HÜDROAKUSTILINE ANTENN– seade, mis tagab veekeskkonnas ruumiliselt selektiivse või heli vastuvõtu. Tavaliselt G. ja. koosneb elektroakustilised muundurid(antennielemendid), akustiline ekraanid, kandekonstruktsioon akustiline. vahetussõlmed, amortisaatorid ja elektrilised sideliinid. Vastavalt G. a. ruumilise selektiivsuse kujunemise meetodile. saab jagada interferentsi-, teravustamis-, sarve- ja parameetrilisteks.
Ruumiline selektiivsus. G. a. akustiliste häirete tõttu. loodud ruumi lagunemise teatud punktis. antenni võnkuva pinna lõigud (kiirgusrežiim) või elektrilised häired. väljapääsude juures antennimuundurid, kui sellele langeb helilaine (vastuvõturežiim). Häired G. a. jagatud pidevateks normaalseteks komponentide kõikumiseks. aktiivse pinna kiirus rykh-ni muutub punktist punkti pidevalt (näiteks läbi ühise metallplaadi kiirgavad antennid) ja diskreetne, mille aktiivsel pinnal esineb katkestusi normaalse komponendi jaotust kirjeldavas funktsioonis. võib täheldada võnkumisi. kiirust. Sageli nimetatakse diskreetseid antenne. antennimassiivid
Fokuseerimise ruumiline selektiivsus G. ja. (cm. Heli fookus) moodustub peegeldavate või murdvate piiride või meediumide abil, tekitades helienergia fokuseerimise, millega kaasneb lainefrondi muutumine (näiteks sfäärilisest tasaseks).
Peegeldavaid pindu kasutatakse ka sarveantennides, kuid lainefront ei muundu ja peegeldavate piiride roll taandub heli väljastamise ruumiosa piiramisele.
Aktiivsed pinnad parameetrilised. antennid võnguvad kahel tihedal sagedusel; ruumiline selektiivsus kujuneb primaarsete kiirguslainete (nn pumplainete) mittelineaarsest vastasmõjust tuleneva sageduse erinevuse tulemusena.
Peamine parameetrid, mis määravad G. a. ruumilise selektiivsuse, - suunatavuse tunnus ja koefitsient. kontsentratsioon (vt Orienteerumine akustilised emitterid ja vastuvõtjad). G. võime ja. muundada energiat (tavaliselt elektrilisest akustiliseks, kui kiirgatakse ja akustilisest elektriliseks vastuvõtmisel) iseloomustab tundlikkus, kiirgusvõimsus ja sp. kiirgavat jõudu.
Antennid mitte ainult ei taga ruumilise selektiivsuse kujunemist, vaid võimaldavad seda ka juhtida. Enamiku puhul Levinud tüüpi GA - võred - selline juhtimine viiakse läbi amplituudi-faasijaotuse sisseviimisega, see tähendab, et luuakse võnkumiste amplituudide ja faaside antud jaotus. andurite aktiivpindade kiirused kiirgusrežiimis. Vastuvõturežiimis tagab amplituudi-faasijaotuse kasutuselevõtt komplekssete koefitsientide valikuga. igas antennikanalis sisalduvate seadmete edastamine vastuvõtja ja summari vahel. Faasijaotuse kasutuselevõtuga on võimalik anda dep. poolt välja töötatud helirõhkude summeerimine. G. muundurid ja. mis tahes antud ruumi suunas ja seega juhtida max. kiirgus (ja vastuvõturežiimis - maksimaalse tundlikkuse suund). Antennid, mille kanalites sisestatakse määratud faasijaotus, nimetatakse. kompenseeritud.
Juhtides ametikohta Ch. Maksimaalset suunatavust ruumis saab teostada mitte ainult faasijaotuse muutmisega, vaid ka mehaaniliselt. keera G. a. või kumera pinna kompenseeritud töölõigu asendi muutmisega (näiteks ringikujuline, silindriline G. a.). Amplituudijaotus võimaldab muuta suundumuskarakteristiku kuju, saades soovitud seose dets. suunakarakteristiku elemendid, eriti selle peamise laiuse vahel. maksimaalne ja lisatase.
