HIDROAKUSTIČNA ANTENA- uređaj koji obezbeđuje prostorno selektivan ili zvučni prijem u vodenom okruženju. Obično G. i. sastoji se od elektroakustički pretvarači(elementi antene), akustični ekrani, noseća konstrukcija akus. čvorišta, amortizeri i električni komunikacijski vodovi. Prema metodi formiranja prostorne selektivnosti G. a. mogu se podijeliti na interferenciju, fokusiranje, sirenu i parametarsku.
Prostorna selektivnost. G. a. zbog akustičnih smetnji. kreiran u određenoj tački u prostoru dekomp. dijelovi oscilirajuće površine antene (režim zračenja) ili električne smetnje. na izlazima antenski pretvarači kada na nju padne zvučni val (režim prijema). Interferencija G. a. podijeljeno na kontinuirane, normalne fluktuacije komponenti. brzina aktivne površine to-rykh varira kontinuirano od tačke do tačke (na primjer, antene koje zrače kroz uobičajenu metalnu ploču), i diskretno, na čijoj aktivnoj površini postoje diskontinuiteti u funkciji koja opisuje raspodjelu normalne komponente mogu se uočiti oscilacije. brzina. Diskretne antene se često nazivaju. antenski nizovi
Prostorna selektivnost fokusiranja G. i. (cm. Fokus zvuka) nastaje uz pomoć reflektirajućih ili prelamajućih granica ili medija, proizvodeći fokusiranje zvučne energije, praćeno transformacijom valnog fronta (na primjer, iz sfernog u ravan).
Reflektirajuće površine se također koriste u rog antenama, međutim, valni front se ne transformira i uloga reflektirajućih granica se svodi na ograničavanje dijela prostora u kojem se emituje zvuk.
Parametarske aktivne površine. antene osciliraju na dvije bliske frekvencije; prostorna selektivnost se formira kao rezultat razlike frekvencije koja proizlazi iz nelinearne interakcije primarnih zračih talasa (tzv. pumpni talasi).
Main parametri koji određuju prostornu selektivnost G. a., - karakteristika i koeficijent usmjerenosti. koncentracija (vidi Orijentacija akustični emiteri i prijemnici). G. sposobnost i. pretvaranje energije (obično iz električne u akustičnu kada se emituje i akustične u električnu kada se prima) karakterizira osjetljivost, snaga zračenja i sp. zračena snaga.
Antene ne samo da osiguravaju formiranje prostorne selektivnosti, već vam također omogućavaju da je kontrolirate. U slučaju većine uobičajeni tip GA - rešetke - takva kontrola se vrši uvođenjem amplitudno-fazne raspodjele, odnosno stvaranjem date raspodjele amplituda i faza oscilacija. brzine aktivnih površina pretvarača u režimu zračenja. U režimu prijema, uvođenje amplitudno-fazne distribucije je omogućeno odabirom kompleksnih koeficijenata. prijenos uređaja uključenih u svaki antenski kanal između prijemnika i sabirača. Uvođenjem fazne distribucije moguće je obezbijediti zbir zvučnih pritisaka koje razvija dep. G.-ovi pretvarači i. u bilo kojem smjeru prostora, i tako kontrolirati smjer max. zračenje (iu režimu prijema - smjer maksimalne osjetljivosti). Antene, u čije kanale je uvedena navedena fazna distribucija, tzv. kompenzirano.
Upravljanje pozicijom Ch. maksimalna usmjerenost u prostoru može se ostvariti ne samo promjenom distribucije faza, već i mehaničkim. okret G. a. ili promjenom položaja kompenziranog radnog dijela zakrivljene površine (na primjer, kružni, cilindrični G. a.). Distribucija amplitude vam omogućava da promijenite oblik karakteristike usmjerenosti, postižući željeni odnos između dec. elemente smjerne karakteristike, posebno između širine njegove glavne. maksimum i nivo dop.
