Потери при отражении от дна.

Теория потерь при отражении звука, падающего под определенным углом на плоскую границу раздела двух жидкостей, впервые была разработана Рэлеем. Если плоская волна падает под углом θ₁ на границу раздела двух жидкостей с плотностями и и скоростями звука С₁ и С₂ (рисунок 5) то формула Рэлея для расчета отношения интенсивности отраженной волны к интенсивности падающей волны имеет вид:

где

Падающий

Отраженный

Преломленный

Рисунок 7 – Отраженные и преломленные лучи на границе раздела двух сред

Потери при отражении зависят от отношений и и угла скольжения.

Коэффициент отражения звука дном определяет величину потерь акустической энергии при взаимодействии фронта волны с грунтом. Для вычисления этого коэффициента используется простейшая модель дна, представляет собой однородною среду с плоской границей, которая характеризуется плотностью и скоростью звука . Коэффициент отражения звука дном вычисляется по формуле:

где – угол скольжения луча у дна;

– отношение плотностей грунта и воды;

- отношении скоростей звука в воде и грунте (показатель преломления).

При усложнении модели отражения за счет учета потерь, связанных с поглощением звука в грунте или с рассеянием на неровностях, определяемых параметром Релея в величину показателя преломления вводится дополнительная поправка на потери, и она принимает вид ( – коэффициент обратного донного рассеяния).

Для выполнения расчетов величины значения , , приводятся в справочных материалах по акустики.

Наиболее сильное поглощение и большая величина потерь относится к крупнозернистым илам. Наименьшие значения этих показателей характерны для глинистых илов.

Определение потерь, связанных с донным отражением звука, с помощью формулы вычисляется коэффициент отражения звука. При этом используется следующие значения входящих в это выражение параметров:

· для илистого грунта ;

· для песчаного грунта .

Для переизлученного дном звука на высоких частотах характерно появление рассеянной компоненты поля. Существование в индикатрисе рассеяния звука дном узкого зеркально ориентированного максимума дает основание для использования при описании переизлученного дном суммарного акустического поля величины эффективного отражения .

Индикатриса рассеяния – направление, характеризующее основную область рассеяния акустической энергии в пространстве или на плоскости после взаимодействия фронта акустической волны с препятствием (неоднородностью среды). Индикатриса рассеяния может изображаться прямой или изогнутой линией. Количественные оценки индикатрисы рассеяния используются при проектировании гидроакустических средств.

Зависимости от угла скольжения и частоты, полученные экспериментально для выровненного с твердым грунтом дна глубокого моря, эффективный коэффициент отражения практически отсутствует, и для ориентировочных расчетов можно принять .

Применительно к районам мелкого моря связь отражающих свойств дна с рельефом не является определяющей и значительное влияние на характеристики переизлучения звука оказывают структура и тип донного грунта. В таблице представлены угловые зависимости в диапазоне частот 1 – 32 кГц для мелководных районов с ровным дном и различными типами грунта.

Тип грунта
Илистый слоистый		-	0.8	0.5	0.5	0.28	0.26	0.25	0.33
	0.2	0.1	0.08	0.1	0.09	0.08	0.1	0.09
Песчаный	1 - 32	0.95	0.93	0.83	0.58	0.47	0.42	0.4	0.4

Частотная зависимость (эффективный коэффициент отражения) в мелком море существенна для высокопористых водонасыщенных донных отложений со слоистой структурой и практически отсутствует для уплотненных однородных грунтов.

Коэффициент объемного рассеяния звука в верхнем слое дна характеризуется мощностью, рассеиваемую неоднородностями единичного объема слоя грунта по всем направлениям, в том числе и обратном.

Коэффициент обратного донного рассеяния характеризует отношение мощности, рассеиваемой единичной площадкой дна в телесного угла характеристики направленности, к интенсивности падающей волны. Пространственное распределение значений коэффициентов отражения и рассеяния изображается графически в виде индикатрисы (рисунок 8).

Рисунок 8 – Схема отражения и рассеяния звука дном океана О – объект обнаружения; ИП – излучатель и приемник; П – приемник.

Дата добавления: 2015-12-07