hydroakustické antény. Hydroakustická anténa Množství informací z hydroakustické antény

HYDROAKUSTICKÁ ANTÉNA- zařízení zajišťující prostorově selektivní nebo zvukový příjem ve vodním prostředí. Obvykle G. a. skládá se z elektroakustické měniče(anténní prvky), akustické zástěny, nosná konstrukce akustická. ústředny, tlumiče a elektrické komunikační linky. Podle způsobu tvorby prostorové selektivity G. a. lze rozdělit na interferenční, zaostřovací, klakson a parametrické.

Prostorová selektivita. G. a. kvůli akustickému rušení. vytvořený v určitém bodě rozkladu vesmíru. úseky oscilační plochy antény (režim záření) nebo elektrické rušení. u východů anténní převodníky, když na ni dopadá zvuková vlna (režim příjmu). Rušení G. a. dále rozdělena do spojitých, normálních fluktuací složek. rychlost aktivního povrchu k-rykh se mění plynule od bodu k bodu (například antény vyzařující přes společnou kovovou desku) a diskrétní, na jehož aktivním povrchu nespojitosti ve funkci popisující rozložení normální složky lze pozorovat oscilace. Rychlost. Často se nazývají diskrétní antény. anténní pole

Prostorová selektivita zaostřování G. a. (cm. Zvukové zaměření) se tvoří pomocí reflexních nebo lámavých hranic nebo médií, vytvářejících fokusaci zvukové energie, doprovázenou transformací čela vlny (například z kulové na plochou).

Odrazné povrchy se používají také v rohových anténách, avšak čelo vlny se netransformuje a role odrazných hranic je omezena na omezení části prostoru, ve kterém je zvuk vydáván.

Aktivní plochy parametrické. antény oscilují na dvou blízkých frekvencích; prostorová selektivita vzniká jako výsledek rozdílové frekvence vznikající nelineární interakcí primárně vyzařovaných vln (tzv. čerpací vlny).

Hlavní parametry, které určují prostorovou selektivitu G. a., - směrová charakteristika a koeficient. koncentrace (viz Orientace akustické vysílače a přijímače). G. schopnost a. převést energii (obvykle z elektrické na akustickou při vyzařování a akustickou na elektrickou při příjmu) se vyznačuje citlivostí, vyzářeným výkonem a sp. vyzařovaný výkon.

Antény nejen zajišťují tvorbu prostorové selektivity, ale umožňují vám ji také ovládat. V případě většiny běžný typ GA - mřížky - takové řízení se provádí zavedením amplitudově-fázového rozložení, to znamená vytvořením daného rozložení amplitud a fází kmitů. rychlosti aktivních povrchů měničů v režimu záření. V přijímacím režimu je zavedení amplitudově-fázového rozdělení zajištěno výběrem komplexních koeficientů. přenos zařízení obsažených v každém anténním kanálu mezi přijímačem a sčítačkou. Zavedením fázové distribuce je možné poskytnout součet akustických tlaků vyvinutých dep. G. převodníky a. v libovolném daném směru prostoru, a tak ovládat směr max. záření (a v režimu příjmu - směr maximální citlivosti). Antény, v jejichž kanálech je zavedeno specifikované rozdělení fází, se nazývají. kompenzováno.

Řízení pozice Ch. maximální směrovost v prostoru lze provést nejen změnou fázového rozložení, ale také mechanicky. obrat G. a. nebo změnou polohy kompenzovaného pracovního úseku zakřivené plochy (například kruhové, válcové G. a.). Rozložení amplitudy umožňuje změnit tvar směrové charakteristiky, čímž se získá požadovaný vztah mezi dek. prvky směrové charakteristiky, zejména mezi šířkou její hlavní. maximální a úroveň přídavných.

