HIDROAKUSTIKUS ANTENNA- vízi környezetben térben szelektív vagy hangvételt biztosító eszköz. Általában G. és. tartalmaz elektroakusztikus átalakítók(antennaelemek), akusztikus képernyők, tartószerkezet akusztikus. csomópontok, lengéscsillapítók és elektromos kommunikációs vezetékek. A G. térbeli szelektivitás kialakításának módszere szerint a. felosztható interferencia, fókuszálás, kürt és parametrikus.
Térbeli szelektivitás. G. a. akusztikus interferencia miatt. a térbontás egy bizonyos pontján létrejött. az antenna oszcilláló felületének szakaszai (sugárzási mód) vagy elektromos interferencia. a kijáratoknál antenna átalakítók, ha hanghullám esik rá (vételi mód). Interferencia G. a. folyamatos, normál komponens-ingadozásokra osztva. az aktív felület-rykh sebessége pontról pontra folyamatosan változik (például egy közös fémlemezen átsugárzó antennák), és diszkrét, amelynek aktív felületén folytonossági zavarok vannak a normál komponens eloszlását leíró függvényben. oszcillációk figyelhetők meg. sebesség. Diszkrét antennákat gyakran neveznek. antennatömbök
A fókuszálás térbeli szelektivitása G. és. (cm. Hangfókusz) visszaverő vagy megtörő határvonalak vagy közegek segítségével jön létre, amelyek a hangenergia fókuszálását idézik elő, a hullámfront átalakulásával (például gömbből lapossá).
Fényvisszaverő felületeket a kürtantennákban is alkalmaznak, azonban a hullámfront nem alakul át, és a visszaverő határok szerepe a tér azon részének korlátozására csökken, amelyben a hang kisugárzik.
Aktív felületek parametrikusak. az antennák két közeli frekvencián oszcillálnak; a térbeli szelektivitás az elsődleges kisugárzott hullámok (ún. pumpahullámok) nemlineáris kölcsönhatásából adódó frekvenciakülönbség eredményeként jön létre.
Fő a G. a. térbeli szelektivitását meghatározó paraméterek, - irányíthatósági jellemző és együttható. koncentráció (lásd Orientáció akusztikus adók és vevők). G. képessége és. az energia átalakítását (általában elektromosról akusztikussá, amikor kibocsátják, és akusztikusról elektromossá, amikor fogadják) az érzékenység, a kisugárzott teljesítmény és a sp. sugárzott erő.
Az antennák nemcsak a térbeli szelektivitás kialakítását biztosítják, hanem lehetővé teszik annak szabályozását is. A legtöbb esetben A GA általános típusa - rácsok - az ilyen szabályozást amplitúdó-fázis-eloszlás bevezetésével hajtják végre, azaz az amplitúdó- és rezgésfázisok adott eloszlásával. a jelátalakítók aktív felületeinek sebességét sugárzási üzemmódban. A vételi módban az amplitúdó-fázis eloszlás bevezetését komplex együtthatók kiválasztása biztosítja. az egyes antennacsatornákban lévő eszközök átvitele a vevő és az összeadó között. A fáziseloszlás bevezetésével lehetőség nyílik a dep. által kifejlesztett hangnyomások összegzésére. G. átalakítói és. bármely adott térirányban, és így szabályozza a max. sugárzás (és vételi módban - a maximális érzékenység iránya). Az antennákat, amelyek csatornáiban a megadott fáziseloszlást vezetik be, ún. kompenzálva.
Ch. A térben maximális irányíthatóság nem csak a fáziseloszlás változtatásával, hanem mechanikai úton is megvalósítható. fordul G. a. vagy egy íves felület (például kör, hengeres G. a.) kompenzált munkaszakasz helyzetének megváltoztatásával. Az amplitúdó-eloszlás lehetővé teszi az irányítottsági karakterisztika alakjának megváltoztatását, így a kívánt kapcsolatot a dec. az iránykarakterisztika elemei, különösen a fő szélessége között. maximum és a kiegészítő szintje.
