Исследование метрологических характеристик акустических доплеровских профилографов скорости течения

• Автор: Храбров, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ,

ТЕРМИНОВ

ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ

1.1 Общие сведения

1.2 Вертушечные измерители течения

1.3 Электромагнитные измерители течения

1.4 Акустические импульсные измерители течения

1.5 Акустические доплеровские измерители течения

1.6 Акустические доплеровские профилографы течения

1.7 Термогидрометрические измерители скорости течения

1.8 Электрохимические методы измерения скорости течения

1.9 Методы и средства поверки измерителей скорости течения
1.9.1 Общие сведения
1.9.2 Тележка в гидрологическом бассейне
1.9.3 Поверка АДПТ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 2. МОДЕЛИ ОБЪЕКТА И УСЛОВИЙ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1 Общие сведения
2.2 Модель объекта измерений
2.2.1 Скорость водного потока
2.3 МОДЕЛЬ УСЛОВИЙ ИЗМЕРЕНИЙ
2.3.1 Доплеровский сдвиг
2.3.2 Соленость
2.3.3 Температура
2.3.4 Скорость звука
2.3.5 Плотность
2.3.6 Поверхностное волнение
2.3.7 Затухание звука
2.3.8 Неоднородности плотности
2.3.9 Концентрация пузырьков
2.3.10 Звукорассеивающие слои
2.3.11 Шумы океана
2.3.12 Коэффициент отражения

2.3.13 Структурирование модели объекта измерения
2.3.14 Формализация моделей объекта и условий измерения
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ
3.1 Введение
3.2 Принцип действия акустического доплеровского профилографа
3.3 Цикл работы профилографа
3.4 Описание измерительного канала АДПТ
3.4.1 Зондируемый акустический сигнал
3.4.2 Прохождение сигнала по измерительному каналу
3.4.3 Методы обработки отраженного акустического сигнала
3.4.4 Коррекция результатов измерения
3.5 Характеристики АДПТ
3.5.1 Дистанция зондирования
3.5.2 Среднеквадратическая погрешность измерения скорости течения
3.5.4 Особенности применения АДПТ на двигающемся судне
3.5.5 Классификация акустических доплеровских измерений
3.5.6 Формализация модели средства измерения
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ МЕТОДИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ
4.1 Описание составляющих погрешности из-за неадекватности моделей, используемых при измерениях
4.1.1 Обобщенная процедура метрологического анализа суммарной погрешности измерения
4.1.2 Процедура метрологического анализа в обобщенном виде
4.1.3 Погрешность неадекватности, вызванная отклонением прибора от вертикали
4.1.4 Погрешность неадекватности, вызванная вертикальными перемещениями профилографа
4.1.5 Погрешность неадекватности, вызванная ошибкой в расчете скорости
4.1.6 Погрешность неадекватности, вызванная несоответствием доплеровского сдвига несущей частоты реальной скорости течения
4.1.7 Погрешность неадекватности из-за усреднения скорости и направления течения по слоям
4.1.8 Погрешность недаекватности, вызанная ошибкой при вычитании скорости судна из измеренного профиля

4.1.9 Погрешность недаекватности из-за привязки результатов измерения к географическим координатам
4.1.10 Суммарная погрешность неадекватности, вызванная отличием принятой в профилографе модели условий измерений от реальных условий измерений
4.2 Расчетное оценивание характеристик погрешности неадекватности
4.2.1 Общие сведения
4.2.2 Формирование вектора условий измерений
4.2.3 Алгоритм оценки уровня погрешности неадекватности моделей
4.2.4. Пример оценки суммарной погрешности неадекватности
4.3 Расчетное оценивание значения погрешности неадекватности при
РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ИЗМЕРЕНИЙ
4.4 ИССЛЕДОВАНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ РАСЧЕТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОГРЕШНОСТИ НЕАДЕКВАТНОСТИ
4.4.1 Общие положения
4.4.2 Исследование достоверности расчетного оценивания
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4
ГЛАВА 5. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
5.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
5.2 Обоснование выбора программного средства
5.2.1 Общие сведения
5.2.2 Пакет LAB VIEW 6
5.2.2 Пакет MATLAB
5.2.3 Пакет STATISTICA
5.2.4 Пакет STADIA
5.2.5 Язык программирования Visual Basic Aplication (VBA)
5.2.6 Выбор программного средства
5.3 Описание программных модулей на LAB VIEW 6
5.3.1 Генерация акустического сигнала
5.3.2 Вычисление погрешности измерений
5.4 Описание программных модулей на VBA
5.5. Блок-схема программы
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

^ высоты волн несколько меньше (порядка 20 м). В северном полушарии наиболее явно
выражены также и сезонные различия в повторяемости ветра и штормов, - например, в Северной Атлантике повторяемость штормов летом может быть в 20 раз меньше, чем зимой, а в Южной Атлантике - всего в 3-4 раза. Во всех районах Мирового океана интенсивность волнения в общем, уменьшается от умеренных широт к экватору, хотя в отдельных районах тропиков, где формируются и распространяются тропические циклоны и ураганы, ветровые волны также «успевают» достичь значительных масштабов.
В отличие от собственно ветровых волн волны зыби представляют собой «вырожденные» ветровые волны, образующиеся после их выхода из области шторма и * распространяющиеся без заметного затухания на значительные расстояния, которые
при штилевых условиях ограничены в основном акваторией водного бассейна. Поэтому крупная зыбь с высотами волн порядка метров более часто встречаются в океанах, чем развитые ветровые волны.
2.3.7 ЗАТУХАНИЕ ЗВУКА
Убывание интенсивности звука происходит благодаря наличию таких явлений как: поглощение (переход звуковой энергии в тепло) и рассеяние (уход звуковой энергии в другие направления) [99, 103]. Оба эти явления приводят к одному и тому же эффекту - экспоненциальному убыванию амплитуды звуковой волны по мере ее уда-ления от излучателя. Это делает иногда невозможным разделение эффектов поглощения и рассеяния в натурных условиях в океане. По этой причине удается измерить только суммарный эффект, обусловленный поглощением и рассеянием звука, который обычно называют затуханием.
Существует несколько различных физических механизмов, обуславливающих поглощение звука в морской воде. Главным из них являются сдвиговая вязкость (внутреннее трение) и релаксационный процесс, связанный с изменением степени диссоциации молекул соли М§Б04 при распространении звуковой волны [90, 105, 119 120].
ф Наличие поглощения в среде приводит к экспоненциальному убыванию амплитуды звукового давления р(Яи) при увеличении расстояния Ии от излучателя
р(Я„) = р(;0)-10-°-ил (2.27)