بخشی از مقاله
چکیده
بهمنظور تخمین فاصله قرارگیری بین فرستنده تا گیرنده از ارسال صوت - با فرکانس 50 کیلوهرتز - در داخل یک محیط لایهبندی شده - سه لایه با چگالیهای متفاوت - در شرایط آزمایشگاهی استفاده میشود. در این تحقیق از روش اندازهگیری معکوس آکوستیکی در اثر پراکندگی ناشی از عبور صوت در اثر تغییر چگالی در لایههای مختلف استفاده شده است. آزمایشها در یک تانک شیشهای به طول 300 سانتیمتر و عرض 50 سانتیمتر و عمق 100 سانتیمتر انجامشده است.
پس از اینکه مخزن آزمایشگاه را با استفاده از روش" پر کردن جعبه"1 لایهبندی نمودیم یک سیگنال آکوستیکی را با در نظر گرفتن شرایط محیط در مخزن ارسال نموده و بازتابهای متنوعی را که درنتیجه انعکاس از سطح، بستر، دیوارههای مخزن و همچنین عبور موج از بین لایههای آب بوده است، ضبط نمودیم سپس نوفههای موجود دردادهها را با استفاده از فیلتر باتروث حذف کردیم. گیرنده، صوت عبوری از هر لایه را به دلیل وجود تغییرات سرعت صوت ناشی از وجود اختلاف چگالی بین لایهها با یک تأخیر زمانی دریافت مینماید.
با مقایسه این اختلافزمانی به وجود آمده ناشی از تغییرات سرعت صوت هنگام عبور از یک محیط لایهبندی شده و یک محیط همگن - مخزن پر از آب شیرین - و تغییرات پیک تا پیک سیگنالها، زمان دریافت و قدرت توان سیگنال در لحظات عبور صوت به کمک تکنیکهای پالس فشرده فاصله بین سنسورها را محاسبه نمودیم.
-1 مقدمه :
اقیانوس محیط پویا و دائماً در حال تغییر میباشد و هرکدام از پدیدههای اقیانوسی دارای خصوصیات منحصربهفردی میباشند که هرکدام بهنوعیروی انتشار صوت اثرگذارند. مثلاً لایهبندی افقی، جریانات، امواج داخلی و تلاطمهای کوچکمقیاس و پدیدههای دیگر در تغییرات افقی و قائم سرعت صوت اثر دارند .[2] طبق تئوری DeSanto نیمرخ قائم سرعت صوت در اقیانوس به سه مؤلفه تقسیم میشود .
که r معرف برد، t معرف زمان و z معرف عمق اقیانوس است. C0 - z - معرف میانگین سرعت صوت محیط است و C1 - r - معرف تغییرات ریزمقیاس است که شامل ادی و جبهههای موجود در منطقه است و این تغییرات دارای مقیاس آکوستیکی از مرتبه مؤلفه آماری است که ناشی از افتوخیزهای ریزمقیاس توسط امواج داخلی میباشد و این مؤلفه دارای مقیاس آکوستیکی از مرتبه 4 میباشد.
لایه های افقی چینه بندیشده در اقیانوس دائماً تحت تأثیر گرادیانهای بزرگ و کوچک بهخصوص در حضور جبههها و لایه بندی هستند و این گرادیانها موجب تغییر ساختار ریز در نیمرخهای قائم دما و شوری میشوند .[4] با توجه به قانون مقیاس آکوستیکی میتوان از نتایج سیگنالهای آزمایشگاهی در محیط واقعی نیز استفاده کرد - مثلاً klabalab ksaeasea که K معرف عدد موج در آزمایشگاه و یا در دریا است و a ضخامت پدیده ایجادشده در آزمایشگاه و یا در دریا است - . در موردمحاسبه فاصله بین سنسورها توسط انتشار آکوستیکی در یک محیط چینهبندی تاکنون اندازه گیری آزمایشگاهی انجام نشده است. در این مقاله سعی میشود فاصله بین سنسورها در یک محیط چینهبندی شده توسط انتشار صوت محاسبه شود.