Často se pojem „anténa“ používá v širším slova smyslu a zahrnuje jak anténu samotnou, tak způsob zpracování signálů z jejích částí. Prvky. V tomto chápání G. a. dále se dělí na aditivní, multiplikativní, samozaměřovací, přizpůsobovací atd. Aditivní tzv. antény jsou signály z prvků do-rykh podrobeny lineárním operacím (zesílení, filtrování, časový nebo fázový posun) a poté přidány do sčítačky. V multiplikativním G. a. signály v kanálech přijímače jsou podrobeny nejen lineárním, ale i nelineárním operacím (násobení, umocňování atd.), což při malém rušení zvyšuje přesnost určení polohy zdroje. Samozaostřování tzv. antény, cesta příjmu k-rykh produkuje automat. zavedení rozvodů, které poskytují fázové sčítání signálů na anténní sčítačce, když je zdroj zvuku umístěn v libovolném bodě v prostoru. Přijímací nebo vysílací dráha adaptivních antén vytváří automatiku. zavedení amplitudově-fázového rozdělení, které zajistí maximalizaci některého předem stanoveného parametru (odolnost proti šumu, rozlišení, přesnost zaměření atd.).

Na volbě umístění antén echolotu závisí úroveň šumu doprovázející užitečný signál, účinnost antény, maximální prakticky měřitelná hloubka za stávajících plavebních podmínek a někdy i samotná možnost měření.

Hlavními zdroji hydroakustického rušení ovlivňujícího antény jsou lodní strojní zařízení a mechanismy, vrtule, turbulentní mezní vrstva a další hydroakustické systémy současně pracující na lodi. Každý ze zdrojů rušení vytváří šum určitého spektra, který vstupuje do antény, šíří se přímo po trupu lodi, ve vodě po trupu lodi, odráží se od rozptylujících se předmětů v mořském prostředí nebo ode dna. Vzduchové bubliny rozptýlené ve vrstvě vody obklopující anténu mají zvláštní vliv na činnost antén. V praxi bylo opakovaně pozorováno, že když se loď pohybovala v balastu, když v její blízkosti dna probíhala intenzivní tvorba bublin, echolot přestal měřit i relativně malé hloubky. S poklesem rychlosti pohybu plavidla nebo jeho zastavení byl provoz echolotu obnoven. Tento jev lze vysvětlit tím, že vzduchové bubliny na jedné straně intenzivně rozptylují a pohlcují energii, na druhé straně mění fyzikální vlastnosti média v přímém kontaktu s anténami a snižují jeho ekvivalentní tuhost, která, zase ovlivňuje ladění anténního systému - prostředí, snižuje účinnost převodu elektrického signálu na mechanický a naopak.

Aby se snížil vliv rušivých faktorů na provoz echolotu, měly by být antény instalovány na místech, která splňují následující požadavky:

změna hydrodynamického tlaku v místě instalace antény se změnou rychlosti lodi by měla být minimální;
místo instalace antény by mělo být umístěno co nejdále od strojovny, vrtulí, trysek, jakož i od místností, ve kterých jsou umístěny velmi hlučné stroje a mechanismy;
v oblasti umístění antén (ve vzdálenosti do 3-5 m) by neměla být zařízení pro příjem a odvod vody, protože to může způsobit prudké zvětšení mezer nebo úplné vymizení odečtů echolotu, zejména ty, které pracují na nízké frekvenci;
 v bezprostřední blízkosti antény, zejména ve směru k přídi lodi, by se neměly nacházet žádné vyčnívající lodní konstrukce a odpalovací zařízení, která by mohla rušit činnost echolotu;
na cestě vysílání a příjmu signálu, v rozsahu 60° od vertikály, by neměly být žádné části, které by mohly vytvářet odraz akustických vibrací;
místo instalace antény by mělo být co nejdále od ostatních hydroakustických systémů dostupných na lodi;
 Doporučuje se zajistit pohodlný přístup k anténě pro její kontrolu, údržbu a výměnu.
Po určení možných míst instalace antén echolotu s přihlédnutím k výše uvedeným požadavkům je nutné na základě předběžného posouzení hladiny hluku v uvažovaném umístění antén vybrat místo s nejnižší úrovní akustického tlaku. hluk.
Při výběru umístění antény echolotu je nutné vzít v úvahu směr otáčení lodní vrtule. Takže při použití pravé vrtule naráží jím narušený proud vody na levou stranu obrysů zádi lodi. V důsledku toho dochází k vibracím pokovení, které se šíří především v levé části dna nádoby. Tato vibrace trupu lodi způsobuje další akustický hluk. V tomto ohledu se u pravotočivé vrtule doporučuje instalovat anténu echolotu na pravoboku a u levotočivé vrtule na levoboku.

