Исследование параметрических акустических антенн для проведения экологического мониторинга водной экосистемы Азовского моря Текст научной статьи по специальности «Физика»

состоянии среды на достаточно больших площадях и значительно сократить время проведения экологического мониторинга.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дрейк Ч., Имбри Дж., Кнус Дж., Турекиан К. Океан сам по себе и для нас. М.: Прогресс, 1982 г. 468 с.

2. Вор онин В А., Коновалова С.С., Тарасов СМ., Тимошенко В.И. Экологичес кий мониторинг водных районов с использованием технологии гидроакустических исследований. Журнал “Региональная экология” РАН, №2, 1998 Спб, ИСЭП РАН.

3. Новиков Б.К., Руденко ОМ., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. Л.: Судостроение, 1981. С.2б4.

УДК 521.222

В.А. Воронин, И.А. Кириченко ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ АКУСТИЧЕСКИХ АНТЕНН ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ВОДНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ АЗОВСКОГО МОРЯ

Развитие технических средств экологических исследований и повышение требований к проведению экологического мониторинга водной экосистемы приводит к расширению круга решаемых с помощью гидроакустических средств задач, поиску новых методов разработки аппаратуры, математических и физических моделей водной экосистемы. Одной из таких задач является дистанционное зондирование водной среды с целью измерения обратного объемного рассеяния звука в воде как в самой водной среде, так и донных осадках, которые всегда содержат обширную информацию о неоднородностях среды .

Для исследования обратного рассеяния звука широко применяются эхолоты [1]. Они позволяют производить измерения на ходу судна и наблюдать пространственную изменчивость рассеянного поля. Такие исследования относятся к методам непрерывного профилирования, базирующихся на решениях

[2].

судовых эхолотов дает возможность представить только качественную картину . -ния частотной зависимости акустических свойств рассеяния и то, что подобные исследования проводят на акваториях глубиной более 10м и достаточно

, [2, 3].

Анализируя методы исследований водной экосистемы, можно заключить, что наиболее удобным для большинства задач экологического мониторинга, требующих не только общих количественных и качественных оценок, но и учета пространственной изменчивости водной структуры в широком диапазоне

,

источника звука параметрической излучающей антенны. Преимуществами его являются возможность точного измерения координат неоднородностей водной , , в процессе исследований на ходу судна при предельно малых (0,5-1 м) глуби,

аппертуры антенны, практическое отсутствие бокового излучения, которое при малых расстояниях до исследуемых неоднородностей способно вносить искажения в результаты измерений [3].

В рамках исследования особенностей работы параметрических антенн для целей экологического мониторинга было проведено моделирование поля скорости звука в воде [4] и измерение амплитудных характеристик поля звукового давления волны разностной частоты параметрической излучающей антенны

[5].

На рис. 1 представлены результаты экспериментальных исследований температурной зависимости скорости звука в измерительном гидроакустическом бассейне для различных условий работы установки. Результаты экспериментальных исследований наглядно показали возможность моделирования скорости звука в гидроакустическом бассейне для экспериментальных исследований характеристик параметрической антенны в среде с изменяющимся полем скорости звука [4].

На рис. 2 представлены экспериментально измеренные осевые распределения амплитуды звукового давления волны разностной частоты для параметрической антенны с диаметром преобразователя накачки ё = 18 мм, средней частотой накачки / = 1,1МГц для значения разностной частоты 60кГц.

Рис.1. Типовое распределение скорости звука, созданное в гидроакустическом

бассейне

50

ЮО

х,см

1500

1520 с, м/с

50

>

у

/

ЮО

Рис.2. Экспериментальная зависимость амплитуды звукового давления на оси высокочастотной параметрической антенны Б=60 кГц (а) и распределение скорости звука вдоль трассы распространения (б).1-с=1500м/с, 2-с=с(х)

С целью проверки результатов измерений были проведены расчеты характеристик параметрической антенны по известным методикам [3]. На рис. 3 приведены рассчитанные осевые распределения амплитуды звукового давления волны разностной частоты для параметрической антенны с такими же значениями параметров, что и в эксперименте.

Видно, что изменение скорости звука на 4 % приводит к изменению амплитуды звукового давления волны разностной частоты на 18 % [1].

