ГИДРОЛОКАТОР
(сонар), аппаратурный комплекс для определения с помощью акустических сигналов положения подводных и плавучих объектов (первоначально этот термин использовался применительно к эхолокационным приборам для обнаружения подводных лодок, теперь употребляется в более широком значении). Главными элементами гидролокатора являются подводный излучатель мощного акустического сигнала и чувствительный приемник, реагирующий даже на слабые отражения этого сигнала от погруженных в воду объектов. Конструируются оба эти элемента с таким расчетом, чтобы их компоновка в локаторе обеспечивала определение направления на отражающий объект и расстояния до него. На подводных лодках и надводных судах гидролокаторы служат основными - а зачастую и единственными - средствами сбора информации об условиях и обстоятельствах под морской поверхностью. На атомных подводных лодках специальные гидролокаторы применяются в качестве навигационных приборов. Крупные корабли оснащаются эхолотами - гидролокаторами, измеряющими глубину океана. На многих рыбопромысловых судах гидролокаторы используют для обнаружения рыбных косяков; биологи, занимающиеся морскими животными, с помощью гидролокаторов изучают звуки, издаваемые представителями морской фауны. Под водой акустический пучок, подобно лучу прожектора или радара в воздухе, наводится на цель, и отраженная от нее звуковая энергия поступает в приемник. Из сонара, как из радара, излучение испускается короткими импульсами. Расстояние до цели определяется как произведение скорости звука в воде на половину временного интервала между испусканием импульса и прибытием его эха. Поскольку приемная антенна сонара имеет острую диаграмму направленности, пеленг цели определяется поворотом микрофона при его настройке на эхо. На практике оператор следит за световыми метками на панорамном экране, которые соответствуют обнаруженным объектам, и это значительно облегчает их локацию. Дальность действия гидролокатора ограничена радиусом в несколько километров. Скорость звука в воде равна приблизительно 1,5 км/с, поэтому гидролокационный поиск гораздо медлительней радиолокационного или светового поиска в атмосфере.
Из-за относительно большой длины волны звука у гидролокатора довольно слабое пространственное разрешение: там, где глаз различал бы каждую заклепку на корпусе корабля, сонар "увидит" только все судно как единое пятно. К тому же морская вода - далеко не идеальная среда для распространения звука. Идея гидролокатора не нова. Еще во время Первой мировой войны гидрофоны применялись на надводных кораблях и подводных лодках для обнаружения вражеских судов методами пассивной шумопеленгации. Позже были созданы пьезоэлектрические преобразователи и электронные усилители сигналов звукового диапазона, что привело к развитию систем активной гидролокации. С тех пор разработано много видов совершенных приборов, среди них гидролокатор кругового обзора, гидролокатор переменной глубины и др.
Устройство гидролокатора.
Гидролокаторы делятся на два основных типа: активные (излучающие сигнал и принимающие его отражение) и пассивные (принимающие шумы, издаваемые целью). Рассмотрим здесь блок-схему активного гидролокатора кругового обзора (рис. 1).
Рис. 2. ИНДИКАТОР КРУГОВОГО ОБЗОРА (ИКО), на котором видны "земля" (LAND), две подводные лодки (SUB1 и SUB2) и собственный корабль (в центре ИКО).
Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .
Изначально эхолоты представляли собой устройства, с помощью которых любой желающий мог измерить глубину водоема, но с течением времени данный прибор прошел немало модернизаций.
Современный эхолот – прибор, способный не только определить параметры глубины, но и улавливающий наличие рыбы на том или ином участке.
Человек занимается ловлей рыбы не одну тысячу лет, и каждый рыбак непременно сталкивается с необходимостью решения двух основных проблем:
Эхолот или гидролокатор не способен притянуть рыбу к месту его установки, но он решает проблему поиска рыбного мета, сигнализируя своему владельцу об отсутствии или наличии особей на заданном участке.
Хороший гидролокатор обладает четырьмя основными компонентами, без которых невозможна эффективная работа:
Все составляющие данного устройства должны функционировать слаженно в любых климатических условиях и даже в условиях критических температурных показателей.