Výsledky měření hladin hluku na různých místech trupu ukazují, že nejnižší hladina hluku je zpravidla pozorována na přídi plavidla. Proto se doporučuje instalovat anténu echosounderu co nejblíže k přídi plavidla (v oblasti kladného tlaku), přičemž je třeba vzít v úvahu nepřípustnost jejího vystavení během rolování. Doporučuje se instalovat anténu co nejblíže středové ose lodi.

Vliv rušení můžete snížit instalací speciálních obrazovek.

Instalace dalších zařízení sady echolotu se provádí v souladu s požadavky technické dokumentace k produktu as ohledem na pohodlí práce se zařízením.

a jejich specifikace

Účel hydroakustických antén

Hydroakustické antény určené k vysílání nebo přijímání hydroakustických signálů pomocí hydroakustické měniče a zajistit prostorovou selektivitu.

Hydroakustické měniče

Hydroakustický měnič je technické zařízení, které přeměňuje elektrické vibrace na vibrace mechanické, nebo naopak mechanické vibrace na vibrace elektrické.

Existují dvě hlavní třídy hydroakustických měničů:

a) magnetostriktivní;

b) piezoelektrický.

Princip činnosti magnetostrikčních měničů

Magnetostrikční měniče využívají fenomén magnetostrikce. Jev magnetostrikce spočívá v tom, že u některých feromagnetických materiálů dochází vlivem magnetického pole k deformaci, charakterizované změnou délky vzorku, když je umístěn podél magnetických siločar. Tento efekt se nazývá přímý magnetostrikční účinek.

Pokud se délka tyče zvětšuje se zvyšující se intenzitou magnetického pole, pak se magnetostrikce nazývá pozitivní, a pokud se délka tyče zmenšuje, pak se magnetostrikce nazývá negativní.

Graf závislosti relativního prodloužení různých feromagnetických materiálů na síle magnetického pole je na Obr. Pět.

Permalloy

Kobalt

– Nikl

Rýže. 5. Graf závislosti relativní deformace na síle pole

Charakter a stupeň deformace závisí na materiálu vzorku, způsobu jeho zpracování, míře předmagnetizace a teplotě. Z materiálů znázorněných na Obr. 5, permalloy má pozitivní magnetostrikci, nikl má negativní a kobalt má proměnnou magnetostrikci v závislosti na síle magnetického pole.

Deformace jakéhokoli vzorku je omezena limitem tzv magnetostrikční saturace. Velikost saturačního napětí a intenzita magnetického pole, při kterém dochází k nasycení, závisí na materiálu. Například magnetostrikční nasycení niklu je mnohem větší než u kobaltu a k nasycení niklem dochází při nižší intenzitě pole než nasycení kobaltem.

Tepelné zpracování má velký vliv na vlastnosti magnetostrikčních materiálů. Žíhání jakéhokoli materiálu vede ke zvýšení velikosti magnetostrikce.

Se stoupající teplotou magnetostriktivní účinek slábne, až úplně vymizí.

Z hlediska molekulární kinetiky je fenomén magnetostrikce vysvětlen následovně:

Krystalografické osy malých homogenních krystalů feromagnetického materiálu mají náhodnou orientaci v prostoru. Jednotlivé krystaly se však spojují do tzv domény. Magnetické momenty každé domény mají určitou orientaci. Například u niklu jsou magnetické momenty domén orientovány v osmi směrech – podél čtyř úhlopříček krychle. Tyto směry se nazývají směry nejjednodušší magnetizace. Pokud vzorek není zmagnetizován, pak jsou magnetické momenty domén orientovány náhodně a celkový magnetický moment je nulový.

Vlivem vnějšího magnetického pole se magnetické domény přeorientují. Jsou orientovány v těch směrech, které se shodují se směrem vnějšího pole. V tomto případě dochází k deformaci krystalové mřížky, což vede ke změně rozměrů vzorku.

Spolu s přímým magnetostrikčním účinkem existuje také inverzní magnetostriktivní efekt, jehož podstatou je změna magnetického stavu vzorku pod vlivem mechanického namáhání. Při mechanickém působení na feromagnetický materiál dochází k deformaci krystalové mřížky, v důsledku čehož se mění orientace magnetických momentů domén vzhledem k vnějšímu magnetickému poli.

