CC BY
32
4. Wenz, Gordon. Acoustic Ambient Noise in the Ocean: Spectra and Sources. JASA, 1962, vol.34, №12.
5. Kibblewhite A., Ewans K. Wave-wave interactions, microseism and infrasonic ambient noise in the ocean. JASA, 1985, vol.78, №3.
6. Фурдуев А.В. Шумы океана // Акустика океана. - М.: Наука, 1977. - С.615-691.
СИСТЕМЫ УПЛОТНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ И АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ В.Н. Максимов
В системах экологического мониторинга сталкиваются с необходимостью передачи сигналов от большого количества датчиков к блоку их обработки и регистрации. При этом для уменьшения количества линий связи осуществляют уплотнение сигналов. Для этой цели автором были разработаны и испытаны системы уплотне-.
В первой - двоичные одноразрядные сигналы от 32 датчиков мультиплексировались в последовательное 32-р^рядное цифровое слово, суммировались с 8разрядным синхросигналом, преобразовывались в код «Манчестер-2» и передавались в линию связи, представляющую собой витую пару длиной около 600 метров. Надежный прием сигналов с их последующим демультиплексированием происходил при частоте опроса датчиков до 20 кГ ц. При частоте опроса более 30 кГ ц появлялись единичные ошибки с вероятностью не более 10-3.
Во второй системе уплотнения использовали двунаправленную поочередную передачу цифровых 40-р^рядных чисел от одного блока к другому с частотой опроса датчиков 8 кГц. Причем можно было передавать или 40 бит цифровых данных или
, 8- -вой код и дополнительно 8 бит цифровой информации. При приеме осуществляли восстановление аналоговых сигналов.
400
10-6. -
сткой логики и могут быть использованы для передачи различных цифровых и аналоговых сигналов по двух направленным линиям связи.
К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ МАКРОПРОЦЕССА АКУСТИЧЕСКОЙ КОАГУЛЯЦИИ АЭРОДИСПЕРСНЫХ СРЕД
..
Применение метода акустической коагуляции для повышения эффективности улавливания пылевых частиц промышленных дымов экономически целесообразно только при оптимальном выборе параметров звукового поля, которые могут быть получены на основе исследования макропроцесса акустической коагуляции реально.
Полученное в [1] уравнение кинетики справедливо для макропроцесса коагу-
,
аэрозоля через коагуляционную камеру. В реальных условиях производства скорость дымовых газов велика и имеет порядок 10 м/с. Поэтому время пребывания аэрозоля в зоне действия мощного звукового поля составляет 1-2 с. В этих условиях схема ки, , -
резков времени, когда можно считать, что весь объем аэрозоля в коагуляционной камере находится как бы в неподвижном состоянии. При наличии потока реальное изменение счетной концентрации за время измерения будет включать в себя составляющие, предшествующие и последующие по отношению к моменту квазистатиче-. -ром - временем озвучивания тш. Этот параметр удобен своей инвариантностью по отношению к многообразию конструкций коагуляционных установок.
Для оценки пределов применимости принятых допущений будем задаваться малыми интервалами времени ti. Для определенной частоты f и уровня интенсивности звука при конкретных параметрах аэродисперсной системы (дисперсного состава, концентрации, температуры и т. д.), используя выражения для величины взаимного дрейфа, можно рассчитать параметр пространства эффективного взаимодействия частиц d при принятых интервалах времени 4
Пространство эффективного взаимодействия частиц имеет вид шаровых секторов, оси вращения которых совпадают с направлением вектора колебательной скорости. Границы каждого сектора описываются вектором смещения 8. На рис. 1 показана форма пространства эффективного взаимодействия частиц в звуковых полях, состоящих из одного или нескольких источников, векторы колебательной скорости которых лежат в одной плоскости и взаимно перпендикулярны. Пунктиром показаны ,
поле. Здесь в - угол, образованный линией центров частиц и направлением колеба-.
, -
тиц имеет вид шаровых секторов (на рис. 1 заштрихованы) с углом раскрыва в= 1 - 15° и радиусом АХ
Рис. 1. Форма пространства эффективного взаимодействия
Величина АS определяется из расчёта взаимного смещения частиц по осям координат в звуковом поле за период:
А£ = +А^2.
Радиус R шарового пространства эффективного взаимодействия одной частицы аэрозоля определится из выражения
Яэ
= Т = 2 ’
где Яэ - радиус шара, объем которого равен объему пространства эффективного взаимодействия двух частиц в звуковом поле в виде шаровых сегментов;
К - коэффициент для полей с несколькими источниками, численно равный отношению объема пространства эффективного взаимодействия в этих полях к объему пространства взаимодействия в звуковом поле одного источника, пропорционален отношению амплитуд колебательных скоростей и ииу, принимает значения от 1 до 2;
Я\ - радиус аэрозольных частиц рассматриваемого аэрозоля.
Экспериментальное исследование макропроцесса акустической коагуляции обычно
проводят по оценке величины отношения текущей счетной концентрации к начальной Ы/Ы0 в функции от параметров звукового поля и пылегазового потока. Поэтому и расчеты кинетики будем производить по оценке величины Ы/Ы0, которая характеризует эффективность процесса коагуляции.
