Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Пензенской области «Пензенский многопрофильный колледж» отделение строительства
Эхолокация
Выполнил студент группы 14ост19 Ратников Андрей
г. Пенза. 2015 год
Оглавление
1. История
А) Предыстория
Б) Летучие мыши и дельфины
В) Доказательство
2. Техническое обеспечение эхолокации
3. Эхолот
А) Строение
Б) Способ работы
В) Применение
Методом отведения потенциалов улитки было показано, что животные способны воспринимать широкий диапазон частот — от 30 гц до 98 кгц (предел используемой аппаратуры) с максимумом ответов в области ультразвуковых частот порядка 30—50 кгц (Galain- bos, 1941b, 1942a). После этих опытов отпали последние сомнения в правильности взглядов о роли ультразвука в ориентировке летучих мышей при полете.1 Как уже отмечалось выше, по аналогии с радиолокационными техническими системами, широко используемыми в годы второй мировой войны, Гриффин (Griffin, 1944) предложил назвать акустический способ ориентации, основанный на посылке животным дискретных ультразвуковых импульсов с последующим восприятием эха, отраженных от предметов, эхолокацией.
Первоначально летучих мышей считали единственными представителями животного мира, использующими эхолокацию в целях ориентировки в пространстве. Но уже 50-е годы принесли новые неожиданные открытия. В 1953 г. звуковая локация была обнаружена у ночных птиц — гуахаро, гнездящихся в глубоких пещерах Венесуэлы (Griffin, 1953a), а несколько позднее — у стри-жей-саланган (Medway, 1959, 1962; Novick, 1959) и у рукокрылых из подотряда крыланов — Rousettus (Mohres, Kulzer, 1956; Novick, 1958b). Но наибольшую сенсацию вызвали первые сообщения о наличии эхолокации у обитателей водной среды — китообразных. Честь этого открытия принадлежит пионеру в изучении поведения и биологии дельфинов в неволе, куратору океанариума в Сан-Августино А. Мак-Брайду (McBride, 1956). В записях, датированных 1947 г., он отмечал, что дельфин афалина легко избегает лабиринты мелкоячеистых сетей, но запутывается в сетях с более крупной ячеей. Эти и ряд других наблюдений позволили ему высказать предположение, что дельфин так же, как и летучая мышь, использует эхолокационный аппарат для обнаружения препятствий. Об этом прозрении Мак-Брайда научный мир узнал лишь через девять лет, уже после его смерти, благодаря А. Шевиллу, который нашел и подготовил к печати его заметки. Экспериментальные доказательства эхолокацион-ных способностей дельфинов были получены несколько позднее, благодаря усилиям большого числа исследователей, среди которых прежде всего следует отметить Келлога, Шевилла, Лоуренс и Норриса. Суть этих доказательств сводится к следующему.
1. В условиях ограниченной видимости (мутность воды экспериментального бассейна, проведение опытов в ночное время) или при полностью выключенной зрительной рецепции дельфины способны обнаруживать и избегать различные препятствия, отыскивать рыбу, бесшумно погруженную в воду, и даже дифференцировать предметы.
2. При решении любой из вышеуказанных задач животныеизлучают под водой серии коротких широкополосных сигналов-импульсов, воспринимаемых на слух как резкие щелчки. Частота следования щелчков нарастает по мере приближения животного к цели. Частотные составляющие спектра таких сигналовдостигают почти 200 кгц. Максимум интенсивности наблюдаетсяна частотах 20—25 кгц.
3. Диапазон звуков, воспринимаемых дельфинами, оченьширок. Он целиком охватывает область звуковых частот, слышимых человеком, и простирается в область ультразвука до 150 кгци выше.
Следовательно, у дельфинов имеются все предпосылки осуществлять пространственный анализ с использованием эхолокации как одного из основных компонентов в ансамбле различных анализаторных систем.
В 60-е годы список эхолоцирующих животных расширился еще на три представителя: два из них — землеройки (Gould et al., 1964) и мадагаскарский тенрек (Gould, 1965) из отряда насекомоядных и третий — калифорнийский морской лев из отряда ластоногих (Poulter, 1963a, 1963Ь, 1966).