В Англии эхолоты называют сонарами.
Данный термин образован от трех английских слов, имеющих следующие значения:
Данные слова наиболее ярко отображают умения обычного эхолота.
Звук – параметр, с помощью которого обнаруживаются объекты, располагающиеся на серьезной глубине. От датчика устройства в глубину направляется электрический импульс, преобразуемый в звуковую волну.
Если данный импульс достигает объекта, расположенного в водной толще, причем данный объект может быть как статичным (неподвижным) так и динамичными (передвигающимся), волна от данного объекта отражается и возвращается в преобразователь устройства, с помощью которого на дисплее устройства формируется соответствующее изображение.
От того, сколько времени волна затрачивает на преодоление расстояния от объекта до преобразователя определяется расстояние до данного предмета. Для динамичных движущихся целей подобные измерения должны производиться непрерывно.
История возникновения данного устройства связана со временами Второй мировой войны и изначально его использовали только в военно-морской сфере.
Сонары тогда применялись исключительно военными судами для того, чтобы отслеживать местонахождение подводных лодок.
Сегодня же область применения такого рода устройств охватила и мирную сферу жизни и включает в себя:
Как увеличить улов рыбы?
За 7 лет активного увлечения рыбалкой мною найдены десятки способов улучшить клев. Приведу самые эффективные:
В зависимости от параметров частоты различают следующие типы гидролокаторов:
В зависимости от габаритных размеров, которые напрямую влияют на область жизни, в которой будет можно выявить два вида гидролокаторов:
Портативные же устройства, используемые на рыбалке, можно смело разделить в зависимости от сезонности использования на:
Прежде чем отправится в магазин для приобретения гидролокатора, следует определиться с целями и задачами, которые будет решать данный сонар.
Следует понимать, что в первую очередь сонар – это глубиномер, а только потом устройство для поиска рыбы. Поэтому следует четко представлять, какой именно гидролокатор необходим для решения той или иной задачи.
Современные гидролокаторы способны нормально функционировать как в обычном, фиксированном режиме, так и в динамичном, т.е. с возможностью перемещения.
Поэтому важно определиться в процессе подбора того или иного устройства с местом будущей ловли с применением данного прибора. Так, например, для рыбалки, в скромном водоеме можно полноценно использовать переносную модель.
Такого типа гидролокатор обладает удобными небольшими габаритами и будет наиболее удобным при походе на рыбалку, при ловле со льда зимой, с берега летом или лодки.
Если же покупатель планирует рыбачить на море или в водоеме приличных размеров, то следует отдать свои предпочтения моделям с большой функциональностью.
Не следует упускать из виду такой параметр, как количество пикселей экрана, т. к. от этого параметра напрямую будет зависеть качество получаемого изображения.
В данном случае непременно следует учитывать и характер водоема, в котором планируется ловля. Если речка глубиной не более 5 м., то следует приобретать эхолот с дисплеем в 2 тыс. пикселей. Для глубоководного водоема потребуется монитор с большим разрешением.
Основными же критериями выбора такого типа устройств считаются следующие параметры:
Плюсов у использования такого рода устройств огромное множество:
Помимо преимуществ существуют у такого рода приборов и свои недостатки:
Изготовитель – Furuno.
Изготовитель – Garmin
Изготовитель – HawkEye
Изготовитель – Lowrence
Перед бурением скважины на участке необходимо произвести тщательное исследование грунта, чтобы определить места с наименьшей глубиной залегания водоносных жил. При заказе профессиональной услуги исполнители берут данную функцию на себя, используя для этого различные средства геологической разведки. Самостоятельно найти водоносный слой не так просто, но вполне возможно, если использовать прибор для поиска воды под землей. Подобное устройство значительно упрощает процесс и позволяет с достаточной точностью определить подходящее место для бурения.
Проведение буровых работ рано или поздно позволит достигнуть водоносного горизонта в любой местности. Когда это произойдет, через 10 или 100 метров, зависит от геологического разреза грунта. Поскольку глубина бурения влияет на его сложность и стоимость, очень важно знать схему расположения грунтовых вод на участке перед началом работ.