Р,Пя 60

40

20

1 2 / /

Рис.3. Зависимость амплитуды звукового давления на оси параметрической антенны Б=60 кГц (а) от распределения скорости звука вдоль трассы распространения (б).1-с=1500 м/с, 2-с=с(х)

На рис. 4 приведены частотные зависимости амплитуды звукового давления отраженного сигнала волны разностной частоты в диапазоне частот 5-30 кГц. Кривая Соответствует зависимости, измеренной при отражении от плоского стального листа размером 1,0x1,5м и толщиной 2мм, расположенного на расстоянии 3д/ от поверхности преобразователя накачки, и имеет характерный для частотной характеристики при отражении от акустически жесткой границы вид [3].

Р,Па

Рис.4. Частотная зависимость амплитуды звукового давления отраженного

сигнала

Анализ частотной зависимости при отражении от гидродинамического потока (кривая 2) позволяет сделать вывод о том, что, очевидно, минимальный масштаб неоднородностей создаваемого потока соизмерим с длиной волны разностной частоты в диапазоне 20-30кГц.

На рис. 5 приведена экспериментально измеренная индикатриса рассеяния волны разностной частоты Е=30кГц на гидродинамическом потоке (П=3м/с) [5]. Анализ угловой зависимости рассеяния волны разностной частоты позволяет сделать вывод о хорошем совпадении результатов измерений с рассчитанными теоретически в [6] индикатрисами рассеяния волны на поле пульсаций скорости потока. При этом можно отметить, что уровень рассеяния вперед (0=0°) превышает уровень рассеяния назад (0=180°) примерно на 8дБ. Индикатриса рассеяния при угле 6=90° имеет минимум, что совпадает с выводами, сделанными в [6].

Рис.5.Экспер1шентальная индикатриса рассеяния от неоднородного потока

Дистанционное зондирование водной экосистемы представляется важным направлением решения задачи экологического мониторинга и параметрические антенны в этой области являются незаменимым и уникальным инструментом для исследовательских целей.

ЛИТЕРАТУРА

1. \.Ворони н В.А.,Кириченко КА. Использование параметрического гидролокатора для экологических исследований донных осадков // Сб. тез. докл. МНТК " XX Гагаринские чтения", М., МГАТУ. 1994. С.12-13.

2. 2Шерифф Р.,Гелдарт Л. Сейсморазведка: В 2-х т. Т. 1./ Пер. с англ. М.: Мир, 1987.

3. З.Новиков Б.К,Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. Л.: Судостроение, 1990.

4. 4.5оро« пн В.А.,Кириченко КА. Моделирование поля скорости звука в стратифицированной среде // Электромеханика, 1995, №4. С.96-98.

5. 5.5оро«пн В.А.,Кириченко И.А.,Тарасов С.П.,Тимошенко В.И. Исследование характеристик параметрических антенн в неоднородной стратифицированной среде / В кн. Технические средства исследования Мирового океана / Под ред. Г. П. Турмова, Ю. Н. Кульчина.-Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1996. С.78-84.

6. 6. Красильников В.А.,Крылов В.В. Введение в физическую акустику. М.: Наука, 1984.

УДК 621.315.592

О.А. Агеев, В.В. Виноградов ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК SIC И РАЗРАБОТКА НА ЕГО ОСНОВЕ ДАТЧИКОВ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ГАЗА И ЖИДКОСТИ

ВВЕДЕНИЕ

Проблема контроля загрязнения окружающей среды (как воздушного пространства, так и водных бассейнов) последние десятилетия является одной из приоритетных для обеспечения жизнедеятельности человечества. При этом одной из актуальных задач является разработка экспресс-систем, позволяющих оперативно реагировать на изменение параметров окружающей среды. Решение этой задачи стало возможно в рамках микроэлектронной сенсорики, которая на основе микроэлектронной технологии позволяет изготавливать датчики с низкой стоимостью и высокими быстродействием и надежностью.

Однако в последнее время возникла необходимость изготовления датчиков для работы в экстремальных условиях - при высокой температуре окружающей среды, повышенном уровне радиации, химически агрессивных средах (авиакосмическая промышленность, атомная энергетика, двигателестроение, химиче-). -териалов, способных работать в экстремальных условиях. Одним из наиболее пер-

[1 - 3].

Химическое соединение кремния и углерода в решетке карбида кремния характеризуется сильной ионно-ковадентной связью, которая придает ему уникальные физико-химические свойства - широкая запрещенная зона, (2.4 - 3.3 эВ), высокая теплопроводность (5 Вт/см-К), высокие значения напряженности поля лавинного пробоя (6 MB/см) и насыщенной скорости дрейфа электронов (2-107 см/с),