Указанными видами ныне завершается перечень животных, которые при ориентации в оптически неблагоприятных условиях пользуются этим особым специфическим способом акустической сигнализации. Несмотря на то что эхолокация служит совершенно конкретным целям, ее роль в жизнедеятельности указанных представителей и степень совершенства оказываются весьма различными.
Только у летучих мышей и зубатых китообразных эхолокация есть основной, а у некоторых из них почти единственный способ дистантной ориентации. У других эхолоцирующих животных она служит лишь вспомогательным средством, уступая по функциональной значимости зрительной рецепции. Рассмотрим особенности акустической локации у различных представителей позвоночных, основываясь на знании сравнительного биоакустического анализа их локационных импульсов, особенностей восприятия и обработки отраженных сигналов и основных показателей их эхолокационных или сонарных систем
Принцип работы эхолота
Дисплей отображает результаты ультразвукового зондирования и управляет работой прибора. Для этого на нем имеется жидкокристаллический монохромный или цветной экран и клавиатура.
Изображение на экране подводного пространства под судном получается в результате использования так называемых разверток (иногда используется другое название – прокрутка). Основная рабочая развертка (быстрая) – вертикальная развертка. Каждый принятый приемником эхолота отраженный сигнал отображается на экране в виде темной точки или вертикальной полосы, отстоящей от линии поверхности на расстоянии, пропорциональной глубине отражающего объекта. Быстрая вертикальная развертка на правой стороне экрана дает текущую (мгновенную) картину под судном.
Отображение подводного пространства под судном в координатах «глубина – время» осуществляется посредством вспомогательной (медленной) горизонтальной развертки, передвигающей текущее изображение влево по экрану. Таким образом, на левой стороне экрана создается картина того, что происходило под водой во время зондирования за некий предыдущий отрезок времени.
Если судно неподвижно, то дно будет отображаться в виде горизонтальных полос, а попадающие в луч излучателя рыбы в виде отметок (о них речь пойдет позже), перемещающихся влево вместе с разверткой.
При движении судна изображение дна будет изменяться соответственно изменениям глубины. При этом для наглядности картины, скорость развертки должна соответствовать скорости движения судна – для этого в большинстве эхолотов имеется возможность ее регулировки.
Техническое обеспечение эхолокации
Эхолокация может быть основана на отражении сигналов различной частоты — радиоволн, ультразвука и звука. Первые эхолокационные системы направляли сигнал в определённую точку пространства и по задержке ответа определяли её удалённость при известной скорости перемещения данного сигнала в данной среде и способности препятствия, до которого измеряется расстояние, отражать данный вид сигнала. Обследование участка дна, таким образом при помощи звука занимало значительное время.
Сейчас используются различные технические решения с одновременным использованием сигналов различной частоты, которые позволяют существенно ускорить процесс эхолокации.
Эхолот состоит из четырех основных элементов: передатчика (излучателя), приемника (датчика), преобразователя (тран-дюсера) и экрана (дисплея).
Передатчик вырабатывает следующие через определенные интервалы времени высокочастотные импульсы. В современных эхолотах применяются частоты 50 и 200 кГц, иногда встречается частота 192 кГц. Излучаемые преобразователем звуковые сигналы распространяются в воде со скоростью около 1500 м/сек. и отражаются от дна, рыб, водорослей, камней и пр. предметов. Достигшие до приемника эхо-сигналы возбуждают в нем электрические импульсы, которые затем усиливаются в преобразователе и поступают в дисплей.
Преобразованные результаты зондирования отображаются на экране прибора в удобной для восприятия графической или алфавитно-цифровой форме.
|
|
|
В связи с таким способом получения изображения необходимо понимать, что находящаяся на экране картина – это прошлое событие. Так, находящаяся на экране отметка рыбы означает не то, что она в данный момент находится под судном в луче излучателя, а то, что она какое-то время назад была там. Для того чтобы видеть, что происходит непосредственно под судном в момент наблюдения, во многих моделях эхолотов вдоль правого края экрана создается дополнительное окно, в котором отображение производится без горизонтальной развертки.