Često se termin "antena" koristi u širem smislu, pokrivajući i samu antenu i način obrade signala iz njenih dijelova. elementi. U tom smislu, G. a. dijele se na aditivne, multiplikativne, samofokusirajuće, prilagođavajuće itd. Aditiv tzv. antene, signali od elemenata to-rykh se podvrgavaju linearnim operacijama (pojačavanje, filtriranje, vremenski ili fazni pomak), a zatim se dodaju u zbrajač. U multiplikativnom G. a. signala u kanalima prijemnici su podvrgnuti ne samo linearnim, već i nelinearnim operacijama (množenje, eksponencijalizacija itd.), što uz male smetnje povećava tačnost određivanja položaja izvora. Samofokusiranje se zove. antene, prijemni put do-rykh proizvodi automatski. uvođenje distribucija koje obezbeđuju infazno sabiranje signala na antenskom sabiraču kada se izvor zvuka nalazi u proizvoljnoj tački u prostoru. Putanja prijema ili emitovanja adaptivnih antena proizvodi se automatski. uvođenje amplitudsko-faznih distribucija koje osiguravaju maksimizaciju nekog unaprijed određenog parametra (otpornost na buku, rezolucija, tačnost određivanja pravca, itd.).
Nivo šuma koji prati korisni signal, efikasnost antene, maksimalna dubina koja se praktično može izmeriti u postojećim uslovima plovidbe, a ponekad i sama mogućnost merenja zavisi od izbora lokacije antene ehosonda.
Glavni izvori hidroakustičkih smetnji koje utiču na antene su brodske mašine i mehanizmi, propeleri, turbulentni granični sloj, kao i drugi hidroakustični sistemi koji istovremeno rade na brodu. Svaki od izvora smetnji stvara šum određenog spektra, koji ulazi u antenu, šireći se direktno duž trupa broda, u vodi duž trupa broda, odbijajući se od raspršenih objekata u morskom okruženju ili sa dna. Mehurići vazduha rasuti u sloju vode koji okružuje antenu imaju poseban efekat na rad antene. U praksi je više puta zapaženo da, kada se brod kretao u balastu, kada je došlo do intenzivnog formiranja mjehurića u njegovom području blizu dna, ehosonder je prestao mjeriti čak i relativno male dubine. Sa smanjenjem brzine kretanja plovila ili njegovog zaustavljanja, rad ehosonda je obnovljen. Ovaj fenomen se može objasniti činjenicom da mjehurići zraka, s jedne strane, intenzivno rasipaju i apsorbiraju energiju, s druge strane mijenjaju fizička svojstva medija u direktnom kontaktu sa antenama, smanjujući njegovu ekvivalentnu krutost, što, zauzvrat, utiče na podešavanje antenskog sistema - okruženje, smanjujući efikasnost pretvaranja električnog signala u mehanički i obrnuto.
Kako bi se smanjio uticaj ometajućih faktora na rad eho sonde, antene treba postaviti na mestima koja ispunjavaju sledeće uslove:
promena hidrodinamičkog pritiska na mestu postavljanja antene sa promenom brzine broda treba da bude minimalna;
Mjesto postavljanja antene treba biti što dalje od strojarnice, propelera, potisnika, kao i od prostorija u kojima se nalaze veoma bučne mašine i mehanizmi;
U području gdje se nalaze antene (na udaljenosti do 3-5 m) ne bi trebalo biti uređaja za unos i odvod vode, jer to može uzrokovati naglo povećanje praznina ili potpuni nestanak očitavanja ehosonde, posebno oni koji rade na niskoj frekvenciji;
u neposrednoj blizini antene, posebno u pravcu prema pramcu broda, ne bi trebalo da postoje isturene brodske konstrukcije i uređaji za paljenje koji bi mogli ometati rad ehosonde;
na putanji emitovanja i prijema signala, u krugu od 60° od vertikale, ne bi trebalo da bude delova koji mogu da stvore refleksiju akustičnih vibracija;
mjesto postavljanja antene treba biti što dalje od ostalih hidroakustičkih sistema dostupnih na brodu;
Preporučljivo je obezbijediti zgodan pristup anteni za njenu inspekciju, održavanje i zamjenu.
Nakon utvrđivanja mogućih lokacija ugradnje antena eho sonde, uzimajući u obzir gore navedene zahtjeve, potrebno je, na osnovu preliminarne procjene nivoa buke na predviđenoj lokaciji antena, odabrati mjesto sa najnižim nivoom akustičnosti. buka.