Magnetostrikce je rovnoměrný účinek. To znamená, že při změně polarity magnetického pole se nemění znaménko deformace. Pokud tedy elektromagnetem, uvnitř kterého je tyč umístěna, prochází střídavý elektrický proud, pak bude tyč provádět periodické oscilace s frekvencí rovnou dvojnásobku frekvence budícího elektromagnetického pole. Tento efekt lze eliminovat aplikací předběžné magnetizace převodníku. V měničích vyhledávacích hydroakustických přístrojů se magnetizace provádí instalací permanentních magnetů nebo zavedením speciálního zdroje stejnosměrného proudu.

Charakteristika činnosti magnetostrikčního měniče bez předpětí je znázorněna na Obr. 6 a s předpětím - na obr. 7.

-H+H

Rýže. 6. Popis práce

magnetostrikční převodník bez předpětí

Rýže. 7. Popis práce

magnetostrikční měnič s předpětím

Pro zvýšení účinnosti měničů musí být frekvence vnějšího buzení rovna frekvenci jeho vlastních kmitů. Frekvence přirozených elastických kmitů tyče závisí na její délce a materiálu, ze kterého je vyrobena.

Vlastní frekvence tyče je určena vzorcem:

kde n- harmonické číslo (obvykle n= 1);

l - délka tyče, cm;

E- modul pružnosti materiálu, n/m 2 ;

ρ je hustota, kg/m 3 .

Konstrukce magnetostrikčních měničů

Jakýkoli magnetostrikční měnič je jádro z magnetostrikčního materiálu, na kterém je umístěno vinutí ohebného měděného drátu s vodotěsnou izolací. Jádro se skládá z tenkých lisovaných desek. Po vyražení se desky žíhají. Oxidová vrstva vytvořená na povrchu desek během žíhání je dobrým izolantem. Izolace mezi deskami zabraňuje vzniku vířivých proudů v aktivní zóně a tím snižuje energetické ztráty na ohřev aktivní zóny.

Ve vyhledávacích přístrojích se nejvíce používají tyčové magnetostrikční převodníky. Desky, ze kterých jsou tyčové snímače sestaveny, mají obdélníkový tvar se štěrbinami. Desky jsou sestaveny do obalu, což je uzavřený magnetický obvod, na jehož tyčích je položeno vinutí. Pro instalaci permanentních magnetů, pomocí kterých se provádí konstantní magnetizace převodníku, jsou v jádru vytvořeny podélné drážky. Konstrukce tyčového magnetostrikčního měniče je znázorněna na Obr. 8.

a jejich specifikace

Účel hydroakustických antén

Hydroakustické antény určené k vysílání nebo přijímání hydroakustických signálů pomocí hydroakustické měniče a zajistit prostorovou selektivitu.

Hydroakustické měniče

Hydroakustický měnič je technické zařízení, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ převádí elektrické vibrace na mechanické, nebo naopak mechanické vibrace na elektrické.

Existují dvě základní třídy hydroakustických měničů:

a) magnetostriktivní;

b) piezoelektrický.

Princip činnosti magnetostrikčních měničů

Magnetostrikční měniče využívají fenomén magnetostrikce. Jev magnetostrikce v podstatě spočívá v tom, že u některých feromagnetických materiálů dochází vlivem magnetického pole k deformaci, charakterizované změnou délky vzorku, když je umístěn podél magnetických siločar. Tento efekt se nazývá přímý magnetostrikční účinek.

Graf závislosti relativního prodloužení různých feromagnetických materiálů na síle magnetického pole je na Obr. Pět.

Permalloy

Kobalt

– Nikl

Rýže. 5. Graf závislosti relativní deformace na síle pole

Deformace jakéhokoli vzorku je omezena limitem, který se běžně nazývá magnetostrikční saturace. Velikost saturačního napětí a intenzita magnetického pole, při kterém dochází k nasycení, závisí na materiálu. Například magnetostrikční nasycení niklu je mnohem větší než u kobaltu a k nasycení niklem dochází při nižší intenzitě pole než nasycení kobaltem.