Верховодка обычно находится уже в нескольких метрах от поверхности земли. Однако она не пригодна для питья и большинства бытовых нужд, так как насыщена сточными водами, которые имеют повышенную степень загрязнения.
К сведению. Прибор для поиска воды на участке может реагировать на верховодку точно так же, как и на другие горизонты. Поэтому для определения правильного места бурения важно научиться анализировать полученные данные.
На глубине 10-40 м располагаются межпластовые водоносные слои, которые зачастую подходят для питья и приготовления пищи. В этом случае водоупорной породой выступает песок (глина), задерживающий проникновение поверхностных вод. Чаще всего именно на песчаный горизонт ориентируется владелец участка при самостоятельном бурении скважины.
Самым чистым является артезианский источник, который находится на глубине от 40 м, что значительно затрудняет поиск воды. Для таких целей используется разведочное бурение или специализированные приборы, способные обнаружить воду на большой удаленности от поверхности земли.
Применение специальных приборов для поиска подземных вод позволяет найти оптимальное место для бурения скважины за сравнительно небольшой промежуток времени.
Если недалеко от участка находится естественный водоем, тогда глубину расположения источника можно найти при помощи барометра-анероида – безжидкостного прибора для измерения атмосферного давления.
Известно, что 0,1 мм ртутного столба барометра соответствует перепаду высоты в 1 м. Узнав показания прибора на берегу водоема, необходимо их сравнить с данными в предполагаемом месте бурения.
Пример расчета. Показание барометра у естественного источника воды составляет 740 мм, а непосредственно на участке – 738, 4 мм. Разница между показаниями 1,6 мм, то есть глубина скважины на данный водоносный горизонт будет около 16 м.
Под воздействием лунного притяжения и гравитации Земли водоносные слои стремятся к поверхности, тем самым создавая межпластовой напор. В процессе движения таких вод образуется родниковая жила, которая, проходя через горные породы, электризуется и приобретает геомагнитные пульсации.
Прибор для поиска воды «Пульс», который несложно собрать своими руками, позволяет уловить электромагнитные колебания водоносной жилы. Положительный и отрицательный электроды заземляются на глубину около 10 см и подключаются к вольтметру. Чем ближе расположение родниковой жилы, тем выше показания вольтметра.
Интересно. Над мощными напорными жилами напряжение увеличивается в несколько раз по сравнению с первоначальными показаниями прибора.
Принципиальная схема прибора «Пульс»
Работа «Гидроскопа» предполагает зондирования водоносных слоев на основе эффекта ядерного магнитного резонанса протонов воды в магнитном поле Земли. В отличие от других технологических средств поиска подземных вод, данный прибор использует не косвенные данные, а непосредственный сигнал от протонов, что минимизирует погрешность конечного результата.
Основными компонентами «Гидроскопа» являются:
Прибор обычно устанавливается на автомобиле с высоким уровнем проходимости, например ГАЗ-66, и применяется для геологических изысканий местности.
«Гидроскоп» – профессиональное устройство для поиска воды
Поиск воды с помощью специализированных приборов – это не единственный метод обнаружения водоносных горизонтов на участке. И хотя народные способы не всегда отличаются высокой точностью результатов, за неимением другой возможности они иногда помогают определить подходящее место для бурения.
Силикагель относится к разряду веществ, способных поглощать и удерживать влагу. Его помещают в глиняную емкость (горшок), которую закапывают на глубину около 1 м. Через сутки емкость откапывают и взвешивают. Чем больше влаги поглотил силикагель, тем ближе находится водоносный слой. Для расширения места поиска можно использовать несколько одинаковых глиняных горшков с равным количеством силикагеля.
Хорошие знания ботаники помогут понять, где находится вода на участке. Влаголюбивая растительность растет в местах близкого расположения подземного источника. Также стоит сфокусировать внимание на том, как растут ивы и березы. Обычно крона данных деревьев клонится в сторону воды.
Этот способ является одним из самых древних для исследования местности. Несмотря на то что сегодня достоверность биолокации подвергается сомнению со стороны большинства специалистов, метод продолжает пользоваться популярностью при определении родниковых жил на участке.