Prilikom odabira lokacije antene ehosonde potrebno je voditi računa o smjeru rotacije brodskog propelera. Dakle, kada se koristi desni propeler, tok vode poremećen njime udara u lijevu stranu krmenih kontura broda. Kao rezultat, dolazi do vibracije oplate koja se širi uglavnom na lijevoj strani dna posude. Ova vibracija trupa broda uzrokuje dodatnu akustičnu buku. S tim u vezi, kod propelera desnog nagiba, preporučuje se postavljanje eho sonde antene na desnu stranu, a kod propelera lijevog nagiba - na lijevoj strani.
Rezultati mjerenja nivoa buke na različitim tačkama na trupu pokazuju da se najniži nivo buke u pravilu uočava na pramcu plovila. Stoga se preporučuje postavljanje antene ehosonera što bliže pramcu plovila (u području pozitivnog pritiska), uzimajući u obzir nedopustivost njenog izlaganja tokom kotrljanja. Preporučuje se postavljanje antene što bliže središnjoj liniji plovila.
Efekt smetnji možete smanjiti instaliranjem posebnih ekrana.
Instalacija ostalih uređaja seta ehosonde vrši se u skladu sa zahtjevima tehničke dokumentacije za proizvod i uzimajući u obzir pogodnost rada sa uređajem.
i njihove specifikacije
Namjena hidroakustičnih antena
Hidroakustične antene dizajniran da emituje ili prima hidroakustične signale koristeći hidroakustični pretvarači i osigurati prostornu selektivnost.
Hidroakustični pretvarači
Hidroakustični pretvarač je tehnički uređaj koji pretvara električne vibracije u mehaničke vibracije, ili, obrnuto, mehaničke vibracije u električne vibracije.
Postoje dvije glavne klase hidroakustičnih pretvarača:
a) magnetostriktivni;
b) piezoelektrični.
Princip rada magnetostriktivnih pretvarača
Magnetostriktivni pretvarači koriste fenomen magnetostrikcije. Fenomen magnetostrikcija leži u činjenici da u nekim feromagnetnim materijalima pod utjecajem magnetskog polja dolazi do deformacije koju karakterizira promjena dužine uzorka kada se nalazi duž linija magnetskog polja. Ovaj efekat se zove direktni magnetostriktivni efekat.
Ako se dužina štapa povećava s povećanjem jačine magnetskog polja, tada se magnetostrikcija naziva pozitivnom, a ako se dužina štapa smanjuje, tada se magnetostrikcija naziva negativnom.
Na sl. 5.
Permalloy
Kobalt
– Nikl
Rice. 5. Grafikon relativne deformacije u odnosu na jačinu polja
Priroda i stepen deformacije zavisi od materijala uzorka, načina njegove obrade, količine predmagnetizacije i temperature. Od materijala prikazanih na sl. 5, permaloja ima pozitivnu magnetostrikciju, nikl negativnu, a kobalt ima promjenjivi predznak magnetostrikcije, ovisno o jačini magnetnog polja.
Deformacija bilo kojeg uzorka ograničena je granicom tzv magnetostriktivno zasićenje. Količina deformacije zasićenja i jačina magnetnog polja pri kojoj dolazi do zasićenja ovise o materijalu. Na primjer, magnetostriktivno zasićenje nikla je mnogo veće od zasićenja kobalta, a zasićenje niklom se javlja pri nižoj jačini polja od zasićenja kobaltom.
Toplinska obrada ima veliki uticaj na svojstva magnetostriktivnih materijala. Žarenje bilo kojeg materijala dovodi do povećanja magnitude magnetostrikcije.
Kako temperatura raste, magnetostriktivni efekat slabi dok potpuno ne nestane.
Sa molekularne kinetičke tačke gledišta, fenomen magnetostrikcije se objašnjava na sljedeći način:
Kristalografske ose malih homogenih kristala feromagnetnog materijala imaju nasumičnu orijentaciju u prostoru. Međutim, pojedinačni kristali se spajaju u tzv domene. Magnetski momenti svake domene imaju određenu orijentaciju. Na primjer, kod nikla su magnetni momenti domena orijentirani u osam smjerova - duž četiri dijagonale kocke. Ovi pravci se nazivaju pravci najlakšeg magnetiziranja. Ako uzorak nije magnetiziran, tada su magnetni momenti domena nasumično orijentirani, a ukupni magnetni moment je nula.