Tepelné zpracování má velký vliv na vlastnosti magnetostrikčních materiálů. Žíhání jakéhokoli materiálu vede ke zvýšení velikosti magnetostrikce.

Se stoupající teplotou magnetostriktivní účinek slábne, až úplně vymizí.

Z molekulárního kinetického hlediska je fenomén magnetostrikce vysvětlen následovně:

Krystalografické osy malých homogenních krystalů feromagnetického materiálu mají náhodnou orientaci v prostoru. V tomto případě se jednotlivé krystaly spojují do tzv domény. Magnetické momenty každé domény mají určitou orientaci. Například u niklu jsou magnetické momenty domén orientovány v osmi směrech – podél čtyř úhlopříček krychle. Tyto směry se nazývají směry nejjednodušší magnetizace. Pokud vzorek není zmagnetizován, pak jsou magnetické momenty domén orientovány náhodně a celkový magnetický moment je nulový.

Vlivem vnějšího magnetického pole se magnetické domény přeorientují. Οʜᴎ jsou orientovány v těch směrech, které se shodují se směrem vnějšího pole. V tomto případě dochází k deformaci krystalové mřížky, což vede ke změně rozměrů vzorku.

Spolu s přímým magnetostrikčním účinkem existuje také inverzní magnetostriktivní efekt, jehož podstatou je změna magnetického stavu vzorku pod vlivem mechanického namáhání. Při mechanickém působení na feromagnetický materiál dochází k deformaci krystalové mřížky, díky čemuž se mění orientace magnetických momentů domén vzhledem k vnějšímu magnetickému poli.

Magnetostrikce je rovnoměrný účinek. To znamená, že při změně polarity magnetického pole se nemění znaménko deformace. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, pokud elektromagnetem, uvnitř kterého je tyč umístěna, prochází střídavý elektrický proud, bude tyč provádět periodické oscilace s frekvencí rovnou dvojnásobku frekvence budícího elektromagnetického pole. Tento efekt lze eliminovat, pokud se použije předmagnetizace převodníku. V měničích vyhledávacích hydroakustických přístrojů se magnetizace provádí instalací permanentních magnetů nebo zavedením speciálního zdroje stejnosměrného proudu.

Charakteristika činnosti magnetostrikčního měniče bez předpětí je znázorněna na Obr. 6 a s předpětím - na obr. 7.

-H+H

Rýže. 6. Popis práce

magnetostrikční převodník bez předpětí

Rýže. 7. Popis práce

magnetostrikční měnič s předpětím

Vlastní frekvence tyče je určena vzorcem:

kde n- harmonické číslo (obvykle n= 1);

l - délka tyče, cm;

E- modul pružnosti materiálu, n/m 2 ;

ρ je hustota, kg/m 3 .

Konstrukce magnetostrikčních měničů

Rýže. 8. Tyčový magnetostrikční měnič

Vyzařování a příjem akustických vibrací je prováděno koncovými plochami obalu. Na jeden z koncových povrchů je obvykle nalepeno porézní pryžové síto. V tomto případě je vysílání a příjem akustických vibrací prováděno druhým koncovým povrchem v kontaktu s vodou. Aby bylo možné oddělit oscilační systém od pouzdra antény, jsou mezi pouzdrem a pouzdrem vloženy gumové manžety. Pouzdro antény je hermeticky uzavřeno víkem, přes které jsou pomocí vývodek vyvedeny vodiče vinutí.

Někdy se v hydroakustických nástrojích používají válcové magnetostrikční měniče s toroidním vinutím. Válcové pouzdro měniče je rovněž sestaveno z tenkých žíhaných kroužků s otvory. Navíjecí drát prochází otvory a vnitřní dutinou obalu. Střídavý proud ve vinutí vytváří magnetické pole, jehož siločáry jsou umístěny v kruhu se středem v ose prstence. V důsledku toho se v prstenci objevují síly směřující podél tečen k siločarám a způsobující radiální oscilace prstence. Pro nasměrování vibrací v daném směru je pouzdro instalováno ve středu reflektoru, který má tvar kužele s úhlem otevření 45°.

Zařízení prstencového magnetostrikčního měniče a způsob jeho instalace jsou znázorněny na Obr. devět.