-2 رفتار موج آکوستیکی در لایهها
-2 -1 انعکاس:
انتشار صوت در سطح دریا، کف دریا، اشیاء غرقشده و تغییرات خصوصیات فیزیکی آب باعث میشوند، که سیگنالهای اضافی با طول پالسهای متفاوت در گیرنده مشاهده گردد. همانطوری که در شکل - 1 - مشاهده میشود همیشه اولین و قویترین سیگنال مربوط به سیگنال مستقیمی است که پس از برخورد به دیواره به گیرنده میرسد - مسیر یک - ، سیگنال بعدی - مسیر دوم و سوم - به دلیل طول مسیرهای متفاوت و انعکاس از سطح و بستر کمی دیرتر از سیگنال مستقیم میرسد بنابراین در گیرنده در زمانهای متفاوتی دریافت میشوند. به علت جذب،گسترش هندسی، تفاوت در زمان رسیدن، میزان بازتاب از سطوح مختلف، پالسهای دریافتی شبیه به هم نمیباشند
شکل -1 نحوه انتشار صوت در یک محیط کمعمق
-2-2 شکست:
هنگامیکه سیگنالها در یک محیط که سرعت صوت تغییر نکنند حرکت کند سیگنال در یک مسیر مستقیم حرکت میکند ولی هنگامیکه محیط تغییر نماید - عمق، دما و شوری - مسیر انتشار در یک مسیر منحنی شکل حرکت میکند - شکل - 2 بنابراین پالسهای متفاوتی در سیگنال مشاهده خواهید نمود. در این تحقیق با توجه به لایههای مختلف فرض میشود که سرعت صوت از لایه بالا به پایین - از سطح به کف مخزن - افزایش یابد هنگامیکه این نوع نیمرخ ایجاد شود پرتوهای صوتی بهطرف بالا خم میشوند اما پرتوها در منطقهای که سرعت صوت سریعتر از سرعت صوت در مسیر مستقیم است، حرکت میکند
بنابراین سیگنالی که در مسیر منحنی شکل حرکت میکند به گیرنده قبل از اینکه سیگنال مستقیم دریافت شود، مشاهده میشود اما به خاطر طول مسیر برای مسیر منحنی شکل که بیشتر از مسیر مستقیم است و تلفات صوت - تضعیف - که بستگی به طول مسیر دارد این پرتو تلفات بیشتری دارد بنابراین این سیگنال در اسکوپ سریعتر ولی با دامنه کمتری مشاهده میشود.
تغییر در مسیر موج صوتی با تغییرات در سرعت صوت میتواند مسیرهای صوتی پیچیدهای تولید نماید این نیمرخهای باعث میشود که در اقیانوس مناطقی را ایجاد نماید که پرتو در آن نفوذ نکند و منطقه تاریک را ایجاد نماید و یا کانالهای صوتی ایجاد شود کهموج صوتی در آن کانال به تله بیفتد و اجازه دهد که سیگنال تا کیلومترها باکمی اتلاف انرژی سیر کند.
شکل-2 نحوه انتشار صوت با تغییر شوری
-2-3پراکندگی:
اگر مرزهای اقیانوس صاف نباشند و دارای ناهمواریهایی باشند پیچیدگیهای اضافی در شکل اضافه خواهد گردید. همانطوریکه در شکل ذیل مشاهده میکنید هنگامیکه اینچنین باشد پراکندگی یا مسیرهای چندگانه با اختلاف کوچک در زمان و دامنه در گیرنده دریافت خواهد شد. پراکندگی بهواسطه سطح دریا و به خاطر حرکت امواج بوده ونسبتاً دارای پیچیدگی بیشتری - تغییر بازمان - میباشد.
شکل -3 انعکاس موج آکوستیکی دریک محیط کم عمق
