Внедрение: 2012 г.

Большим коллективом Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева проведена многоэтапная НИР "Нелинейная динамика океана".

Ниже приводим краткий обзор трёх научных экспериментов, в которых был использован АЦП E20‑10 для скоростной оцифровки экспериментальных данных [1].

1. Экспериментальные исследования кавитационной прочности морской воды

Экспериментальные исследования кавитационной прочности морской воды проводились в осенний период в бухте Витязь залива Петра Великого Японского моря. Исследования были проведены с применением акустического концентратора в форме цилиндра с резонансной частотой 10 кГц. Регистрация кавитации осуществлялась по акустическим шумам, присущим кавитационному режиму. Шумы регистрировались с помощью измерительных гидрофонов фирмы “Ахтуба” (рабочая полоса частот 0.01‑300000 Гц) и фирмы Bruel&Kjaer, тип 8103 (рабочая полоса частот 0.01‑200000 Гц). Запись сигналов осуществлялась с помощью АЦП E20‑10. Высокое напряжение на излучатель подавалось на частоте резонанса 10.7 кГц с помощью усилителя мощности типа Phonic XP 5000 с максимальной мощностью 2 кВт.

На рисунке 1 представлена кавитационная прочность морской воды в зависимости от глубины, измеренная в серии экспериментов в одном и том же месте бухты Витязь.

Рисунок 1. Кавитационная прочность морской воды в зависимости от глубины. На врезке показан внешний вид акустического концентратора с прикрепленным к нему гидрофоном фирмы “Ахтуба” для регистрации кавитационных шумов при разрыве сплошности морской воды под действием звука.

2. Исследования акустической нелинейности морской воды

Для выполнения работ по исследованию нелинейных процессов была отработана методика и проведены исследования нелинейного рассеяния звука и нелинейного параметра морской воды на отдельных станциях. Исследования проводились с помощью зондирующей установки на основе акустической антенны, излучатели которой установлены под углом для схождения акустических пучков в области нелинейного взаимодействия с микронеоднородностями морской среды.

Акустическая антенна представляла собой два пьезокерамических излучателя, расположенных под углом друг к другу, в точке пересечения осей излучателей на кронштейне располагался измерительный гидрофон типа 8103 фирмы Bruel&Kjaer чувствительностью 26.9 мкВ/Па или измерительный гидрофон фирмы “Ахтуба” чувствительностью 100 мкВ/Па. Расстояние от гидрофона до каждого из излучателей – около 40 см. Схема измерения и внешний вид установки представлен на рисунке 2.
 

Рисунок 2. Схема измерения и внешний вид установки: 1, 2 – генераторы ГСПФ‑053; 3 – первый канал усилителя мощности Phonic XP 5000; 4 – второй канал усилителя мощности Phonic XP 5000; 5 – гидроакустическая антенна; 6 – гидрофон типа 8103 фирмы Bruel&Kjaer; 7 – усилитель типа 2650 фирмы Bruel&Kjaer; 8 – селективный нановольтметр SN‑233; 9 – компьютер с АЦП Е20‑10.

Оцифровка сигнала с выхода селективного нановольтметра производилась с помощью АЦП Е20‑10 с записью на компьютер. Вертикальное зондирование осуществлялось путем опускания и подъема антенны с закрепленным на ней приемным гидрофоном на тросе.
На рисунке 3 представлен спектр акустического сигнала, полученного с помощью гидрофона, расположенного вблизи области пересечения пучков. Частоты накачки составляли 57 и 63 кГц. Из рисунка 3 виден сигнал на разностной частоте 6 кГц и множество спектральных составляющих на комбинационных частотах.

Рисунок 3. Спектр акустического сигнала, генерируемого в области пересечения пучков.

3. Исследование рассеяния звука двухчастотного гидролокатора на базе рыбопоискового эхолота FURUNO FCV 1150

Важным для успешного продвижения работ по изучению рассеяния звука было выполнение настройки и адаптации для задач исследования рассеяния звука двухчастотного гидролокатора на базе рыбопоискового эхолота FURUNO FCV 1150. В итоге была решена задача съема информации с наименьшими помехами, которая позволила провести в дальнейшем исследования по рассеянию звука в районах с малой концентрацией микронеоднородностей в морской среде. Принципиальная схема подключения эхолота FURUNO FCV 1150 в измерительную схему представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Принципиальная схема подключения эхолота FURUNO FCV 1150 в измерительную схему с цифровым вводом в компьютер через высокочастотную интерфейсную плату E20-10.

Рисунок 5. Схема типичных трасс в шельфовой зоне Японского моря, вдоль которых проводились исследования рассеяния звука на различных частотах: 1) июнь; 2) август; 3) октябрь 2011 г. (слева). Схема маршрута экспедиции в Японском и Охотском морях, август 2010 г. (справа).

Источник:
Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Нелинейная динамика океана (заключительный)». – Владивосток, ТОИ ДВО РАН. – 2012. – 237 с.

Разработчик: ФГБУН «Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева» Дальневосточного отделения РАН (ТОИ ДВО РАН)