Rýže. 9. Prstencový magnetostrikční měnič s reflektorem

Specifikace magnetostrikčních měničů

Magnetostrikční snímače jsou široce používány v hydroakustických zařízeních pro vyhledávání ryb díky své jednoduchosti a spolehlivosti. Tyto převodníky mají vysokou mechanickou pevnost a nekorodují v mořské vodě. Při výrobě měničů je snadno zajištěna nezbytná izolace vinutí, protože jejich provoz nevyžaduje použití vysokého napětí.

Nevýhody magnetostrikčních měničů zahrnují následující:

a) nemožnost použití vysokých pracovních frekvencí: horní hranice vyzařovaných frekvencí je omezena na 60 kHz;

b) relativně nízká účinnost (20 % - 30 %);

c) nízká citlivost v režimu příjmu;

d) závislost vlastní frekvence na teplotě.

Princip činnosti piezoelektrických měničů

Činnost piezoelektrických měničů je založena na využití přímého a inverzního piezoelektrického jevu.

přímý piezoelektrický jev v podstatě spočívá v tom, že působením mechanických sil působících na krystaly určitých látek vznikají na površích těchto krystalů elektrické náboje, jejichž velikost je úměrná stupni deformace.

Pokud je krystal umístěn mezi dvě elektrody připojené ke zdroji střídavého napětí, dojde k jeho deformaci, jejíž velikost a znaménko závisí na síle elektrického pole a jeho polaritě. Vznik mechanické deformace působením elektrického pole se běžně nazývá reverzní piezoelektrický jev.

Piezoelektrický efekt má mnoho látek, jak těch, které existují v přírodě, tak těch, které byly získány uměle. Mezi přírodními materiály mají krystaly křemene nejvýraznější piezoelektrický efekt ( SiO 2).

Pro výrobu antén pro hydroakustická zařízení, titaničitan barnatý ( BaTio 3). Tento materiál je piezokeramika získaná vypalováním směsi prášků oxidu titaničitého a uhličitanu barnatého při teplotě 1400º.

Poté se vzorky vyleští a nanesou se na ně elektrody vypálením stříbra do pracovních hran keramiky. Poté se keramika polarizuje.

V nepolarizované keramice mají jednotlivé náhodně uspořádané krystaly oblasti (domény) s různými směry elektrických momentů. Vlivem silného elektrického pole (o síle 15–20 kV/cm2) dochází k přeorientování elektrických momentů jednotlivých krystalitových domén a dochází k výsledné polarizaci vzorku. Tato polarizace přetrvává i po odstranění vnějšího elektrického pole.

Kromě titaničitanu barnatého, zirkoničitanu a titaničitanu olovnatého a také syntetické krystaly Rochelleovy soli ( NaKC 4 H 4 Ó 6 4 H 2 Ó) a dihydrogenfosforečnan amonný ( NH 4 H 2 PO 4).

Tvar přírodního krystalu křemene je znázorněn na Obr. 10. Osa z–z procházející vrcholy krystalu, je zvykem to nazývat optická osa.

z z

Rýže. 10. Křemenný krystal

Kromě optické osy mají krystaly elektrické a mechanické nápravy.

Pokud je oktaedrická deska vyříznuta z krystalu křemene kolmo k jeho optické ose, pak osa x–x, kolmo k ose průchozí z–z a procházející vzájemně protilehlými svislými hranami krystalu, je obvyklé volat elektrická osa. Osa y–y kolmo k ose z–z a dvě protilehlé boční plochy krystalu, je obvyklé nazývat mechanická osa. Takto získaná osmihranná deska má tři elektrické a tři mechanické osy.

Pokud se nyní ze získané oktaedrické desky vyřízne obdélníková deska tak, že její plochy jsou kolmé ke třem uvedeným osám a největší plocha je kolmá k ose x–x, pak bude mít taková deska piezoelektrický efekt. Tato deska se nazývá deska X-cut nebo Curie cut.

Při vystavení mechanické síle F x , na plochách kolmých k ose x–x, vzniká přímý podélný piezoelektrický jev (směr tlaku se shoduje s elektrickou osou). V tomto případě se mezi těmito plochami objeví napětí:

kde l, b, h délka, šířka a tloušťka desky;

ε je permitivita materiálu;

d x je koeficient úměrnosti, který se běžně nazývá

piezoelektrický modul.