Az "antenna" kifejezést gyakran tágabb értelemben használják, amely magában foglalja magát az antennát és a részeiből származó jelek feldolgozásának módszerét. elemeket. Ebben a felfogásban G. a. felosztva additív, multiplikatív, önfókuszáló, alkalmazkodó stb. Az antennáknál az elemektől a rykh felé érkezett jeleket lineáris műveleteknek vetik alá (erősítés, szűrés, idő- vagy fáziseltolás), majd hozzáadják az összeadóhoz. A multiplikatív G. a. jelek a csatornákban a vevőket nem csak lineáris, hanem nemlineáris műveleteknek (szorzás, hatványozás stb.) vetik alá, ami kis interferenciával növeli a forrás helyzetének meghatározásának pontosságát. Önfókuszáló ún. antennák, a vételi útvonal-rykh termel automatikusan. olyan elosztások bevezetése, amelyek az antenna-összeadónál biztosítják a jelek fázisbeli összeadását, ha a hangforrás a tér egy tetszőleges pontján található. Az adaptív antennák vételi vagy kibocsátási útvonala automatikus. olyan amplitúdó-fázis eloszlások bevezetése, amelyek biztosítják valamilyen előre meghatározott paraméter maximalizálását (zajtűrés, felbontás, iránykeresési pontosság stb.).
A visszhangszonda antennák helyének megválasztásától függ a hasznos jelet kísérő zajszint, az antenna hatásfoka, a meglévő hajózási viszonyok között gyakorlatilag mérhető maximális mélység, esetenként a mérések lehetősége is.
Az antennákat érintő hidroakusztikus interferencia fő forrásai a hajó gépei és mechanizmusai, légcsavarok, turbulens határréteg, valamint egyéb, a hajón egyidejűleg működő hidroakusztikus rendszerek. Mindegyik interferenciaforrás egy bizonyos spektrumú zajt hoz létre, amely az antennába jutva közvetlenül a hajótest mentén, a vízben a hajótest mentén terjed, visszaverődik a tengeri környezetben vagy a fenékről szórt tárgyakról. Az antennát körülvevő vízrétegben szétszórt légbuborékok különös hatással vannak az antennák működésére. A gyakorlatban többször is megfigyelték, hogy amikor a hajó ballasztban haladt, amikor a fenékhez közeli területén intenzív buborékképződés ment végbe, a visszhangszonda már viszonylag kis mélységben is abbahagyta a mérést. A hajó mozgási sebességének vagy leállásának csökkenésével a visszhangjelző működése helyreállt. Ez a jelenség azzal magyarázható, hogy a légbuborékok egyrészt intenzíven disszipálnak és vesznek fel energiát, másrészt megváltoztatják az antennákkal közvetlenül érintkező közeg fizikai tulajdonságait, csökkentve ezzel egyenértékű merevségét, ami viszont befolyásolja az antennarendszer - környezet hangolását, csökkentve az elektromos jel mechanikussá alakításának hatékonyságát és fordítva.
A zavaró tényezőknek a visszhangjelző működésére gyakorolt hatásának csökkentése érdekében az antennákat olyan helyekre kell felszerelni, amelyek megfelelnek a következő követelményeknek:
a hidrodinamikai nyomás változása az antenna felszerelésének helyén a hajó sebességének változásával minimális legyen;
az antenna felszerelési helyét a lehető legtávolabb kell elhelyezni a géptértől, légcsavaroktól, tolóhajtóművektől, valamint azoktól a helyiségektől, amelyekben nagyon zajos gépek és mechanizmusok találhatók;
az antennák elhelyezésének területén (3-5 m távolságban) ne legyenek vízbevezető és vízelvezető berendezések, mert ez a rések meredek növekedését vagy a visszhangjelző mérések teljes eltűnését okozhatja, különösen alacsony frekvencián működők;
az antenna közvetlen közelében, különösen a hajó orra felé eső irányban ne legyenek kiálló hajószerkezetek és tüzelőberendezések, amelyek zavarhatják a visszhangjelző működését;
a jel kibocsátási és vételi útján, a függőlegeshez képest 60°-on belül nem lehetnek olyan részek, amelyek akusztikus rezgések visszaverődését idézhetik elő;
az antenna felszerelésének helye a lehető legtávolabb legyen a hajón elérhető többi hidroakusztikai rendszertől;
Javasoljuk, hogy kényelmes hozzáférést biztosítson az antennához annak ellenőrzéséhez, karbantartásához és cseréjéhez.