Лозоходство многие относят к оккультным способам поиска подземных вод
Необходимо отметить, что подобные методы дают лишь косвенное представление о местах расположения водоносных горизонтов. Точные данные можно получить только с помощью разведочного бурения или сложных приборов для поиска воды, которые используют специалисты по бурению скважин.
Развернутая статья энциклопедического типа о гидролокаторах.
Развитие коммерческого, личного, а также военно-морского флота обусловило всплеск разработки и реализации различного судового оборудования. Современные суда сложно представить без наличия должного навигационного оборудования , судовой автоматики и прочих аппаратов. Достаточно внушительное обилие всевозможных приборов и их модификаций порой вызывает сложность в четкой дифференциации даже у моряков. В данной статье мы не будем затрагивать все разнообразие судовой электроники, а сконцентрируем свое внимание на таком внушительном пласте устройств как гидролокаторы.
В широком смысле гидролокатор представляет собой устройство акустического обнаружения целей находящихся частично или полностью под водой. Первый гидролокатор был создан в конце первой мировой войны, которая, собственно, и подтолкнула инженеров-разработчиков к поиску различных вариантов навигационных аппаратов, распознающих подводные лодки. Конечно, первый гидролокатор был довольно примитивным устройством, но впоследствии он был существенно доработан, хотя главная цель осталась прежней. Сейчас гидролокатор очень популярен на судах различного масштаба, поскольку его функциональные возможности значительно расширились. К слову, эхолот также является специфическим гидролокатором, задача которого сводится к детальной отрисовке дна, мелких препятствий или косяков рыб.
Гидролокатор может быть двух типов в зависимости от используемого принципа работы: активный и пассивный.
Активный гидролокатор
самостоятельно излучает звуковые сигналы в заданном направлении и принимает отраженное эхо. По скорости получения ответной реакции от сканируемого объекта вычисляется расстояние до него (при этом обязательно учитывается скорость распространения звуковых волн в водном пространстве). За счет того что в воде скорость звука ниже чем в воздухе, процесс идентификации цели и ее положения занимает больше времени. Для совершения подобных операций гидролокатор оснащен специальным излучателем и чувствительным приемником, который способен улавливать даже крайне слабые сигналы. Излучатель гидролокатора можно свободно вращать в необходимом направлении.
Пассивный гидролокатор спроектирован таким образом, чтобы только принимать шумы, продуцируемые целью, на которую он направлен.
Поскольку сфера применения гидролокатора существенно расширилась, разработчики озадачились созданием нескольких вариантов этих устройств. На данный момент можно выделить следующие подвиды.
Гидролокатор с секторным/круговым обзором (, , ). Он используется для решения довольно широкого спектра задач, причем как военной, так и гражданской тематики. Наиболее распространенная задача: построение схемы окружающего водного периметра с указаниями расположения всех подводных объектов. Данный гидролокатор может быть установлен не только на судно, но и на стационарный объект (порт, нефтяная площадка и прочее). Специальные компактные модификации применяются водолазами при исследовании водных глубин и поиске заданных объектов.
Этот прибор чаще всего применяется для тщательного исследования морского дна. Именно поэтому функционально он представляет собой специальный аппарат обтекаемой формы с 2-мя датчиками на каждой из сторон, который буксируется на расстоянии до 50 метров от дна. Каждый датчик покрывает угол обзора примерно в 45º, что в общей сложности дает представление о рельефе дна на значительном расстоянии (около 100 м). ГБО чаще всего используют для вычисления наиболее подходящих мест для прокладки трубопроводов и прочее.
Эхолот (). Это наиболее популярный в наши дни вид гидролокатора, поскольку он отлично подходит для применения на средних и небольших судах. Задачи у эхолота, как правило, всего две:
Э также имеют множество разновидностей, о которых мы не раз писали в статьях и обзорах.