Pod uticajem spoljašnjeg magnetnog polja, magnetni domeni se preorijentišu. Oni su orijentisani u onim pravcima koji se poklapaju sa pravcem spoljašnjeg polja. U tom slučaju dolazi do deformacije kristalne rešetke, što dovodi do promjene dimenzija uzorka.
Uz direktni magnetostriktivni efekat postoji i inverzni magnetostriktivni efekat, čija je suština promjena magnetnog stanja uzorka pod utjecajem mehaničkog naprezanja. Pod mehaničkim djelovanjem na feromagnetni materijal dolazi do deformacije kristalne rešetke, zbog čega se mijenja orijentacija magnetnih momenata domena u odnosu na vanjsko magnetsko polje.
Magnetostrikcija je ravnomjeran efekat. To znači da kada se promijeni polaritet magnetskog polja, predznak deformacije se ne mijenja. Dakle, ako se naizmjenična električna struja prođe kroz solenoid, unutar kojeg se štap nalazi, tada će štap vršiti periodične oscilacije s frekvencijom jednakom dvostrukoj frekvenciji uzbudljivog elektromagnetskog polja. Ovaj efekat se može eliminisati primenom preliminarne magnetizacije pretvarača. U pretvaračima traženih hidroakustičkih instrumenata magnetizacija se vrši ugradnjom trajnih magneta ili uvođenjem posebnog istosmjernog izvora.
Karakteristika rada magnetostriktivnog pretvarača bez prednapona prikazana je na sl. 6, i sa pristrasnošću - na sl. 7.
–H+H
Rice. 6. Opis posla
magnetostriktivni pretvarač bez pristrasnosti
Rice. 7. Opis posla
magnetostriktivni pretvarač sa pristrasnošću
Da bi se povećala efikasnost pretvarača, frekvencija eksterne pobude mora biti jednaka frekvenciji njegovih prirodnih oscilacija. Frekvencija prirodnih elastičnih oscilacija štapa ovisi o njegovoj dužini i materijalu od kojeg je izrađen.
Prirodna frekvencija štapa određena je formulom:
gdje n- harmonijski broj (obično n= 1);
l - dužina štapa, cm;
E- modul elastičnosti materijala, n/m 2 ;
ρ je gustina, kg/m 3 .
Dizajn magnetostriktivnih pretvarača
Svaki magnetostriktivni pretvarač je jezgro napravljeno od magnetostriktivnog materijala, na kojem se nalazi namotaj fleksibilne bakrene žice s vodootpornom izolacijom. Jezgro se regrutuje iz tankih štancanih ploča. Nakon štancanja, ploče se žare. Sloj oksida koji nastaje na površini ploča tokom žarenja je dobar izolator. Izolacija između ploča sprečava pojavu vrtložnih struja u jezgru, a samim tim i smanjuje gubitak energije za zagrijavanje jezgra.
U instrumentima za pretraživanje najčešće se koriste štapni magnetostriktivni pretvarači. Ploče od kojih se sastavljaju šipke pretvarača imaju pravokutni oblik s utorima. Ploče su sastavljene u paket, koji je zatvoreni magnetni krug, na čije šipke je položen namotaj. Za ugradnju trajnih magneta, uz pomoć kojih se vrši konstantna magnetizacija pretvarača, u jezgri su predviđeni uzdužni žljebovi. Dizajn štapnog magnetostriktivnog pretvarača prikazan je na sl. osam.
i njihove specifikacije
Namjena hidroakustičnih antena
Hidroakustične antene dizajniran da emituje ili prima hidroakustične signale koristeći hidroakustični pretvarači i osigurati prostornu selektivnost.
Hidroakustični pretvarači
Hidroakustični pretvarač je tehnički uređaj, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ pretvara električne vibracije u mehaničke, ili, obrnuto, mehaničke vibracije u električne.
