Файл: Доценко С.В. Теоретические основы измерения физических полей океана.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.07.2024

Просмотров: 177

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

по оно резко падает с изменением угла 0 (т. е. датчик очень чувст­ вителен к направлению д в и ж е н и я ) .

П р и ориентации решетки перпендикулярно направлению движе ­ ния (8 = 90°) спектральная характеристика такого датчика

N N

к= 1 п = 1

Эта функция с ростом л> монотонно растет от нуля до b*N. Сле­ довательно, датчик в данном случае представляет собой простран­ ственный фильтр высоких частот с максимальным усилением Q = /V.

J I

S ctd

Рис. 43. Нормированные спектральные харак­ теристики фильтров высоких частот.

Его нормированные спектральные характеристики представлены па рис. 43. Внд их с ростом ./V меняется мало . Полоса подавления да­ ется в табл . 3.

 

 

 

Таблица 3

/V

2

4

со

чПод = =<п о д й

1,10

1,35

1,70

Такие решетки с успехом могут быть использованы в качестве пространственных фильтров высоких частот. П р и небольшом (в сравнении с решетками продольной ориентации) усилении оип имеют спектральную характеристику без провалов, практически не

изменяющуюся при небольших изменениях угла 9.

 

Кроме указанных способов включения

в о з м о ж н ы еще

самые

различные сочетания элементов. При этом

могут отличаться друг

от друга коэффициенты Ьп, расстояния между соседними

элемен­

тами, полярность включения элементов. Изменение этих парамет ­

ров решетки

позволяет синтезировать пространственные фильтры

с требуемыми

характеристиками .

ПО

 

§ 4. Влияние спектральных характеристик

элементов решетки

В предыдущем п а р а г р а ф е элементы решетки предполагались то­ чечными безынерционными. В действительности любой элементдатчик представляет собой пространственно-временной фильтр низ­ кой частоты. Это свойство датчиков оказывается полезным при применении их в многоэлементных решетках, так к а к позволяет при правильном выборе параметров избавиться от многорезонансности.

Рассмотрим выбор этих параметров при различном включении элементов, считая, что влияние элементов решетки друг на друга отсутствует и максимальный размер элемента датчика значительно меньше расстояния м е ж д у элементами в решетке. В этом случае можно считать

 

 

г»0 5д ( ш ) = М э 1

ш . 9 Л

 

MNэкв

\

~

)

,

 

 

 

 

где Мэкв. эл (—-—)

— э к в и в а л е н т н а я

спектральная

характеристика

одного элемента. В противном случае спектр выходного

сигнала

датчика следует

определять

из общего

в ы р а ж е н и я

(6.6).

 

 

 

1.

Согласное

включение.

Д л я того

чтобы

при

согласном

вклю ­

чении

и 0 = 0°

фильтр

был

однорезонансным

(только

фильтром

низкой частоты), следует подавить все его главные

максимумы

кроме

низкочастотного. Д л я

этого необходимо, чтобы ширина по­

лосы пропускания его элементарного датчика осо не

превосходила

волнового

числа

а ш , соответствующего первому

паразитному

глав-

ному

максимуму, т. е. а о ^ — ^ — • Следовательно,

если

элементарный

датчик имеет полосу пропускания ао, то расстояние м е ж д у

элемен-

тами решетки необходимо выбирать из условия

 

 

 

.

При по-

лосе

пропускания решетки

в целом,

равной

а п ,

из

(6.8)

найдем

 

 

 

 

 

ССо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

число

ее элементов: А ^ 0 , 4 2

. С точки

зрения

простоты

и деше-

визны прибора следует брать минимальное целое

N,

соответствую­

щее этому

неравенству.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При 0 = 90° спектральные

свойства

элементов

приводят

к

тому,

что .Мл-экв(v) с

ростом v

стремится

не к — у -

, а

к нулю. Правиль ­

ным выбором ао м о ж н о получить требуемую

скорость

ее

убывания,

а по найденному ао несложно определить число

элементов

N.

В качестве иллюстрации приведем параметры решетки термо­

датчиков,

позволяющей

измерять

неоднородности

температуры,

м а с ш т а б которых больше 100 м, при скорости буксирования

12 уз­

лов (620 см/с) и инерционности одного датчика

0,2 с.

 

 

 

 

Такой прибор представляет собой решетку продольной

ориен­

тации. При согласном включении элементов она д о л ж н а

иметь

111

следующие размеры: число элементов ;V = 6, расстояние

м е ж д у

эле­

ментами d = 7 м, полная длина L = 35 м.