Среднее расстояние между частицами равно 80 мкм, с пределами варьирования от 30 до 150 мкм для реальных начальных концентраций промышленного аэрозоля (2 - 20 г/м3).
Среднее значение амплитуды колебательной скорости в расчетах принималось равным 300 см/с. В расчетах и экспериментах пределы изменения и0 были от 100 до 700 см/с (по интенсивности 0,1 - 0,6 Вт/см2), значение частоты менялось от 50 Гц до 20
,
сравнительно узкую ширину, следует ожидать наибольшую вероятность взаимодействия частиц медианного размера с частицами, имеющими некоторое отличие в диаметре в пределах кривой распределения. Поэтому при расчетах макропроцесса вычисления будем производить для различных вариантов сочетаний радиусов взаимо-.
Все основные параметры для расчета акустической коагуляции по разработанной модели макропроцесса определяются условиями проведения процесса. Оценив их, появляется возможность теоретического расчета макропроцесса акустической коагуляции для конкретного промышленного аэрозоля.
Расчет изменения счетной концентрации аэрозольных частиц в акустическом поле был проведён для п бесконечно малых промежутков времени. При этом для каждого промежутка времени Аt = ^/п , где tк - время коагуляции, а полученная накануне счетная концентрация служила исходной, т.е.
В случае отсутствия звуковых колебаний угол раскрыва шаровых секторов в = 0°, а выражение описывает процесс броуновской коагуляции для частиц радиусом Я. Используя вышеизложенную методику, были проведены вычисления степени акустической коагуляции в функции от параметров звукового поля, аэрозоля и среды.
. 2 - 6. -ции от одного из параметров при средних значениях остальных. Такая форма представления результатов не дает точных значений степени акустической коагуляции, но позволяет оценить влияние каждого из варьируемых параметров на процесс коагуляции и дать рекомендации по использованию метода.
На рис. 2 приведена частотная зависимость степени акустической коагуляции при средних значениях амплитуды колебательной скорости, расстояния между частицами и вязкости среды. Расчетные зависимости получены для интервалов времени ^ = 0,1 с (кривые 1, 2, 3, 5) и ti = 0,5 с (кривая 4) для различных пар частиц.
Как видно из графиков, в широком интервале частот степень акустической коагуляции практически не зависит от частоты. Отсюда следует вывод, что выбор частоты для акустической коагуляции промышленных аэрозолей должен определяться технико-экономическими целями используемых излучателей и создаваемых установок. Полученный из расчетов разброс величины степени акустической коагуляции различных пар частиц не столь значителен.
На рис. 3 - 5 представлены расчетные зависимости относительной счетной концентраций Ы/Ы0 в функции от параметров аэродисперсной среды и звукового поля.
000 Г ц.
1 + 8лВ 1 + А— + Q — ех] Я Я
0 5 10 15 20 /,кГц
Рис. 2. Частотная зависимость степени акустической коагуляции для различных пар частиц. Кривые: 1 - Я\= 0,2 мкм; Я2 = 0,1 мкм;
2 - Я-і = 0,4 мкм; Я2 = 0,1 мкм; 3 - Я1= 0,6 мкм; Я2 = 0,1 мкм;
4 - Яі= 0,2 мкм; Я2 = 0,1 мкм; 5 - Яі= 0,4 мкм; Я2 = 0,2 мкм
Рис. 3. Влияние запыленности среды на изменение относительной счетной концентрации частиц в звуковом поле.
Кривые: 1, 2 - единое поле; 3,4 - скрещенные поля
Одним из основных параметров аэродисперсной среды, влияющих на скорость процесса акустической коагуляции, является весовая концентрация С аэрозоля в газовом потоке. На рис. 3 показана зависимость отношения Л/Л0 от исходной весовой концентрации частиц в едином звуковом поле (^нктирные кривые 1, 2) частотой / и скр ещен-ных звуковых полях (кривые 3,4) частотой /2 = /1 = 600 Гц для амплитуд колебательных скоростей иш = иоу = 55 см/с, при температуре газовой среды 120 °С (кривые 1, 3) и 350 °С (кривые 2, 4) и времени озвучивания 1 с. Диапазон изменения концентрации аэрозоля, определяющий среднее расстояние между частицами аэрозоля, выбирался из практических соображений в пределах от 10 до 45 г/м3, средний медианный размер частиц 1,8 мкм, плотность - 2,4 г/см3. Тогда среднее начальное расстояние между частицами изменяется при данном изменении концентрации аэрозольных частиц от 100 до 50 мкм. Расчет зависимости и отношения Л/Л0 для двух температур вызван необходимостью учета тепловой коагуляции.