Postoje dvije osnovne klase hidroakustičnih pretvarača:
a) magnetostriktivni;
b) piezoelektrični.
Princip rada magnetostriktivnih pretvarača
Magnetostriktivni pretvarači koriste fenomen magnetostrikcije. Fenomen magnetostrikcija suštinski se sastoji u činjenici da u nekim feromagnetnim materijalima pod uticajem magnetnog polja dolazi do deformacije koju karakteriše promena dužine uzorka kada se nalazi duž linija magnetnog polja. Ovaj efekat se zove direktni magnetostriktivni efekat.
Ako se dužina štapa povećava s povećanjem jačine magnetskog polja, tada se magnetostrikcija naziva pozitivnom, a ako se dužina štapa smanjuje, tada se magnetostrikcija naziva negativnom.
Na sl. 5.
Permalloy
Kobalt
– Nikl
Rice. 5. Grafikon relativne deformacije u odnosu na jačinu polja
Priroda i stepen deformacije zavisi od materijala uzorka, načina njegove obrade, količine predmagnetizacije i temperature. Od materijala prikazanih na sl. 5, permaloja ima pozitivnu magnetostrikciju, nikl negativnu, a kobalt ima promjenjivi predznak magnetostrikcije, ovisno o jačini magnetnog polja.
Deformacija bilo kojeg uzorka ograničena je granicom, koja se obično naziva magnetostriktivno zasićenje. Količina deformacije zasićenja i jačina magnetnog polja pri kojoj dolazi do zasićenja ovise o materijalu. Na primjer, magnetostriktivno zasićenje nikla je mnogo veće od zasićenja kobalta, a zasićenje niklom se javlja pri nižoj jačini polja od zasićenja kobaltom.
Toplinska obrada ima veliki uticaj na svojstva magnetostriktivnih materijala. Žarenje bilo kojeg materijala dovodi do povećanja magnitude magnetostrikcije.
Kako temperatura raste, magnetostriktivni efekat slabi dok potpuno ne nestane.
Sa molekularne kinetičke tačke gledišta, fenomen magnetostrikcije se objašnjava na sljedeći način:
Kristalografske ose malih homogenih kristala feromagnetnog materijala imaju nasumičnu orijentaciju u prostoru. U ovom slučaju pojedinačni kristali se spajaju u tzv domene. Magnetski momenti svake domene imaju određenu orijentaciju. Na primjer, kod nikla su magnetni momenti domena orijentirani u osam smjerova - duž četiri dijagonale kocke. Ovi pravci se nazivaju pravci najlakšeg magnetiziranja. Ako uzorak nije magnetiziran, tada su magnetni momenti domena nasumično orijentirani, a ukupni magnetni moment je nula.
Pod uticajem spoljašnjeg magnetnog polja, magnetni domeni se preorijentišu. Οʜᴎ su orijentirani u onim pravcima koji se poklapaju sa smjerom vanjskog polja. U tom slučaju dolazi do deformacije kristalne rešetke, što dovodi do promjene dimenzija uzorka.
Uz direktni magnetostriktivni efekat postoji i inverzni magnetostriktivni efekat, čija je suština promjena magnetnog stanja uzorka pod utjecajem mehaničkog naprezanja. Pod mehaničkim djelovanjem na feromagnetni materijal dolazi do deformacije kristalne rešetke, zbog čega se mijenja orijentacija magnetnih momenata domena u odnosu na vanjsko magnetsko polje.
Magnetostrikcija je ravnomjeran efekat. To znači da kada se promijeni polaritet magnetskog polja, predznak deformacije se ne mijenja. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, ako se naizmjenična električna struja propušta kroz solenoid unutar kojeg se štap nalazi, tada će štap vršiti periodične oscilacije s frekvencijom jednakom dvostrukoj frekvenciji uzbudljivog elektromagnetnog polja. Ovaj efekat se može eliminisati ako se primeni predmagnetizacija pretvarača. U pretvaračima traženih hidroakustičkih instrumenata magnetizacija se vrši ugradnjom trajnih magneta ili uvođenjem posebnog istosmjernog izvora.