Sageli kasutatakse terminit "antenn" laiemas tähenduses, hõlmates nii antenni ennast kui ka selle osade signaalide töötlemise meetodit. elemendid. Selles arusaamas G. a. jaotatakse aditiivseteks, korrutavateks, isefokuseerivateks, kohanduvateks jne. Lisand nimetatakse. Antennid, signaale elementidest to-rykh läbivad lineaarsed toimingud (võimendus, filtreerimine, aja- või faasinihe) ja lisatakse seejärel summarisse. Korrutises G. a. signaalid kanalites vastuvõtjad ei allu mitte ainult lineaarsetele, vaid ka mittelineaarsetele operatsioonidele (korrutamine, eksponentsiatsioon jne), mis väikeste häiretega suurendab allika asukoha määramise täpsust. Isefookustamine kutsus. antennid, vastuvõtutee rykh toodab automaatselt. jaotuste kasutuselevõtt, mis tagavad signaalide faasilisamise antenni liitmisseadmes, kui heliallikas asub suvalises ruumipunktis. Adaptiivsete antennide vastuvõtu- või kiirgamisrada toodab automaatselt. amplituudi-faasijaotuste kasutuselevõtt, mis tagavad mõne etteantud parameetri (mürakindlus, eraldusvõime, suuna määramise täpsus jne) maksimeerimise.
Kasuliku signaaliga kaasnev müratase, antenni efektiivsus, maksimaalne sügavus, mida olemasolevates purjetamistingimustes praktiliselt mõõdetakse, ja mõnikord ka mõõtmiste tegemise võimalus sõltuvad kajaloodi antennide asukoha valikust.
Peamisteks antenne mõjutavate hüdroakustiliste häirete allikateks on laeva masinad ja mehhanismid, propellerid, turbulentne piirkiht, aga ka muud laeval samaaegselt töötavad hüdroakustilised süsteemid. Iga häireallikas tekitab teatud spektriga müra, mis siseneb antenni, levides otse mööda laevakeret, vees mööda laevakeret, peegeldudes merekeskkonnas või põhjast hajuvatest objektidest. Antenni ümbritsevas veekihis hajutatud õhumullid mõjutavad antennide tööd eriliselt. Praktikas on korduvalt täheldatud, et kui laev liikus ballastis, kui selle põhjalähedases piirkonnas toimus intensiivne mullide moodustumine, lõpetas kajaloodi mõõtmise ka suhteliselt väikestes sügavustes. Laeva liikumiskiiruse või selle peatumise vähenemisega kajaloodi töö taastati. Seda nähtust saab seletada asjaoluga, et õhumullid ühelt poolt hajutavad ja neelavad intensiivselt energiat, teiselt poolt muudavad nad antennidega otseses kokkupuutes oleva kandja füüsikalisi omadusi, vähendades selle ekvivalentset jäikust, mis mõjutab omakorda antennisüsteemi häälestust – keskkonda, vähendades elektrilise signaali mehaaniliseks muundamise efektiivsust ja vastupidi.
Et vähendada häirivate tegurite mõju kajaloodi tööle, tuleks antennid paigaldada kohtadesse, mis vastavad järgmistele nõuetele:
hüdrodünaamilise rõhu muutus antenni paigalduskohas koos laeva kiiruse muutumisega peaks olema minimaalne;
antenni paigalduskoht peaks asuma võimalikult kaugel masinaruumist, propelleritest, tõukuritest, samuti ruumidest, kus asuvad väga müra tekitavad masinad ja mehhanismid;
antennide asukoha piirkonnas (kuni 3-5 m kaugusel) ei tohiks olla veevõtu- ja äravooluseadmeid, kuna see võib põhjustada vahede järsu suurenemise või kajaloodi näitude täieliku kadumise, eriti need, mis töötavad madala sagedusega;
antenni vahetus läheduses, eriti laeva vööri suunas, ei tohiks olla väljaulatuvaid laevakonstruktsioone ja laskeseadmeid, mis võiksid häirida kajaloodi tööd;
Signaali emissiooni- ja vastuvõtuteel, vertikaalist 60° raadiuses, ei tohiks olla osi, mis võivad tekitada akustiliste vibratsioonide peegeldust;
antenni paigalduskoht peaks olema võimalikult kaugel teistest laeval olevatest hüdroakustilistest süsteemidest;
Soovitatav on tagada mugav juurdepääs antennile selle kontrollimiseks, hooldamiseks ja vahetamiseks.