 

 

 

 

 

 

2. Встречное включение. При ориентации решетки вдоль направ ­

ления движения резонансы высших порядков

т а к ж е могут

быть

подавлены за счет спадания спектральной характеристики

ее эле­

ментов. Н а и б о л ь ш у ю

сложность при этом представляет

подавление

первого

паразитного

главного

максимума,

ка к наиболее

близкого

к рабочему максимуму .

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим

выбор

параметров

решетки при ее перпендикуляр ­

ной ориентации. Пусть прибор предназначен д л я измерения

спектра

поля

в

диапазоне волновых чисел

a m l u ^ a ^ a m a x .

Очевидно, что

с-тах

в

данном

случае

является

полосой

пропускания

 

элемента

решетки

схо, и от параметров решетки не зависит.

Величина

a r a i n

совпадает с максимальным волновым числом

полосы

подавления

решетки

а п о д . Отсюда

при больших N находим

расстояние между

элементами: d=—^-.

 

Исходя

из

требуемого

усиления

решетки

 

 

 

a m J n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q=N

и расстояния

d,

получим

полную длину

решетки

L = Nd =

Итак, правильное сочетание спектральных характеристик реше­ ток и их элементов позволяет создавать однорезопапспыс простран­ ственные фильтры низких частот, высоких частот и полосовые с за­ данными полосами пропускания в требуемых диапазонах волновых чисел.

Примером двухэлементной решетки со встречным включением элементов и поперечной ориентацией может служить датчик изме­ рителя флуктуации температуры, расположенный на придонной установке и состоящей из двух включенных в мостовую схему тер­ модатчиков, находящихся один над другим. Если инерционность термодатчиков 7 = 0,5 с, скорость течения в районе постановки ио = = 10 см/с, а максимальный м а с ш т а б регистрируемых неоднородно­ стей температуры не д о л ж е н превышать 2 м, то расстояние м е ж д у элементами равно 35 см. Минимальный масштаб регистрируемых неоднородностей определяется только скоростью течения и инер­ ционностью датчика и равен 31,4 см.

ГЛАВА

VII

 

А П П А Р А Т Н Ы Е Ф У Н К Ц И И Д А Т Ч И К О В

 

Г И Д Р О Ф И З И Ч Е С К И Х П О Л Е Й

 

§ 1.

Методы нахождения аппаратных функций

приборов

Величины основных гидрофизических полей

в пределах объемов

датчиков претерпевают, как правило, сравнительно м а л ы е измене­

ния. Это означает,

что

поле Х(р\ т)

может быть представлено

в виде такой

суммы

Х(р;

т) =Хо+Хф(р;

т) (где Хо —

постоянная

с о с т а в л я ю щ а я

поля,

а А'ф(р; х)—его

флуктуационная

часть), что

 

 

| * Ф ( р ; - О и « * о -

(7-1)

Следовательно, при измерении флуктуационных изменений поля возникает необходимость различения малых отклонений Хф(р; х) на фоне большой величины Хо. Поэтому, хотя датчики измеритель­ ных приборов в большинстве случаев нелинейны, неравенство (7.1) позволяет при их анализе применять метод малого параметра и считать 'их линейными. При этом нормированный выходной сигнал прибора

 

 

Y(t)=X0

 

+ § Хф\гу-*)-р;

 

 

t-z]H{p;

 

x)cipdz

 

(7.2)

т а к ж е

состоит

из

(постоянной

и

флуктуационной

составляющих .

Здесь

необходимо

учесть JH(p;

x)dpdx=l.

Если

нормированный

сигнал на выходе какого-либо

прибора

Y(t)

можно

связать

с

изме­

ряемым

полем

соотношением

(7.2), то

в х о д я щ а я

в него

функция

Н (р; т)

будет аппаратной функцией этого прибора .

 

 

 

 

Если датчик м о ж н о считать безынерционным, то его

аппаратная

функция

Н(р;

т) =Нр(р)

5 (х— 0), а выходной сигнал

 

 

 

 

 

 

 

Y{t)=X0+

j А' ф [г (t)-p;.t\

Н9

(р)

dp.

 

 

 

Если

при

этом

поле

полагать

независимым

от

времени,

а дат­

ч и к — неподвижным с центром

в точке г, то нормированный

сигнал

на выходе прибора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

( г ) = * „ + j

Хф

(г -

р) Н9

(?)

dp,

 

 

 

(7.3)

причем

 

J Нр(р)

dp=l.

В ы р а ж е н и е

(7.3)

примем

в

качестве

8

Заказ № 516

113

Смотрите также файлы