Karakteristika rada magnetostriktivnog pretvarača bez prednapona prikazana je na sl. 6, i sa pristrasnošću - na sl. 7.
–H+H
Rice. 6. Opis posla
magnetostriktivni pretvarač bez pristrasnosti
Rice. 7. Opis posla
magnetostriktivni pretvarač sa pristrasnošću
Da bi se povećala efikasnost pretvarača, frekvencija eksterne pobude mora biti jednaka frekvenciji njegovih prirodnih oscilacija. Frekvencija prirodnih elastičnih oscilacija štapa ovisi o njegovoj dužini i materijalu od kojeg je izrađen.
Prirodna frekvencija štapa određena je formulom:
gdje n- harmonijski broj (obično n= 1);
l - dužina štapa, cm;
E- modul elastičnosti materijala, n/m 2 ;
ρ je gustina, kg/m 3 .
Dizajn magnetostriktivnih pretvarača
Svaki magnetostriktivni pretvarač je jezgro napravljeno od magnetostriktivnog materijala, na kojem se nalazi namotaj fleksibilne bakrene žice s vodootpornom izolacijom. Jezgro se regrutuje iz tankih štancanih ploča. Nakon štancanja, ploče se žare. Sloj oksida koji nastaje na površini ploča tokom žarenja je dobar izolator. Izolacija između ploča sprečava pojavu vrtložnih struja u jezgru, a samim tim i smanjuje gubitak energije za zagrijavanje jezgra.
U instrumentima za pretraživanje najčešće se koriste štapni magnetostriktivni pretvarači. Ploče od kojih se sastavljaju šipke pretvarača imaju pravokutni oblik s utorima. Ploče su sastavljene u paket, koji je zatvoreni magnetni krug, na čije šipke je položen namotaj. Za ugradnju trajnih magneta, uz pomoć kojih se vrši konstantna magnetizacija pretvarača, u jezgri su predviđeni uzdužni žljebovi. Dizajn štapnog magnetostriktivnog pretvarača prikazan je na sl. osam.
 |
Rice. 8. Štapni magnetostriktivni pretvarač
Zračenje i prijem akustičnih vibracija se vrši preko krajnjih površina pakovanja. Porozni gumeni zaslon se obično lijepi na jednu od krajnjih površina. U ovom slučaju, emisija i prijem akustičnih vibracija se vrši od strane druge krajnje površine u kontaktu s vodom. Da bi se oscilatorni sistem odvojio od kućišta antene, između paketa i kućišta se postavljaju gumene manžetne. Kućište antene je hermetički zatvoreno poklopcem kroz koji se uz pomoć žlijezda izvode žice za namotaje.
Ponekad se u hidroakustičnim instrumentima koriste cilindrični magnetostriktivni pretvarači sa toroidnim namotom. Cilindrični paket pretvarača je također sastavljen od tankih žarenih prstenova s rupama. Žica za namotaje prolazi kroz rupe i unutrašnju šupljinu paketa. Izmjenična struja u namotu stvara magnetsko polje čije su linije sile smještene u krugu sa središtem na osi prstena. Kao rezultat, u prstenu se pojavljuju sile usmjerene duž tangenta na linije sila i uzrokuju radijalne oscilacije prstena. Da bi se vibracije usmjerile u zadatom smjeru, paket se ugrađuje u centar reflektora koji ima oblik stošca sa uglom otvaranja od 45º.
Uređaj prstenastog magnetostriktivnog pretvarača i način njegove instalacije prikazani su na sl. devet.
 |
Rice. 9. Prstenasti magnetostriktivni pretvarač sa reflektorom
Specifikacije za magnetostriktivne pretvarače
Magnetostriktivni pretvarači se široko koriste u hidroakustičnoj opremi za traženje ribe zbog svoje jednostavnosti i pouzdanosti. Ovi pretvarači imaju visoku mehaničku čvrstoću i ne korodiraju u morskoj vodi. U proizvodnji pretvarača lako se osigurava potrebna izolacija namotaja, jer njihov rad ne zahtijeva korištenje visokih napona.
