Разработка и создание лазерно-интерференционных измерителей вариаций давления гидросферы

• Автор: Плотников, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 114 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ Е ОБЗОР ТРАДИЦИОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ ГИДРОСФЕР

1.1 Введение

1.2 Традиционные измерители волновых полей гидросферы

1.2.1 Гидрофоны

1.2.2 Измерители уровня

1.2.3 Неконтактные методы мониторинга инфразвуковых неоднородностей

гидросферы

1.2.4 Недостатки традиционных измерителей морского волнения

1.3 Лазерно-интерференционные методы для мониторинга волновых полей
гидросферы
1.4 Выводы
РАЗДЕЛ 2. ЛАЗЕРНЫЙ ГИДРОФОН И МОБИЛЬНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВАРИАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ
2.1 Введение
2.2 Лазерный гидрофон - конструкция и принцип работы
2.3 Мобильный лазерный измеритель вариаций давления гидросферы
2.4 Погрешности измерений
2.5 Калибровка
2.6 Испытания лазерного гидрофона и мобильного лазерного измерителя
вариаций давления гидросферы
2.7 Выводы
РАЗДЕЛ 3. НЕКОТОРЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАЗЕРНО-ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ
ВАРИАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ
3.1 Введение
3.2 Динамика ветровых волн при движении по шельфу убывающей глубины
3.3 Инфразвуковые колебания японского моря
3.4 Взаимодействие низкочастотных гидроакустических волн с ветровыми морскими волнами
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В последние двадцать лет в России активно развивается направление, связанное с применением акустических средств и методов при изучении закономерностей генерации, динамики и трансформации различных геосферных процессов инфразвукового диапазона. Одно из направлений связано с применением гидроакустических методов и средств при изучении и мониторинге разномасштабных океанологических процессов и их взаимодействия. Мониторинг колебаний морской поверхности является одной из важнейших задач современных океанологических исследований. Знание характеристик морского волнения является необходимым условием для успешного решения ряда научных и прикладных задач. Действительно, параметры морского волнения необходимо учитывать при составлении прогнозов погоды [1], подъеме затонувших объектов, подводном строительстве, расчетах характеристик акустических и электромагнитных полей, взаимодействующих с морской поверхностью [2,3], а также при расчете воздействий морского волнения на прибрежные области, гидротехнические сооружения, различные виды морского транспорта и т.д. Некоторые океанологические процессы, такие как волны цунами и блуждающие волны, не смотря на то, что представляют серьезную опасность для жизни человека, до сих пор мало изучены и природа их возникновения является предметом множества споров и дискуссий.
Таким образом, очевидно, что обеспечение качественного мониторинга различных неоднородностей Мирового океана является важной задачей. Поскольку спектр его волновых полей необычайно широк, современная измерительная база гидроакустики и океанологии представлена огромным разнообразием: гидрофоны и гидрофонные комплексы, различные измерители уровня, множество подходов которые можно отнести к неконтактным методам и т.д. Несмотря на то, что все они применяются для решения разнообразных научных и прикладных задач гидроакустики и океанологии, они имеют ограничения в точности измерений, частотном и динамическом диапазонах, что является серьезным препятствиям для более глубокого изучения законов

фотоприемник. Электронная часть устройства, по сигналу с фотоприемника, считает максимумы интерференционной картины, количество которых меняется в зависимости от длины смещения штока, которое пропорционально давлению на мембрану. Таким образом, при прямой пропорциональности давления от разности хода интерферометра, точность измерения последнего будет определяться величиной Я/2,однако реально точность, будет ниже в связи с особенностями конструкции чувствительного элемента (штока, мембран и пружин).
Входное поучение
Рисунок 1.9 - Оптическая схема оптического измерителя давления: 1,2 -световоды; 3,4 -согласующие линзы; 5 - светоделитель; 6 - измерительный уголковый отражатель; 7 - опорный уголковый отражатель; 8 - шток
Таким образом, несмотря на неплохую точность измерений, оптический измеритель давления имеет существенные недостатки: обладает значительной инерционностью, обусловленной наличием массы штока, несущего подвижный отражатель, и поддерживающих шток пружин, что приводит к ограничению динамического диапазона и точности измерений. Кроме этого, известный датчик требует сложной системы интерпретации информационного сигнала из-за