CC BY
56
Секция акустической и медицинской техники
УДК 534.222
В.А. Воронин, С.П. Тарасов, В.В. Котляров, П.П. Пивнев, Н.Н. Свинобаев
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ОПОР МОСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВ ГИДРОАКУСТИКИ
В мире насчитывается огромное количество мостов. Большинство из них построено десятки лет назад и первоначальное расположение опор и их подушек относительно поверхности грунта не соответствует их нынешнему состоянию. Одним из мероприятий по безопасной эксплуатации мостов является их диагностика. Особенно остро в настоящее время стоит вопрос диагностики подводной части опор мостов. Для этих целей используются различные методы диагностики (исследование объектов водолазами, видеосъемка и гидроакустические методы). Преимущество гидроакустических методов исследования заключается в том, что они позволяют исследовать как подводную часть объектов, так и заиленную в осадках, и могут использоваться в мутной воде, при течениях и в широком диапазоне температур воды [1-4].
В настоящей статье представлены результаты экспериментальных работ по контролю подводных частей опор мостов.
Для проведения этих работ можно использовать два вида акустических приборов: гидролокатор бокового обзора (ГБО) и параметрический профилограф. Параметрический профилограф за счет узкого безлепесткового луча на низких частотах позволяет обнаружить объекты в грунте до его глубин 10-50 м и поэтому может применяться для контроля положения подгрунтовой части опор моста и их фундаментов. Гидролокатор бокового обзора позволяет просматривать поверхность дна водоема, определять рельеф дна, в том числе и у опоры, обнаруживать различные объекты, расположенные на дне и над дном, и обнаруживать дефекты подводной части опоры моста. Нами было проведено ряд экспериментальных работ по обследованию и контролю подводных частей опор мостов. Далее приведены результаты работ по контролю опор мостов на реке Хан в районе Сеула и на реке Дон в районе села Верхний Мамон Воронежской области.
На рис. 1 приведена фотография правой стороны опоры и эхограмма её подводной части, полученная гидролокатором бокового обзора с рабочей частотой 260 кГц, длительностью зондирующего импульса 30 мкс.
Разрешающую способность гидролокатора в горизонтальной плоскости определяет ширина характеристики направленности, которая в используемом приборе составляет 1 градус. Приведенная эхограмма показывает, что опора моста спереди немного подмыта, а сзади течением нанесен грунт. Также на стенке опоры видны дефекты.
Для контроля подгрунтовой части (профилирования дна) инженерных сооружений требуется низкочастотная волна с высокой интенсивностью. Для этих целей применяют параметрические профилографы, в которых за счет взаимодействия в среде излучаемых высокочастотных волн накачки генерируется низкочастотная
Секция акустической и медицинской техники
волна разностной частоты. Повысить интенсивность волны разностной частоты можно различными способами, в частности при помощи использования ЛЧМ сигналов в волнах накачки.
Акустическая тень
а — место проведения исследований, б — эхограмма подводной части опоры
Рис. 1. Диагностика правой стороны опоры автомобильного моста через р. Дон гидролокатором бокового обзора
На рис. 2 приведены эхограммы дна и донных осадков в районе моста с записями фрагмента опоры моста на р. Хан в районе Сеула.
Рис. 2. Эхограммы дна, осадков в районе моста с записями фрагментов опоры моста, сделанная при помощи параметрического профилографа
На эхограмме видна верхняя поверхность подушки опоры, которая выступает над грунтом 1, кратное отражение от нее 2 и отражение от нижнего края подушки 3, расположенного на глубине 7 м под слоем грунта.
При проведении работ использовался профилограф со следующими параметрами: длительность импульса - 8 мс, полоса рабочих частот - 7-15 кГц, вид сигнала - линейно-частотно-модулированный с девиацией 8 кГ ц. Ширина характеристи-
ки направленности параметрической антенны - 3 градуса во всем диапазоне разностных частот. Средняя частота сигнала накачки - 140 кГц.
Анализ эхограммы показывает, что верх опоры вымыт из грунта. Можно определить положение нижней части фундамента опоры и расположение подушки, на которой находится опора.
Т аким образом, применение гидроакустических технологий для контроля инженерных сооружений, таких как использование гидролокаторов бокового обзора с высокой разрешающей способностью и параметрических профилографов со сложными сигналами, позволяет оценить расположение и состояние подводной и под-грунтовой частей сооружений, что говорит о возможности построения приборов контроля, которые будут учитывать условия эксплуатации (мелководье, течение, наличие пузырьков газа и т.д.) и разработки технологии контроля, которая позволит оценить состояние подводной и подгрунтовой частей инженерных сооружений, находящихся под водой.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Воронин В.А, Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Гидроакустические параметрические системы. - Ростов н/Д: Ростиздат, 2004.- 400 с.
2. Воронин В.А., Куценко Т.Н., Тарасов С.П. Исследование эффективности генерации волн разностной частоты при использовании многокомпонентного сигнала накачки. // Известия ТРТУ. Спец. вып. / Материалы ХЬУ науч.-техн. и науч.-метод. конф. профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТРТУ. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000, №1 (15). - С. 103.
3. Воронин В.А., Ишутко А.Г., Куценко Т.Н. К вопросу лоцирования природных слоев в грунте при использовании многокомпонентного сигнала накачки в параметрической антенне. // Известия ТРТУ. Тематический выпуск «Нелинейные акустические системы «НЕЛАКС-2003»» / Матер. науч.-техн. конф. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003, №6 (35). -С. 158.
4. Воронин В.А., Воронин А.В., Пивнев П.П. К вопросу контроля положения подводных и заиленных частей опор мостов. // Известия ТРТУ. Тематический выпуск «Экология 2006 -море и человек» / Матер. науч.-техн. конф. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006, №12. - С. 86.
УДК .534.222
М.А. Раскита
МЕТОД ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЗВУКОВЫХ ЛУЧЕЙ ДЛЯ НЕКОНТАКТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В МОРЕ
При решении разнообразных задач гидроакустики необходимо иметь данные о вертикальном профиле скорости звука (ПСЗ) в морской среде. Поскольку в настоящее время перспективными являются неконтактные методы восстановления ПСЗ, то актуальной задачей является разработка новых методов восстановления ПСЗ при неконтактном зондировании морской среды.
В работе предлагается метод неконтактного восстановления ПСЗ в морской среде, основанный на измерении разности времён распространения звука по лучам, имеющим параллельные траектории распространения и принимаемые двумя корреляционными приёмными системами, включающими в себя акустические приёмники П1-П3 (рис.1), отстоящими на расстоянии Б от излучателя И.
На рис. 2 представлены результаты численного (кривая 1) и экспериментального (кривая 2) восстановления профиля скорости звука в лабораторных условиях