Nedostaci magnetostriktivnih pretvarača uključuju sljedeće:
a) nemogućnost korišćenja visokih radnih frekvencija: gornja granica zračenih frekvencija je ograničena na 60 kHz;
b) relativno niska efikasnost (20% - 30%);
c) niska osetljivost u režimu prijema;
d) zavisnost prirodne frekvencije od temperature.
Princip rada piezoelektričnih pretvarača
Rad piezoelektričnih pretvarača zasniva se na upotrebi direktnog i inverznog piezoelektričnog efekta.
direktni piezoelektrični efekat suštinski se sastoji u tome da se pod dejstvom mehaničkih sila koje se primenjuju na kristale određenih supstanci, na površinama ovih kristala pojavljuju električni naboji, čija je veličina proporcionalna stepenu deformacije.
Ako se kristal postavi između dvije elektrode spojene na izvor naizmjeničnog napona, tada će doći do deformacije, čija veličina i predznak ovisi o jačini električnog polja i njegovom polaritetu. Obično se naziva pojava mehaničke deformacije pod dejstvom električnog polja obrnuti piezoelektrični efekat.
Piezoelektrični efekat poseduju mnoge supstance, kako one koje postoje u prirodi, tako i one dobijene veštački. Od prirodnih materijala, kristali kvarca imaju najizraženiji piezoelektrični efekat ( SiO 2).
Za proizvodnju antena za hidroakustične uređaje, barijev titanat ( BaTio 3). Ovaj materijal je piezokeramika dobijena pečenjem mešavine praha titanijum dioksida i barijum karbonata na temperaturi od 1400º.
Zatim se uzorci poliraju, a na njih se nanose elektrode upaljivanjem srebra u radne površine keramike. Keramika se tada polarizira.
U nepolariziranoj keramici, pojedinačni nasumično raspoređeni kristali imaju regije (domene) s različitim smjerovima električnih momenata. Pod uticajem jakog električnog polja (jačine 15–20 kV/cm2), električni momenti pojedinih kristalitnih domena se preorijentišu i javlja se rezultujuća polarizacija uzorka. Ova polarizacija opstaje nakon uklanjanja vanjskog električnog polja.
Pored barijum titanata, olovo cirkonat-titanat, kao i sintetički kristali Rochelle soli ( NaKC 4 H 4 O 6 4 H 2 O) i amonijum dihidrogen fosfat ( NH 4 H 2 PO 4).
Oblik prirodnog kristala kvarca prikazan je na sl. 10. Os z–z prolazeći kroz vrhove kristala, uobičajeno je da se zove optička osa.
z z
Rice. 10. Kvarc kristal
Osim optičke ose, kristali imaju električne i mehaničke osovine.
Ako je oktaedarska ploča izrezana iz kristala kvarca okomito na njegovu optičku os, tada će os x–x, okomito na os kroz z–z i prolazeći kroz međusobno suprotne vertikalne ivice kristala, uobičajeno je da se zove električna osovina. Osa y–y okomito na osu z–z i dvije suprotne bočne strane kristala, uobičajeno je nazvati mehanička osovina. Tako dobijena osmougaona ploča ima tri električne i tri mehaničke ose.
Ako se sada iz dobijene oktaedarske ploče izreže pravougaona ploča na način da su njene strane okomite na tri naznačene ose, a najveća površina okomita na osu x–x, tada će takva ploča imati piezoelektrični efekat. Ova ploča se zove ploča X-rez ili Curie rez.
Kada je izložen mehaničkoj sili F x , na stranama okomitim na osu x–x, javlja se direktni uzdužni piezoelektrični efekat (smjer pritiska se poklapa sa električnom osom). U ovom slučaju, napon se pojavljuje između ovih lica:
gdje l, b, h dužina, širina i debljina ploče;
ε je permitivnost materijala;
d x je koeficijent proporcionalnosti, koji se obično naziva
piezoelektrični modul.