Pärast kajaloodi antennide võimalike paigalduskohtade kindlaksmääramist, võttes arvesse ülaltoodud nõudeid, on vajalik, lähtudes antennide kavandatud asukoha mürataseme eelhinnangust, valida kõige madalama akustilise tasemega koht. müra.
Kajaloodi antenni asukoha valikul on vaja arvestada laeva sõukruvi pöörlemissuunaga. Nii et parempoolset sõukruvi kasutades tabab sellest häiritud veevool laeva ahtrikontuuride vasakut külge. Selle tulemusena tekib plaadistuse vibratsioon, mis levib peamiselt anuma põhja vasakus servas. Selline laevakere vibratsioon tekitab täiendavat akustilist müra. Sellega seoses on parempoolse sammuga sõukruvi puhul soovitatav paigaldada kajaloodi antenn tüürpoordi poolele ja vasakpoolse sammuga sõukruviga - pakipoolsele küljele.
Mürataseme mõõtmiste tulemused kere erinevates kohtades näitavad, et madalaimat mürataset täheldatakse reeglina laeva vööris. Seetõttu on soovitatav paigaldada kajaloodi antenn võimalikult lähedale laeva vöörile (positiivse rõhu piirkonda), võttes arvesse selle eksponeerimise lubamatust veeremise ajal. Antenn on soovitatav paigaldada laeva keskjoonele võimalikult lähedale.
Häirete mõju saate vähendada spetsiaalsete ekraanide paigaldamisega.
Teiste kajaloodi komplekti seadmete paigaldamine toimub vastavalt toote tehnilise dokumentatsiooni nõuetele ja seadmega töötamise mugavust arvestades.
ja nende spetsifikatsioonid
Hüdroakustiliste antennide otstarve
Hüdroakustilised antennid mõeldud hüdroakustiliste signaalide väljastamiseks või vastuvõtmiseks hüdroakustilised muundurid ja ruumilise selektiivsuse tagamiseks.
Hüdroakustilised muundurid
Hüdroakustiline andur on tehniline seade, mis muudab elektrilised vibratsioonid mehaanilisteks või vastupidi, mehaanilised vibratsioonid elektrilisteks vibratsioonideks.
Hüdroakustilistel muunduritel on kaks peamist klassi:
a) magnetostriktiivne;
b) piesoelektriline.
Magnetostriktiivsete muundurite tööpõhimõte
Magnetostriktiivsed muundurid kasutavad magnetostriktsiooni nähtust. Fenomen magnetostriktsioon seisneb selles, et mõnes ferromagnetilises materjalis tekib magnetvälja mõjul deformatsioon, mida iseloomustab proovi pikkuse muutumine, kui see paikneb piki magnetvälja jooni. Seda efekti nimetatakse otsene magnetostriktiivne toime.
Kui magnetvälja tugevuse suurenedes varda pikkus suureneb, nimetatakse magnetostriktsiooni positiivseks ja kui varda pikkus väheneb, siis magnetostriktsiooni negatiivseks.
Erinevate ferromagnetiliste materjalide suhtelise pikenemise sõltuvuse magnetvälja tugevusest graafik on näidatud joonisel fig. 5.
Permalloy
Koobalt
– Nikkel
Riis. 5. Suhtelise deformatsiooni ja väljatugevuse graafik
Deformatsiooni olemus ja aste sõltub proovi materjalist, selle töötlemismeetodist, eelmagnetiseerimise kogusest ja temperatuurist. Joonisel fig näidatud materjalidest. 5, permalloil on positiivne magnetostriktsioon, niklil negatiivne ja koobaltil on muutuv magnetostriktsioonimärk, olenevalt magnetvälja tugevusest.
Mis tahes proovi deformatsioon on piiratud piiriga, mida nimetatakse magnetostriktiivne küllastus. Küllastuspinge suurus ja magnetvälja tugevus, mille juures küllastus tekib, oleneb materjalist. Näiteks nikli magnetostriktiivne küllastus on palju suurem kui koobalti oma ja nikli küllastumine toimub madalama väljatugevuse korral kui koobalti küllastus.
Kuumtöötlusel on suur mõju magnetostriktiivsete materjalide omadustele. Mis tahes materjali lõõmutamine suurendab magnetostriktsiooni ulatust.
Temperatuuri tõustes magnetostriktiivne efekt nõrgeneb, kuni see täielikult kaob.