Pokud je aplikována mechanická síla F y na plochy kolmé k ose y–y, pak vzniká přímý příčný piezoelektrický jev (směr vnější síly je kolmý na osu x–x). V tomto případě se objeví napětí opačné polarity:

U = -;

Chcete-li získat zpětný piezoelektrický efekt, stejná deska X-slice je nesmírně důležité umístit do elektrického pole tak, aby osa x–x se shodoval se směrem siločar. V tomto případě je deska deformována jak ve směru osy x–x a ve směru osy y–y. Vlivem zpětného podélného piezoelektrického jevu se tloušťka desky h se zvýší o:

Δ h = d x· U;

Zároveň se pod vlivem zpětného příčného piezoelektrického jevu délka desky l se sníží o:

Δ l = – d xU.

V každém případě je frekvence mechanických vibrací rovna frekvenci elektrických vibrací.

Povrch světových oceánů je asi 71 % povrchu Země. Většina z toho ještě nebyla studována.

Potřeba prozkoumávat světové oceány tváří v tvář stále rostoucí lidské potřebě levného paliva a nutnosti ovládat civilní plavbu vedla ke vzniku hydroakustických senzorových systémů schopných prozkoumávat uhlovodíky na mořském šelfu a identifikovat a lokalizovat civilní lodě ve vodě. oblasti.

Dnes jsou na takové systémy kladeny vysoké požadavky, aby poskytovaly optimální parametry, a použití optických vlnovodů jako vysílacích a citlivých prvků může výrazně zvýšit účinnost takových systémů a snížit náklady na studium oceánů a monitorování vodních ploch.

Hlavními faktory pro nahrazení tradičních hydroakustických snímačů piezoelektrickými snímači jsou nižší cena, vysoká spolehlivost, menší hmotnost a rozměry, snadná výroba distribuovaného snímače a vysoká citlivost v nízkofrekvenční oblasti a absence elektromagnetického rušení na citlivé vláknové části. .

Průzkum se provádí pomocí aktivního sonaru. Lodní zdroj vysílá širokopásmové akustické záření. Oblasti mořského dna s různou hustotou, jako jsou ropná a plynová pole a normální půda, budou odrážet akustické záření s různými spektrálními složkami. Přívěsná optická anténa tyto signály registruje. Palubní zařízení zpracovává data přijatá z antény a na základě časového zpoždění užitečného signálu udává směr k požadovanému objektu.

Princip činnosti akusticko-optického kabelu, jehož citlivým prvkem je optické vlákno, je založen na efektu změny indexu lomu vlákna, a tím i fáze optického záření při působení akustického pole. Výpočtem fázové změny lze získat informace o akustickém dopadu.

Existuje mnoho optických obvodů a konstrukcí citlivých prvků, ale všechny umožňují multiplexovat velké množství senzorů na jednom vláknu, umístěním několika vláken do akusticko-optického kabelu lze zvýšit počet senzorů v anténě mírným zvětšením tloušťky akusticko-optického kabelu. Tento způsob multiplexování velkého počtu senzorů lze v současnosti zajistit pouze použitím optických vláken.

Práce na předmětu tohoto projektu byly zahájeny v roce 2011 společně s Ústředním výzkumným ústavem „Koncern Elektropribor“ V letech 2011-2013 probíhaly přípravné práce, byly zpracovány základní koncepty pro tvorbu akusticko-optických kabelů, různé způsoby zpracování signálů. V letech 2014-2016 implementoval několik uspořádání pasivních akusticko-optických kabelů a jednotek elektronického zpracování signálu.

Pro určení dynamického rozsahu, citlivosti, šumu a dalších parametrů byla na každé anténě provedena řada testů. Testy zahrnovaly studie antény v bezodrazové komoře (akustooptický kabel je umístěn na stativech kolem zdroje akustického pole) a ve volné vodě (akustooptický kabel je navinut na zvukově transparentním testovacím koši, v v jehož středu je umístěn kulový zdroj akustického pole). Níže jsou fotografie z testů.

Vytvoření a studium rozšířených hydroakustických vláknových optických antén je v Rusku mladým vědním oborem, který otevírá velké vyhlídky v oblasti hydroakustických měření.