Ako je primijenjena mehanička sila F y na lica okomita na osu y–y, tada nastaje direktni poprečni piezoelektrični efekat (smjer vanjske sile je okomit na osu x–x). U ovom slučaju pojavljuje se napon suprotnog polariteta:
U = -;
Da bi se dobio obrnuti piezoelektrični efekat, ista ploča X-slice je izuzetno važno postaviti u električno polje tako da os x– x poklopilo se sa smjerom linija polja. U ovom slučaju, ploča se deformira i u smjeru ose x– x, i u smjeru ose y–y. Pod uticajem obrnutog uzdužnog piezoelektričnog efekta, debljina ploče hće se povećati za:
Δ h = d x· U;
Istovremeno, pod uticajem obrnutog poprečnog piezoelektričnog efekta, dužina ploče lće se smanjiti za:
Δ l = – d xU.
U svakom slučaju, frekvencija mehaničkih vibracija jednaka je frekvenciji električnih vibracija.
Površina svjetskih okeana je oko 71% površine Zemlje. Većina toga još nije proučena.
Potreba za istraživanjem svjetskih oceana suočena sa sve većim ljudskim potrebama za jeftinim gorivom i potrebom za kontrolom civilne navigacije dovela je do pojave hidroakustičnih senzorskih sistema koji su sposobni istraživati ugljovodonike na morskoj polici i identificirati i locirati civilne brodove u vodi. oblasti.
Danas se pred ovakvim sistemima postavljaju visoki zahtjevi u cilju obezbjeđivanja optimalnih parametara, a upotreba optičkih talasovoda kao predajnih i osjetljivih elemenata može značajno povećati efikasnost ovakvih sistema i smanjiti troškove proučavanja okeana i praćenja vodenih površina.
Glavni faktori za zamjenu tradicionalnih hidroakustičkih senzora piezoelektričnim pretvaračima su niža cijena, visoka pouzdanost, manji parametri težine i veličine, jednostavnost proizvodnje distribuiranog senzora i visoka osjetljivost u području niskih frekvencija, te odsustvo elektromagnetskih smetnji na osjetljivom dijelu vlakna. .
Izviđanje se vrši pomoću aktivnog sonara. Brodski izvor emituje širokopojasno akustičko zračenje. Područja morskog dna različite gustine, kao što su naftno i plinsko polje i normalno tlo, odražavat će akustičnu radijaciju s različitim spektralnim komponentama. Vanbrodska optička antena registruje ove signale. Oprema u vozilu obrađuje podatke primljene od antene i na osnovu vremenskog kašnjenja korisnog signala daje smjer do željenog objekta.
Princip rada akustooptičkog kabla, čiji je osetljivi element optičko vlakno, zasniva se na efektu promene indeksa prelamanja vlakna, a time i faze optičkog zračenja pod dejstvom akustičkog polja. Proračunom promjene faze mogu se dobiti informacije o akustičkom utjecaju.
Postoji mnogo optičkih sklopova i dizajna osjetljivih elemenata, ali svi oni omogućavaju multipleksiranje velikog broja senzora na jedno vlakno, postavljanje nekoliko vlakana u akusto-optički kabel može povećati broj senzora u anteni blagim povećanjem debljine. akusto-optičkog kabla. Ova metoda multipleksiranja velikog broja senzora u ovom trenutku može se obezbijediti samo upotrebom optičkih vlakana.
Rad na predmetu ovog projekta započet je 2011. godine zajedno sa Centralnim istraživačkim institutom „Koncern Elektropribor“.U periodu 2011-2013. godine obavljeni su pripremni radovi, razrađeni su osnovni koncepti za izradu akusto-optičkih kablova, različite metode obrade signala. U periodu 2014-2016. godine implementirano je nekoliko rasporeda pasivnih akusto-optičkih kablova i elektronskih jedinica za obradu signala.
Za određivanje dinamičkog raspona, osjetljivosti, donjeg nivoa buke i drugih parametara, izvršen je niz testova na svakoj anteni. Testovi su uključivali proučavanje antene u bezehogenoj komori (akustooptički kabl se nalazi na tronošcima oko izvora akustičnog polja) i u otvorenoj vodi (akustooptički kabl je namotan na zvučno prozirnu korpu za testiranje, u u čijem se središtu nalazi sferni izvor akustičkog polja). Ispod su fotografije sa testova.
Stvaranje i proučavanje proširenih hidroakustičnih fiber-optičkih antena je mlada grana nauke u Rusiji, koja otvara velike perspektive u oblasti hidroakustičkih mjerenja.