A visszhangszonda antennák lehetséges beépítési helyeinek meghatározása után, a fenti követelmények figyelembevételével, az antennák tervezett helyén a zajszint előzetes felmérése alapján szükséges a legalacsonyabb akusztikai szinttel rendelkező helyet kiválasztani. zaj.
A visszhangszonda antenna helyének kiválasztásakor figyelembe kell venni a hajó légcsavar forgásirányát. Tehát jobb oldali légcsavar használatakor az általa megzavart vízáramlás a hajó tatkontúrjának bal oldalát érinti. Ennek eredményeként a bevonat vibrációja lép fel, amely főleg az edény aljának bal oldalán terjed. A hajó testének ez a rezgése további akusztikus zajt okoz. Ebben a tekintetben a jobb oldali osztású légcsavarnál a visszhangszonda antennáját a jobb oldalra, a bal osztású légcsavarnál pedig a bal oldalra javasolt felszerelni.
A hajótest különböző pontjain mért zajszintek eredményei azt mutatják, hogy a legalacsonyabb zajszint általában a hajó orrában figyelhető meg. Ezért ajánlatos a visszhangsugárzó antennát a lehető legközelebb a hajó orrához (pozitív nyomású területen) felszerelni, figyelembe véve, hogy gördülés közben nem engedhető meg a kitettsége. Javasoljuk, hogy az antennát a lehető legközelebb szerelje fel a hajó középvonalához.
Speciális képernyők felszerelésével csökkentheti az interferencia hatását.
A visszhangjelző készlet egyéb eszközeinek beszerelése a termék műszaki dokumentációjának követelményei szerint történik, figyelembe véve az eszközzel való munkavégzés kényelmét.
és azok specifikációi
A hidroakusztikus antennák célja
Hidroakusztikus antennák hidroakusztikus jelek kibocsátására vagy fogadására tervezték hidroakusztikus jelátalakítók valamint a térbeli szelektivitás biztosítására.
Hidroakusztikus jelátalakítók
Hidroakusztikus jelátalakító olyan műszaki eszköz, amely az elektromos rezgéseket mechanikai rezgéssé, vagy fordítva a mechanikai rezgéseket elektromos rezgéssé alakítja.
A hidroakusztikus jelátalakítóknak két fő osztálya van:
a) magnetostrikciós;
b) piezoelektromos.
A magnetostrikciós jelátalakítók működési elve
A magnetostrikciós átalakítók a magnetostrikció jelenségét használják. Jelenség magnetostrikció abban rejlik, hogy egyes ferromágneses anyagokban mágneses tér hatására deformáció lép fel, amelyet a minta hosszának változása jellemez, amikor az mágneses erővonalak mentén helyezkedik el. Ezt a hatást ún közvetlen magnetostrikciós hatás.
Ha a mágneses térerősség növekedésével a rúd hossza növekszik, akkor a magnetostrikciót pozitívnak, ha a rúd hossza csökken, akkor a magnetostrikciót negatívnak nevezzük.
ábrán látható a különböző ferromágneses anyagok relatív nyúlásának a mágneses térerősségtől való függésének grafikonja. öt.
Pemalloy
Kobalt
– Nikkel
Rizs. 5. A relatív alakváltozás térerősségtől való függésének diagramja
A deformáció jellege és mértéke függ a minta anyagától, a feldolgozás módjától, az előmágnesezés mértékétől és a hőmérséklettől. ábrán látható anyagokból. 5, a permalloy pozitív, a nikkel negatív, a kobalt pedig változó magnetostrikciós előjellel rendelkezik, a mágneses térerősségtől függően.
Bármely minta alakváltozását egy ún. határérték korlátozza magnetostrikciós telítettség. A telítési feszültség mértéke és a mágneses térerősség, amelynél a telítés bekövetkezik, az anyagtól függ. Például a nikkel magnetostrikciós telítettsége sokkal nagyobb, mint a kobalté, és a nikkeltelítettség kisebb térerősség mellett következik be, mint a kobalté.