Из рис. 3 следует, что при большей исходной концентрации происходит быстрое уменьшение относительной счетной концентрации частиц, как в едином, так и в скрещенных звуковых полях. В скрещенных звуковых полях влияние концентрации на отношение Л/Л0 меньшее, чем в единых (угол наклона кривых 3 и 4 меньше, чем для кривых 1 и
2). Так, при изменении концентрации от 10 до 40 г/нм3 отношение МЛ/0 в скрещенных полях уменьшается в 1,2 - 1,3 раза, тогда как в едином поле в 1,7 - 1,8 раза. Это объясняется различием величины зоны эффективного взаимодействия в скрещенных и едином звуковых полях при равенстве их колебательных скоростей. Наличие у частиц в скрещенных полях большей зоны взаимодействия обеспечивает быструю коагуляцию частиц при малых концентрациях и больших расстояниях между частицами (кривые 3, 4 лежат ниже кривых 1, 2 во всем интервале изменения исходной концентрации). При температуре 350 °С (кривые 2, 4) процесс коагуляции частиц идёт быстрее как в скрещенных, так и в едином звуковых полях.
Рис. 4. Зависимость относительной счетной концентрации от амплитуды колебательной скорости при различной запылённости газа.
Кривые 1, 2 - единое поле; 3, 4 - скрещенные поля
Возрастание степени укрупнения в 1,4 раза в едином звуковом поле происходит при увеличении в 2 раза амплитуды колебательной скорости (см. рис. 4). Полученные результаты позволяют отметить, что скрещенные звуковые поля по эффективности коагулирующего воздействия на аэрозоли близки к единому полю с удвоенной амплитудой колебательной скорости.
На рис. 5 приведена зависимость относительной счетной концентрации Л/Л0 от времени озвучивания 4 в скрещенных и едином звуковых полях для двух значений колебательной скорости 50 см/с (кривые 1, 2) и 100 см/с (^ивые 3, 4) и исходной весовой концентрации 24 г/нм3 при част оте звука Л = /2 = 600 Г ц.
1 Ч \
2 \ \ \ \
3 \ \ Ч \ \ \ \ \ / / /
4 \ \ ' \ \ ^ N. ч - — —
'
0 0,5 1,0 1,5 2,0 I, С
Рис. 5. Зависимость относительной счетной концентрации от времени озвучивания для различных значений колебательной скорости. Кривые: 1, 3 - единое; 2, 4 -
скрещенные поля
Анализ зависимостей показывает, что в течение первой секунды частицы в скрещенных полях укрупнились соответственно амплитудам колебательных скоростей в
5,5 и 9 раз, а в едином поле в 3,8 и 6,6 раза. В течение последующей секунды частицы укрупнились соответственно в скрещенных полях в 1,5 и 1,7 раза, в едином - в 1,8 и 1,9 раза.
Оценивая влияние интенсивности звукового поля и времени озвучивания, отметим, что в скрещенных звуковых полях при амплитуде колебательной скорости 50 - 100 см/с необходимое время озвучивания не превышает 1 с, при этом относительная счетная концентрация частиц уменьшается в 5 - 10 раз. В едином звуковом поле для получения аналогичного эффекта время озвучивания нужно увеличивать до 1,5 с. Увеличение времени озвучивания в скрещенных полях свыше 1 с экономически не выгодно. Так, при той же затрате акустической энергии укрупнение частиц в течение последующей секунды в 4 - 5 раз меньшее, чем в течение первой секунды.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1.Т1шошенко В.И., Чернов НМ. Взаимодействие и диффузия частиц в звуковом поле.
- Ростов на Дону: Ростиздат, 2003. - 304 с.
ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ АНТЕНН ПРИ ЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ ПРИПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МОРЯ В.А. Воронин, С.С. Коновалова, Т.Н. Куценко, С.П. Тарасов
Экологический мониторинг водной среды одной из своих основных задач подразумевает оценку загрязненности приповерхностного слоя моря, в котором концентрируются фазовые включения различного происхождения, нефтяные продукты, , , приводят к рассеянию звука, дополнительному затуханию, дисперсии скорости зву, , ряда других акустических характеристик, важных для проведения исследований и . -ботка методов решения обратных задач с применением акустических методов, которые зачастую являются единственными дистанционными методами исследований свойств и структуры неоднородных сред. Объемное рассеяние, обусловленное флюк-, , , , -однородностями существует практически в любых районах Мирового океана. Акустические характеристики поля объемного рассеяния звука в океане обладают пространственной и временной изменчивостью. Наличие связи между слоистой структурой поля объемного рассеяния звука и тонкой гидрофизической структурой водной толщи свидетельствует о перспективности использования гидроакустических локационных методов для диагностики океана. Поскольку рассеиватели в океане имеют ,
.
необходимо создание диагностического инструментария, обладающего свойствами изменения параметров зондирующих сигналов в широком диапазоне и способностью адаптации к условиям измерений [1].
Одним из важных и наименее изученных является вопрос работы гидроакустических средств в приповерхностном слое. По своим характеристикам приповерхностный слой резко отличается от остальной морской среды. Он характеризуется аномально высокими концентрациями газовых пузырьков, которые приводят к повышенному рассеянию и поглощению звука, к снижению скорости распространения волн, к усилению нелинейных характеристик водного слоя. Так, значение нелинейного параметра увеличивается более чем на порядок, что подтверждено эксперимен-