Molekulaarkineetilisest vaatepunktist selgitatakse magnetostriktsiooni nähtust järgmiselt:
Ferromagnetilise materjali väikeste homogeensete kristallide kristallograafilistel telgedel on ruumis juhuslik orientatsioon. Üksikud kristallid ühendatakse aga nö domeenid. Iga domeeni magnetmomentidel on teatud orientatsioon. Näiteks niklis on domeenide magnetmomendid orienteeritud kaheksas suunas – piki kuubi nelja diagonaali. Neid suundi nimetatakse lihtsaima magnetiseerimise suunad. Kui proov ei ole magnetiseeritud, on domeenide magnetmomendid juhuslikult orienteeritud ja kogu magnetmoment on null.
Välise magnetvälja mõjul on magnetdomeenid ümber orienteeritud. Need on orienteeritud nendes suundades, mis langevad kokku välisvälja suunaga. Sel juhul toimub kristallvõre deformatsioon, mis toob kaasa proovi mõõtmete muutumise.
Lisaks otsesele magnetostriktiivsele efektile on olemas ka pöördmagnetostriktiivne efekt, mille olemuseks on proovi magnetilise oleku muutmine mehaanilise pinge mõjul. Ferromagnetilisele materjalile mehaanilisel toimel kristallvõre deformeerub, mille tulemusena muutub domeenide magnetmomentide orientatsioon välise magnetvälja suhtes.
Magnetostriktsioon on ühtlane efekt. See tähendab, et kui magnetvälja polaarsus muutub, siis deformatsiooni märk ei muutu. Seega, kui läbi solenoidi, mille sees varras asub, lastakse läbi vahelduv elektrivool, teostab varras perioodilisi võnkumisi sagedusega, mis on võrdne kahekordse põneva elektromagnetvälja sagedusega. Seda efekti saab kõrvaldada anduri eelneva magnetiseerimisega. Otsinguhüdroakustiliste instrumentide andurites toimub magnetiseerimine püsimagnetite paigaldamise või spetsiaalse alalisvooluallika sisseviimise teel.
Magnetostriktiivse muunduri töö karakteristikud ilma nihketa on näidatud joonisel fig. 6 ja kallutatusega - joonisel fig. 7.
–H+H
Riis. 6. Töö kirjeldus
magnetostriktiivne muundur ilma nihketa
Riis. 7. Töö kirjeldus
nihkega magnetostriktiivne muundur
Konverterite efektiivsuse tõstmiseks peab välisergastuse sagedus olema võrdne selle loomulike võnkumiste sagedusega. Varda loomulike elastsete võnkumiste sagedus sõltub selle pikkusest ja materjalist, millest see on valmistatud.
Varda loomulik sagedus määratakse järgmise valemiga:
kus n- harmooniline arv (tavaliselt n= 1);
l - varda pikkus, cm;
E- materjali elastsusmoodul, n/m 2 ;
ρ on tihedus, kg/m 3 .
Magnetostriktiivsete muundurite konstruktsioonid
Iga magnetostriktiivne muundur on magnetostriktiivsest materjalist südamik, millel paikneb veekindla isolatsiooniga painduva vasktraadi mähis. Tuum värvatakse õhukestelt tembeldatud plaatidelt. Pärast stantsimist plaadid lõõmutatakse. Lõõmutamisel plaatide pinnale tekkiv oksiidikiht on hea isolaator. Plaatide vaheline isolatsioon takistab pöörisvoolude tekkimist südamikus ja vähendab seeläbi energiakadu südamiku soojendamiseks.
Otsinguseadmetes kasutatakse enim varraste magnetostriktiivseid muundureid. Plaadid, millest varrasmuundurid on kokku pandud, on piludega ristkülikukujulised. Plaadid on kokku pandud paketiks, mis kujutab endast kinnist magnetahelat, mille varrastele mähis asetatakse. Püsimagnetite paigaldamiseks, mille abil muunduri pidev magnetiseerimine toimub, on südamikus pikisuunalised sooned. Varda magnetostriktiivse muunduri konstruktsioon on näidatud joonisel fig. kaheksa.
ja nende spetsifikatsioonid
Hüdroakustiliste antennide otstarve
Hüdroakustilised antennid mõeldud hüdroakustiliste signaalide väljastamiseks või vastuvõtmiseks hüdroakustilised muundurid ja ruumilise selektiivsuse tagamiseks.
