Lochul Doppler
Principiul de functionare a lochurilor Doppler
Efectul Doppler const n variaia frecventei unei unde emise de o
surs de oscilaii, dac aceasta se afl n micare fa de receptor.
Efectul Doppler poate fi constatat att n cazul undelor
electromagnetice, ct i n cazul undelor elastice (inclusive
sunetul). Frecvena msurat crete atunci cnd sursa se apropie de
receptor i scade cnd sursa se deprteaz de receptor.
Acest fenomen a fost stabilit de Doppler n anul 1842 si a mai
fost studiat si de Buys-Ballot n domeniul acusticii. Acesta a
confirmat c nlimea sunetului era mai mare dect frecvena emis,
atunci cnd sursa sunetului de apropie de receptor, i mai joas dect
frecvena emis cnd sursa se ndeprteaz de el.
Hippolyte Fizeau a descoperit n anul 1848, n mod independent,
acelai fenomen n cazul undelor electromagnetice. Atat n cazul
undelor electromagnetice, ct i n cazul undelor elastice fenomenul
se poate produce n urmtoarele situatii: surs mobil si observator
fix; observator mobil si surs fix; surs si observator mobile.
Principiul de functionare a lochurilor Doppler
Att emittorul ct si receptorul se afl la bordul navei, ca urmare
ne gsim n situatia c att sursa ct si receptorul se deplaseaz, n
sensul apropierii, fig. 1
Fig. 1 Lochul Doppler hidroacustic cu emisie spre prova
Emittorul care este la bordul navei emite cu frecventa fe spre o
suprafat de reflexie care va receptiona oscilatiile la frecventa
fr1, dat de relatia:
f r1 =
fe
c
c - v
Lochul Doppler hidroacustic poate s functioneze normal numai n
cazul cnd suprafata de reflexie este cu asperitti a cror dimensiuni
sunt comparabile cu lungimea de und a oscilatiilor emise. n acest
caz componenta difuz a semnalului reflectat asigur o functionare
sigur a receptorului.
Dac aceast dimensiune este mult mai mare dect lungimea undei,
atunci reflexia se produce dup legile opticii (unghiul de incident
egal cu cel de reflexie) si deci nu vor fi emise de ctre suprafat
spre receptor.
n situatia cnd emisia se face spre pupa navei, sau
emittorul/receptorul se deplaseaz n sens de ndeprtare fat de
suprafata de reflexie, n acest caz relatia devine:
f r = fe
c - v
c + v
pentru ca in final:
f D
= - fe
2v
c
Relatiile sunt valabile cnd ntre directia de emisie/receptie si
directia de deplasare a navei unghiul este 0 (180), situatie ntlnit
la lochurile Doppler hidroacustice utilizate ca instalatii de
manevr pentru determinarea vitezei cu care nava se apropie de cheu,
si a distantei pn la cheu. Dac se instaleaz traductoare la prova,
la pupa si la centru cu ajutorul indicatiilor de vitez si distant
furnizate, comandantul poate adopta cele mai bune decizii de manevr
a navei sau chiar se poate realiza automatizarea manevrei de
acostare a navei.
Practic pentru msurarea vitezei n conditii de navigatie,
emisia/receptia se face spre fundul mrii sub un unghi () spre prova
fat de directia de deplasare a navei, fig. 2
Fig. 2 Principiul lochului Doppler, emisia sub unghi spre
prova
n acest caz viteza de deplasare a emittor/receptorului fat de
punctul de reflexie este v cosq si relatia devine:
f r =
fe
c + v cosq
c - v cosq
n final rezulta frecventa Doppler la emisia spre prova:
f Dpv =
fe
2v cosq
c
n mod analog schema la emisia spre pupa corespunde fig. 3
Fig. 3 Principiul lochului Doppler, emisia sub unghi spre
pupa
Urmand aceeasi pasi ai demonstartie rezulta frecventa Doppler la
emisia spre pupa:
f Dpp
= - fe
2v cosq
c
Principiul de functionare al lochului Doppler hidroacustic
Lochurile Doppler hidroacustice msoar viteza absolut a navei
atunci cnd suprafata de reflexie este fundul mrii, acest lucru se
poate produce la navigatia n apropierea coastei si cnd adncimile
sunt de regul mici. La navigatia de larg, n zonele n care adncimile
sunt mari reflexia undelor acustice se produce de straturile
intermediare de ap, viteza msurat n acest caz este viteza relativ
(fat de ap). Pentru a determina viteza absolut este necesar s se
msoare si viteza lateral a navei (componenta transversala). Pentru
msurarea componentelor vitezei navei (longitudinal si transversal)
se folosesc 4 fascicule orientate ca n, fig. 4
Fig. 4 Emisia in configuratie dubla-Janus
Structura lochului Doppler
Componentele functionale de baz ale lochului Doppler
hidroacustic, fig. 4 sunt: AE - traductorul hidroacustic de emisie;
AR traductorul hidroacustic de receptie; DER dispozitivul de emisie
receptie; DM dispozitivul de msurare; DC dispozitivul de calcul;
IVD indicatorul de vitez si distant parcurs; S sincronizatorul; BC
blocul de corectie (compensare).
Fig. 5 Schema bloc a lochului Doppler hidroacustic
Antenele hidroacustice si dispozitivul de emisie/receptie asigur
emisia/receptia oscilatiilor acustice. n dispozitivul de msurare se
determin valorile parametrilor de frecvent ale semnalelor ecou pe
baza crora n dispozitivul de calcul se calculeaz componentele
vectorului vitez si distan parcurs. Informatia, n form
corespunztoare, de la iesirea dispozitivului de calcul este
transmis la indicatorii proprii ai lochului si la receptorii
externi.
Sincronizatorul asigur sincronizarea tuturor etajelor lochului,
asigur comanda si controlul ntregii instalatii, blocul de corectie
realizeaz compensarea erorilor provocate de actiunea factorilor
perturbatori (modificarea vitezei sunetului n ap, balansul navei,
deplasrile pe vertical ale navei etc.).
Unele lochuri sunt prevzute cu dou canale de msurare: unul de
frecvent nalt (100-300KHz) destinat pentru msurarea vitezei la
adncimi mici si altul de frecven joas (10-20KHz) pentru msurarea
vitezei la adncimi medii si mari.
