычев Е.Н. Использование профилографов скорости звука для определения плотности воды // Современные проблемы термогидро-механики океана (СПТО-2017): материалы Первой МНТК по термогидро-механике океана (Москва, 28–30 ноября 2017 г.). М.: ИО РАН, 2017. С. 46–49.
  16. Греков А.Н., Греков Н.А., Шишкин Ю.Е. Исследование характеристик профилографа скорости звука и коррекция результатов измерения // Системы контроля окружающей среды. 2017. Вып. 10 (30). С. 24–30.
  17. IOC, SCOR and I A PSO, 2010: The international thermodynamic equation of seawater – 2010: Calculation and use of thermodynamic properties. Intergovernmental Oceanographic Commission, Manuals and Guides No. 56, UNESCO (English), 196 p., available at: http://www.TEOS-10.org
  18. Del Grosso V.A., Mader С.W. Speed of sound in pure water // J. Acoust. Soc. Amer. 1972. Vol. 52. N 5. P. 1442–1446.
  19. Исследование зависимости скорости звука от давления в дистиллированной воде / В.А. Белогольский, С.С. Секоян, Л.М. Саморукова [и др.] // Измерительная техника. 1999. № 4. С. 66–69.
  20. Ultrasonic-Flow-Converter Data Sheet TDC-GP22 March 13th 2014 Document-No: DB_GP22_en V0.9 Universal 2-Channel Time-to-Digital Converters Dedicated to Ultrasonic Heat & Water Meters (Available at https://ams.com/documents/20143/36005/TDC-GP22_DS000323_1-00.pdf/aa6c41ca-1312-60ec-f6a8-82c90da3f856) (дата обращения: 03.06.2019).
  21. Jobst S., Rudolf B. A Comparison of Correlation and Zero-Crossing Based Techniques in Ultrasonic Measurements // In Proceedings of “Applied Research Conference 2014”, Ingolstadt, 2014. P. 362–267.
  22. Ultrasonic-Flow-Converter Data Sheet TDC-GP30 June 27th, 2019 Document-No: DB_GP30Y_Vol1_en V0.3 System-Integrated Solution for Ultrasonic Flow Meters Volume 1: General Data and Frontend Description (Available at https://ams.com/documents/20143/36005/TDC-GP30_DS000391_3-00.pdf/f96f8c8b-87e5-ac8d-a26c-65756fd240fa) (дата обращения: 03.06.2019).
  23. Grekov A.N., Grekov N.A., Sychov E.N. New Equations for Sea Water Density Calculation Based on Measurements of the Sound Speed // Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2019. 20 (3). P. 143–151. https://doi.org/10.17587/mau.20.143-151

Loading