Hüdroakustilised muundurid
Hüdroakustiline andur on tehniline seade, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ muudab elektrilised vibratsioonid mehaanilisteks, või vastupidi, mehaanilised vibratsioonid elektrilisteks.
Hüdroakustilistel muunduritel on kaks põhiklassi:
a) magnetostriktiivne;
b) piesoelektriline.
Magnetostriktiivsete muundurite tööpõhimõte
Magnetostriktiivsed muundurid kasutavad magnetostriktsiooni nähtust. Fenomen magnetostriktsioon seisneb sisuliselt selles, et mõnes ferromagnetilises materjalis toimub magnetvälja mõjul deformatsioon, mida iseloomustab proovi pikkuse muutumine, kui see paikneb piki magnetvälja jooni. Seda efekti nimetatakse otsene magnetostriktiivne toime.
Kui magnetvälja tugevuse suurenedes varda pikkus suureneb, nimetatakse magnetostriktsiooni positiivseks ja kui varda pikkus väheneb, siis magnetostriktsiooni negatiivseks.
Erinevate ferromagnetiliste materjalide suhtelise pikenemise sõltuvuse magnetvälja tugevusest graafik on näidatud joonisel fig. 5.
Permalloy
Koobalt
– Nikkel
Riis. 5. Suhtelise deformatsiooni ja väljatugevuse graafik
Deformatsiooni olemus ja aste sõltub proovi materjalist, selle töötlemismeetodist, eelmagnetiseerimise kogusest ja temperatuurist. Joonisel fig näidatud materjalidest. 5, permalloil on positiivne magnetostriktsioon, niklil negatiivne ja koobaltil on muutuv magnetostriktsioonimärk, olenevalt magnetvälja tugevusest.
Iga proovi deformatsioon on piiratud piiriga, mida tavaliselt nimetatakse magnetostriktiivne küllastus. Küllastuspinge suurus ja magnetvälja tugevus, mille juures küllastus tekib, oleneb materjalist. Näiteks nikli magnetostriktiivne küllastus on palju suurem kui koobalti oma ja nikli küllastus toimub madalama väljatugevuse korral kui koobalti küllastus.
Kuumtöötlusel on suur mõju magnetostriktiivsete materjalide omadustele. Mis tahes materjali lõõmutamine suurendab magnetostriktsiooni ulatust.
Temperatuuri tõustes magnetostriktiivne efekt nõrgeneb, kuni see täielikult kaob.
Molekulaarkineetilisest vaatepunktist selgitatakse magnetostriktsiooni nähtust järgmiselt:
Ferromagnetilise materjali väikeste homogeensete kristallide kristallograafilistel telgedel on ruumis juhuslik orientatsioon. Sel juhul ühendatakse üksikud kristallid nn domeenid. Iga domeeni magnetmomentidel on teatud orientatsioon. Näiteks niklis on domeenide magnetmomendid orienteeritud kaheksas suunas – piki kuubi nelja diagonaali. Neid suundi nimetatakse lihtsaima magnetiseerimise suunad. Kui proov ei ole magnetiseeritud, on domeenide magnetmomendid juhuslikult orienteeritud ja kogu magnetmoment on null.
Välise magnetvälja mõjul on magnetdomeenid ümber orienteeritud. Οʜᴎ on orienteeritud nendes suundades, mis langevad kokku välisvälja suunaga. Sel juhul toimub kristallvõre deformatsioon, mis toob kaasa proovi mõõtmete muutumise.
Lisaks otsesele magnetostriktiivsele efektile on olemas ka pöördmagnetostriktiivne efekt, mille olemuseks on proovi magnetilise oleku muutmine mehaanilise pinge mõjul. Ferromagnetilise materjali mehaanilisel toimel kristallvõrestik deformeerub, mille tõttu muutub domeenide magnetmomentide orientatsioon välise magnetvälja suhtes.
Magnetostriktsioon on ühtlane efekt. See tähendab, et kui magnetvälja polaarsus muutub, siis deformatsiooni märk ei muutu. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, kui vahelduvvooluvool lastakse läbi solenoidi, mille sees varras asub, siis sooritab varras perioodilisi võnkumisi sagedusega, mis on võrdne kahekordse põneva elektromagnetvälja sagedusega. Seda efekti saab kõrvaldada, kui rakendatakse anduri eelmagnetiseerimist. Otsinguhüdroakustiliste instrumentide andurites toimub magnetiseerimine püsimagnetite paigaldamise või spetsiaalse alalisvooluallika sisseviimise teel.
