Povećanje točnosti mjerenja profila brzine zvuka u moru : doktorska disertacija - Vukadin, Predrag (P. Vukadin ; Fakultet elektrotehnike i računarstva, 2002)
U ovom radu istraživan je utjecaj brzine zvuka na način širenja zvuka u moru te mogućnosti povećanja točnosti mjerenja profila brzine zvuka u moru. Temeljem ovih istraživanja razrađen je novi pristup mjerenju profila brzine zvuka u moru. Izveden je osnovni matematički model širenja zvuka u moru zasnovan na teoriji akustičkih zraka. Pomoću tog modela, utvrđen je utjecaj profila brzine zvuka na način širenja zvuka u moru i njihova međusobna ovisnost. Proučeni su hidrografski parametri Jadranskog mora relevantni za određivanje brzine zvuka (temperatura, slanost). Na osnovi postojećih rezultata hidrografskih mjerenja, ustanovljena je izrazita promjenjivost slanosti i temperature kroz doba dana i godišnja doba, a time i profila brzine zvuka. Analizirane su najčešće korištene metode za određivanje brzine zvuka u moru (impulsno-kružna, fazna i neizravna STD - iz izmjerene temperature, slanosti i tlaka), te utvrđena njihova točnost. Utvrđeno je da je za područje mjerenja brzine zvuka koje postoji u Jadranskom moru, optimalna impulsno-kružna metoda. Kao posljedica istraživanja utjecaja profila brzine zvuka na širenje zvuka u moru i postojećih načina mjerenja brzine zvuka u vodi, uočena je mogućnost novog načina mjerenja profila brzine zvuka s povećanom točnošću. Razrađen je novi algoritam mjerenja, nazvan algoritmom izravne kalibracije i automatske korekcije greške mjerenja, koji povećava točnost klasične impulsno-kružne metode. Prikladnim načinom kalibracije izravno se dobijaju nepoznati parametri za koje je utvrđeno da opisuju uzroke greške pri mjerenju. To su temperaturni koeficijent rastezanja (α) akustičke baze, ukupno vrijeme kašnjenja akustičkog signala (τ) i točna duljina akustičke baze (d). S tako određenim parametrima, pri svakom daljnjem mjerenju, rezultati se automatski korigiraju i time bitno povećava točnost mjerenja. U laboratorijskim uvjetima, točnost metode ovisi samo o točnosti mjerenja temperature vode u kojoj se brzina zvuka mjeri. Tako se uz točnost mjerenje temperature od 0.01 °C, može postići točnost mjerenja brzine zvuka bolja od 0.04 m/s u cijelom području mjerenja. Posebna pozornost posvećena je mogućnosti primjene ovakve metode za mjerenje profila brzine zvuka u Jadranskom moru. Proučena je mogućnost korištenja predloženog algoritma u stvarnim dinamičkim uvjetima mjerenja na moru. U takvim uvjetima, promjene temperature materijala od kojih je načinjena akustička baza mjerača (a time i promjena njene duljine) neće pratiti promjene na osjetilu temperature na mjeraču, pa korekcija greške uzrokovane promjenom duljine akustičke baze neće biti ispravna. Stoga je utvrđeno kakvi su vremenski odzivi akustičke baze i osjetila temperature na temperaturnu promjenu, te definiran koeficijent temperaturne promjene, kao parametar temperaturne promjene kojoj je izložen mjerač profila brzine zvuka u stvarnim uvjetima mjerenja. Koeficijent temperaturne promjene opisuje temperaturnu promjenu kao posljedicu gradijenta promjene temperature u moru i trajanja (brzine) mjerenja. Razrađen je matematički model mjerenja u stvarnim (dinamičkim) uvjetima i utvrđeno pri kojim se uvjetima mjerenja može postići povećana točnost. Izvedeni su izrazi koji izravno povezuju točnost mjerenja s gradijentom temperature mora i trajanjem (brzinom) mjerenja, opisanih koeficijentom temperaturne promjene. Pokazana je mogućnost postizanja povećane točnosti i u stvarnim uvjetima mjerenja. Provedena je eksperimentalna provjera na izrađenom modelu mjerača i dokazano povećanje točnosti primjenom predloženog algoritma. Ključne riječi: brzina zvuka u tekućinama, brzina zvuka u destiliranoj vodi, profil brzine zvuka u moru, impulsno-kružna metoda, fazna metoda, neizravna (STD) metoda, povećanje točnosti mjerenja, algoritam izravne kalibracije i automatizirane korekcije greške, koeficijent temperaturne promjene