Он представляет собой узкоспециализированный гидролокатор, который занимается поиском труднораспознаваемых подводных объектов. Данный гидролокатор найдет старый полуразрушенный трубопровод, илистые подводные объекты, а также полезные ископаемые. Чаще всего подобное исследование морского дна применяется с целью экологического мониторинга.
Гидроакустическая система позиционирования. Здесь можно провести аналогию с GPS только в воде. Подобный гидролокатор в состоянии отслеживать движущиеся цели и передавать информацию (траектория, скорость) о них. Эта система помогает ориентироваться водолазам при проведении подводных обследований.
Гидролокатор состоит из нескольких основных элементов.
Примерная схема выглядит следующим образом: во-первых, сама акустическая система (1), затем защищающий ее обтекатель (2), устройство для поворота АС (3), коммутатор (4), генератор импульсов (5), усилитель сигнала (6), записывающее устройство (7), а далее идет блок индикаторных устройств, с помощью которых происходит оповещение: рупор (8), телефоны (9) и отметчики (10).
В данной статье гидролокатор был рассмотрен относительно условно, поскольку существует огромное число его разновидностей. Однако, на основе базовой информации можно получить общее представление о строении и предназначении такого устройства, как гидролокатор.
Гидролокатор (сонар) - комплекс для определения с помощью акустических сигналов положения подводных и плавучих объектов (первоначально этот термин использовался применительно к эхолокационным приборам для обнаружения подводных лодок, теперь употребляется в более широком значении).
Главными элементами гидролокатора являются подводный излучатель мощного акустического сигнала и чувствительный приемник, реагирующий даже на слабые отражения этого сигнала от погруженных в воду объектов. Конструируются оба эти элемента с таким расчетом, чтобы их компоновка в локаторе обеспечивала определение направления на отражающий объект и расстояния до него.
На подводных лодках и надводных судах гидролокаторы служат основными - а зачастую и единственными - средствами сбора информации об условиях и обстоятельствах под морской поверхностью
В 1936 году был разработан и прошёл испытания первый отечественный образец ультразвукового прибора подводного наблюдения (УЗПН), как в то время называли гидролокационные станции. Принципиальное отличие этого прибора от шумопеленгатора – возможность измерять расстояние до обнаруженного объекта, исходя из расчёта времени возвращения отражённого эха.
Гидролокаторы делятся на два основных типа: активные (излучающие сигнал и принимающие его отражение) и пассивные (принимающие шумы, издаваемые целью). Преобразователь представляет собой устройство, в котором электрическая энергия преобразуется в механическую и наоборот. Такими преобразователями являются, например, микрофоны и громкоговорители. В гидролокаторе преобразователь исполняет обе функции. Обычно он размещается на днище надводного корабля и в верхней части корпуса подводной лодки.
Иногда преобразователями служат пьезоэлектрические кристаллы (они меняют свои размеры при подаче на них электрического напряжения либо меняют форму при воздействии внешних сил, и на их поверхности возникает разность электрических потенциалов), но в данной схеме используется магнитострикционный (одновременно магнитоупругий) элемент - никелевый стержень с намотанной на него проволочной катушкой индуктивности. При нарастании электрического тока в катушке возникает магнитное поле, сжимающее стержень, при убывании тока - поле, растягивающее его.
На конце стержня закреплена диафрагма, соприкасающаяся с водой, поэтому при сокращениях и удлинениях стержня в воде возбуждаются упругие колебания - звуковые волны. По прибытии эха все происходит в обратном порядке, и движения диафрагмы возбуждают ток в катушке. Набор таких преобразователей располагается по кругу в горизонтальной плоскости; каждый из них ориентирован в своем направлении. Передатчик воздействует на все преобразователи одновременно, и звуковые волны уходят сразу во всех направлениях. Но каждый преобразователь соединен с приемником отдельно, поэтому направление на цель определяется по тому элементу, который "слышит" эхо.
Передатчик . Оператор сидит за пультом управления, контролируя работу передатчика - мощного генератора ультразвуковых импульсов (средняя мощность типичного передатчика - ок. 8 кВт, пиковая в импульсе достигает 160 кВт). Несущая частота передатчика фиксирована ок. 20 кГц, а длительность импульса может меняться оператором от 0,005 до 0,1 с. Частота повторения импульсов тоже может варьироваться от 1 до 60 имп/мин - в зависимости от максимальной величины радиуса зоны обзора (все эхо-сигналы должны быть приняты до момента посыла следующего импульса).