Magnetostriktiivse muunduri töö karakteristikud ilma nihketa on näidatud joonisel fig. 6 ja kallutatusega - joonisel fig. 7.
–H+H
Riis. 6. Töö kirjeldus
magnetostriktiivne muundur ilma nihketa
Riis. 7. Töö kirjeldus
nihkega magnetostriktiivne muundur
Konverterite efektiivsuse tõstmiseks peab välisergastuse sagedus olema võrdne selle loomulike võnkumiste sagedusega. Varda loomulike elastsete võnkumiste sagedus sõltub selle pikkusest ja materjalist, millest see on valmistatud.
Varda loomulik sagedus määratakse järgmise valemiga:
kus n- harmooniline arv (tavaliselt n= 1);
l - varda pikkus, cm;
E- materjali elastsusmoodul, n/m 2 ;
ρ on tihedus, kg/m 3 .
Magnetostriktiivsete muundurite konstruktsioonid
Iga magnetostriktiivne muundur on magnetostriktiivsest materjalist südamik, millel paikneb veekindla isolatsiooniga painduva vasktraadi mähis. Tuum värvatakse õhukestelt tembeldatud plaatidelt. Pärast stantsimist plaadid lõõmutatakse. Lõõmutamisel plaatide pinnale tekkiv oksiidikiht on hea isolaator. Plaatide vaheline isolatsioon takistab pöörisvoolude tekkimist südamikus ja vähendab seeläbi energiakadu südamiku soojendamiseks.
Otsinguseadmetes kasutatakse enim varraste magnetostriktiivseid muundureid. Plaadid, millest varrasmuundurid on kokku pandud, on piludega ristkülikukujulised. Plaadid on kokku pandud paketiks, mis kujutab endast kinnist magnetahelat, mille varrastele mähis asetatakse. Püsimagnetite paigaldamiseks, mille abil muunduri pidev magnetiseerimine toimub, on südamikus pikisuunalised sooned. Varda magnetostriktiivse muunduri konstruktsioon on näidatud joonisel fig. kaheksa.
 |
Riis. 8. Varraste magnetostriktiivne muundur
Kiirgus ja akustiliste vibratsioonide vastuvõtmine toimub pakendi otspindade kaudu. Tavaliselt liimitakse ühele otsapinnale poorne kummist ekraan. Sel juhul teostab akustiliste vibratsioonide emissioon ja vastuvõtmine veega kokkupuutuva teise otsapinnaga. Võnkusüsteemi lahtiühendamiseks antenni korpusest asetatakse pakendi ja korpuse vahele kummist mansetid. Antenni korpus on hermeetiliselt suletud kaanega, mille kaudu juhitakse sõlmede abil välja mähised juhtmed.
Mõnikord kasutatakse hüdroakustilistes instrumentides silindrilisi magnetostriktiivseid muundureid, millel on toroidmähis. Silindriline muunduripakett on samuti kokku pandud õhukestest lõõmutatud aukudega rõngastest. Mähise traat läbib augud ja pakendi sisemise õõnsuse. Vahelduvvool mähises tekitab magnetvälja, mille jõujooned paiknevad ringis, mille keskpunkt on rõnga teljel. Selle tulemusena tekivad rõngas jõud, mis on suunatud piki puutujaid jõujoontele ja põhjustavad rõnga radiaalseid võnkumisi. Vibratsiooni etteantud suunas suunamiseks paigaldatakse pakett helkuri keskele, mis on koonuse kujuga 45º avanemisnurgaga.
Rõngas magnetostriktiivse muunduri seade ja selle paigaldamise meetod on näidatud joonisel fig. üheksa.
 |
Riis. 9. Reflektoriga magnetostriktiivne rõngasmuundur
Magnetostriktiivsete muundurite spetsifikatsioonid
Magnetostriktiivseid muundureid kasutatakse nende lihtsuse ja töökindluse tõttu laialdaselt hüdroakustilistes kalaotsimisseadmetes. Nendel anduritel on kõrge mehaaniline tugevus ja need ei korrodeeru merevees. Konverterite valmistamisel on mähiste vajalik isolatsioon hõlpsasti tagatud, kuna nende töö ei nõua kõrgepinge kasutamist.
Magnetostriktiivsete muundurite puudused on järgmised:
a) kõrgete töösageduste kasutamise võimatus: kiirgussageduste ülempiir on piiratud 60 kHz-ga;
b) suhteliselt madal efektiivsus (20% - 30%);
c) madal tundlikkus vastuvõturežiimis;
d) omasageduse sõltuvus temperatuurist.
Piesoelektriliste muundurite tööpõhimõte
Piesoelektriliste muundurite töö põhineb otsese ja pöördpiesoelektrilise efekti kasutamisel.
otsene piesoelektriline efekt seisneb sisuliselt selles, et teatud ainete kristallidele mõjuvate mehaaniliste jõudude toimel tekivad nende kristallide pindadele elektrilaengud, mille suurus on võrdeline deformatsiooni astmega.
Kui kristall asetada kahe vahelduvpingeallikaga ühendatud elektroodi vahele, toimub see deformatsioonis, mille suurus ja märk sõltub elektrivälja tugevusest ja polaarsusest. Tavaliselt nimetatakse mehaanilise deformatsiooni ilmnemist elektrivälja toimel vastupidine piesoelektriline efekt.
Piesoelektrilist efekti omavad paljud ained, nii looduses eksisteerivad kui ka kunstlikult saadud ained. Looduslikest materjalidest on kvartskristallidel kõige tugevam piesoelektriline efekt ( SiO 2).
Hüdroakustiliste seadmete antennide valmistamiseks baariumtitanaat ( BaTio 3). See materjal on piesokeraamika, mis saadakse titaandioksiidi ja baariumkarbonaadi pulbrite segu põletamisel temperatuuril 1400º.
Seejärel proovid poleeritakse ja neile kantakse elektroodid, põletades hõbedat keraamika tööpindadesse. Seejärel keraamika polariseeritakse.
Polariseerimata keraamikas on üksikutel juhuslikult paigutatud kristallidel piirkonnad (domeenid), millel on erineva suunaga elektrimomendid. Tugeva elektrivälja (tugevusega 15–20 kV/cm2) mõjul üksikute kristalliididomeenide elektrimomendid orienteeruvad ümber ja ilmneb sellest tulenev proovi polarisatsioon. See polarisatsioon püsib pärast välise elektrivälja eemaldamist.
Lisaks baariumtitanaadile, pliitsirkonaat-titanaadile, samuti Rochelle'i soola sünteetilised kristallid ( NaKC 4 H 4 O 6 4 H 2 O) ja ammooniumdivesinikfosfaat ( NH 4 H 2 PO 4).
Loodusliku kvartskristalli kuju on näidatud joonisel fig. 10. Telg z–z läbides kristalli tippe, on tavaks seda nimetada optiline telg.
z z
Riis. 10. Kvartskristall
Lisaks optilisele teljele on kristallidel elektrilised ja mehaanilised teljed.
Kui kvartskristallist lõigatakse välja oktaeedriline plaat risti selle optilise teljega, siis telg x–x, risti läbiva teljega z–z ja läbides vastastikku vastandlikke kristalli vertikaalseid servi, on tavaks kutsuda elektriline telg. Telg y-y teljega risti z–z ja kristalli kaks vastaskülge, on tavaks kutsuda mehaaniline telg. Nii saadud kaheksanurksel plaadil on kolm elektrilist ja kolm mehaanilist telge.
Kui nüüd lõigatakse saadud oktaeedrilisest plaadist välja ristkülikukujuline plaat nii, et selle pinnad on risti kolme näidatud teljega ja suurim tahk on risti teljega x–x, siis on sellisel plaadil piesoelektriline efekt. Seda plaati nimetatakse plaadiks X-lõigatud või Curie lõigatud.
Mehaanilise jõu mõjul F x teljega risti olevatel tahkudel x–x, tekib otsene pikisuunaline piesoelektriline efekt (rõhu suund langeb kokku elektrilise teljega). Sel juhul ilmub pinge nende tahkude vahele:
kus l, b, h plaadi pikkus, laius ja paksus;
ε on materjali läbitavus;
d x on proportsionaalsuskoefitsient, mida tavaliselt nimetatakse
piesoelektriline moodul.