Выбор частоты передатчика зависит от нескольких величин, влияние которых противоположно: с увеличением частоты возрастают потери на трассе, но интенсивность принимаемых собственных шумов воды и габариты преобразователя становятся меньше. Из этих соображений наиболее выгодным диапазоном эхолокации является полоса частот от 18 до 24 кГц. Акустические устройства шумопеленгации наиболее эффективно работают на частотах ниже 1 кГц, на которых наиболее мощно излучаются шумы кораблей.
Выходная мощность передатчика ограничивается сверху тем ее значением, при котором в воде возникает кавитация. Кавитационные пузырьки незамедлительно отражают в преобразователь существенную долю излучаемой мощности. С увеличением давления (т.е. глубины) возрастает и допустимый предел излучаемой акустической мощности. Реле приема-передачи. Так как один и тот же преобразователь выступает в роли излучателя и чувствительного элемента, его следует автоматически подключать то к передатчику, то к приемнику.
* Гидролокаторы кругового и секторного обзора. Гидролокаторы кругового и секторного обзора применяются для выполнения широкого ряда задач от гражданских до сугубо военных. Они предназначены для подводной навигации, поиска и допоиска подводных объектов, построения охранных зон и периметров. Гидролокаторы кругового и секторного обзора устанавливаются при входе в гавани и порты, на нефтяных платформах, кораблях, подводных лодках, обитаемых подводных аппаратах, телеуправляемых подводных аппаратах, применяются в переносном исполнении водолазами. Существуют специальные гидролокаторы, работающие с вертолёта при погружении ППА на кабель-тросе в воду.
* Гидролокаторы бокового обзора. Гидролокаторы бокового обзора (ГБО) в основном применяются для поиска объектов, находящихся на морском дне и исследования рельефа дна для прокладки и обслуживания кабелей связи и трубопроводов.
"Классический" ГБО выполняется в виде буксируемого подводного аппарата в форме торпеды с двумя ППА по правой и левой стороне и буксируется на расстоянии 30-50 метров от дна со скоростью до 5 узлов. При угле обзора каждого ППА 45º, полоса сканирования дна достигает 100 метров. В некоторых случаях, особенно при прокладке трубопроводов и кабелей связи,
* Эхолоты. Эхолоты являются измерительными приборами, предназначенными для промера глубин, отображения профиля и примерной структуры дна, поиска и классификации различных объектов на дне и в толще воды, а также для выполнения различных навигационных задач. Независимо от сферы использования и типа все эхолоты имеют примерно одинаковую конфигурацию: ППА, блок обработки сигналов и надводный блок отображения информации. ППА эхолота имеет коническую вертикальную диаграмму направленности с углом обзора от 10 до 30º. При этом эхолот, как бы “освещает" полосу дна непосредственно под килем судна.
* Профилографы морского дна. Профилографы дна предназначены для поиска заглубленных на дне объектов, например трубопроводов или кабелей, нахождения заиленных подводных объектов, исследования и классификации состава грунта дна, например при планировании строительства подводных объектов или прокладки трубопроводов, разведки полезных ископаемых и экологического мониторинга.
* Гидроакустические системы позиционирования. Гидроакустические системы позиционирования (ГСП). ГСП предназначены для определения точных координат подводных объектов, а также для отслеживания траектории движения и текущей глубины нахождения подводных аппаратов и водолазов в реальном масштабе времени. ГСП представляют собой один или несколько стационарных передающих гидроакустических маяков, установленных на морском дне или судне носителе, маяк-ответчик на перемещающемся или стационарном объекте, ППА или гидрофон на судне-носителе и систему обработки и выдачи информации на борту судна-носителя. ГСП по своей сути является относительной системой координат с судном-носителем в центре отсчёта, при использовании системы GPS возможно позиционирования в абсолютных географических координатах.