Kui rakendatakse mehaanilist jõudu F y teljega risti olevate tahkude külge y-y, siis tekib otsene põiki piesoelektriline efekt (välisjõu suund on teljega risti x–x). Sel juhul ilmub vastupidise polaarsusega pinge:
U = -;
Pöördpiesoelektrilise efekti saamiseks sama plaat X-viil on äärmiselt oluline asetada elektriväljale nii, et telg x–x langes kokku väljajoonte suunaga. Sel juhul deformeerub plaat nii telje suunas x–x, ja telje suunas y-y. Vastupidise pikisuunalise piesoelektrilise efekti mõjul plaadi paksus h suureneb:
Δ h = d x· U;
Samal ajal pöördsuunalise piesoelektrilise efekti mõjul plaadi pikkus l väheneb:
Δ l = – d xU.
Igal juhul on mehaaniliste vibratsioonide sagedus võrdne elektriliste vibratsioonide sagedusega.
Maailmamere pindala on umbes 71% Maa pinnast. Suurem osa sellest pole veel uuritud.
Vajadus uurida maailma ookeane, pidades silmas inimeste üha suurenevaid vajadusi odava kütuse järele ja vajadus kontrollida tsiviilnavigatsiooni, tõi kaasa hüdroakustiliste andurite süsteemide tekkimise, mis on võimelised uurima süsivesinikke mere riiulil ning tuvastama ja leidma vees tsiviillaevu. alad.
Tänapäeval esitatakse sellistele süsteemidele kõrged nõuded optimaalsete parameetrite tagamiseks ning optiliste lainejuhtide kasutamine edastavate ja tundlike elementidena võib oluliselt tõsta selliste süsteemide efektiivsust ning vähendada ookeanide uurimise ja veealade seirekulusid.
Peamised tegurid traditsiooniliste hüdroakustiliste andurite asendamisel piesoelektriliste muunduritega on madalam hind, kõrge töökindlus, väiksemad kaalu- ja suuruseparameetrid, hajutatud anduri valmistamise lihtsus ja kõrge tundlikkus madala sagedusega piirkonnas ning elektromagnetiliste häirete puudumine tundlikul kiuosal. .
Luure teostatakse aktiivsonari abil. Laeva allikas kiirgab lairiba akustilist kiirgust. Erineva tihedusega merepõhjaalad, nagu nafta- ja gaasiväljad ning tavaline pinnas, peegeldavad akustilist kiirgust erinevate spektraalkomponentidega. Väline kiudoptiline antenn registreerib need signaalid. Pardaseadmed töötlevad antennilt saadud andmeid ja annavad kasuliku signaali ajalise viite põhjal suuna soovitud objektile.
Akusti-optilise kaabli, mille tundlikuks elemendiks on optiline kiud, tööpõhimõte põhineb kiu murdumisnäitaja ja seega optilise kiirguse faasi muutumisel akustilise välja mõjul. Faasimuutuse arvutamisel saab teavet akustilise mõju kohta.
Optilisi skeeme ja tundlikke elemente on palju, kuid kõik need võimaldavad multipleksida suure hulga andureid ühele kiule, mitme kiu paigutamine akusto-optilisse kaablisse võib suurendada andurite arvu antennis, suurendades veidi paksust. akusto-optilisest kaablist. Seda suure hulga andurite multipleksimise meetodit saab praegu pakkuda ainult optiliste kiudude abil.
Töö selle projekti teemaga algas 2011. aastal koos Keskuuringute Instituudiga "Electropribor Concern". Aastatel 2011-2013 viidi läbi ettevalmistustööd, töötati välja akusti-optiliste kaablite loomise põhikontseptsioonid, kasutati erinevaid signaalitöötluse meetodeid. aastatel 2014–2016 ning rakendas mitmeid passiivsete akusti-optiliste kaablite ja elektrooniliste signaalitöötlusseadmete paigutusi.
Dünaamilise ulatuse, tundlikkuse, mürataseme ja muude parameetrite määramiseks viidi iga antenniga läbi rida katseid. Katsed hõlmasid antenni uuringuid kajavabas kambris (akusto-optiline kaabel asub statiividel ümber akustilise välja allika) ja avavees (akusto-optiline kaabel on keritud heli läbipaistvale katsekorvile, mille keskpunkti asetatakse akustilise välja sfääriline allikas). Allpool on fotod katsetest.
Laiendatud hüdroakustiliste fiiberoptiliste antennide loomine ja uurimine on Venemaal noor teadusharu, mis avab suuri väljavaateid hüdroakustiliste mõõtmiste vallas.