A hőkezelés nagy hatással van a magnetostrikciós anyagok tulajdonságaira. Bármilyen anyag izzítása a magnetostrikció mértékének növekedéséhez vezet.
A hőmérséklet emelkedésével a magnetostrikciós hatás gyengül egészen addig, amíg teljesen el nem tűnik.
Molekuláris kinetikai szempontból a magnetostrikció jelensége a következőképpen magyarázható:
A ferromágneses anyag kis homogén kristályainak krisztallográfiai tengelyei véletlenszerű tájolásúak a térben. Az egyes kristályokat azonban egyesítik ún domainek. Az egyes tartományok mágneses momentumai bizonyos orientációval rendelkeznek. Például a nikkelben a tartományok mágneses momentumai nyolc irányban vannak orientálva - a kocka négy átlója mentén. Ezeket az irányokat ún a legkönnyebb mágnesezés irányai. Ha a minta nem mágnesezett, akkor a tartományok mágneses momentumai véletlenszerűen orientáltak, és a teljes mágneses momentum nulla.
Külső mágneses tér hatására a mágneses tartományok átirányulnak. Azokba az irányokba vannak orientálva, amelyek egybeesnek a külső mező irányával. Ebben az esetben a kristályrács deformációja következik be, ami a minta méretének megváltozásához vezet.
A közvetlen magnetostrikciós hatás mellett van még inverz magnetostrikciós hatás, melynek lényege a minta mágneses állapotának megváltoztatása mechanikai igénybevétel hatására. A ferromágneses anyagra gyakorolt mechanikai hatás hatására a kristályrács deformálódik, aminek következtében a tartományok mágneses momentumainak orientációja a külső mágneses térhez képest megváltozik.
A magnetostrikció egyenletes hatású. Ez azt jelenti, hogy amikor a mágneses tér polaritása megváltozik, az alakváltozás előjele nem változik. Így, ha váltakozó elektromos áramot vezetnek át a mágnesszelepen, amelyben a rúd található, akkor a rúd periodikus rezgéseket hajt végre, amelyek frekvenciája megegyezik a gerjesztő elektromágneses tér frekvenciájának kétszeresével. Ez a hatás kiküszöbölhető a jelátalakító előzetes mágnesezésével. A kereső hidroakusztikus műszerek átalakítóiban a mágnesezést állandó mágnesek felszerelésével vagy speciális egyenáramú forrás bevezetésével hajtják végre.
A magnetostrikciós jelátalakító előfeszítés nélküli működésének jellemzőit a 2. ábra mutatja. 6. ábrán, és torzítással - a 6. ábrán. 7.
–H+H
Rizs. 6. Munkaköri leírás
előfeszítés nélküli magnetostrikciós átalakító
Rizs. 7. Munkaköri leírás
előfeszített magnetostrikciós átalakító
Az átalakítók hatásfokának növelése érdekében a külső gerjesztés frekvenciájának meg kell egyeznie a saját rezgéseinek frekvenciájával. A rúd természetes rugalmas rezgésének gyakorisága a hosszától és az anyagtól függ, amelyből készült.
A rúd természetes frekvenciáját a következő képlet határozza meg:
ahol n- harmonikus szám (általában n= 1);
l - rúd hossza, cm;
E- az anyag rugalmassági modulusa, n/m 2 ;
ρ a sűrűség, kg/m 3 .
Magnetostrikciós jelátalakítók tervei
Bármely magnetostrikciós jelátalakító egy magnetostrikciós anyagból készült mag, amelyen egy vízálló szigetelésű, rugalmas rézhuzal tekercs található. A magot vékony bélyegzett lemezekből nyerik. A bélyegzés után a lemezeket izzítják. Az izzítás során a lemezek felületén kialakuló oxidréteg jó szigetelő. A lemezek közötti szigetelés megakadályozza az örvényáramok megjelenését a magban, és így csökkenti a mag fűtéséhez szükséges energiaveszteséget.
A keresőműszerekben a rúd-magnetostrikciós jelátalakítókat használják legszélesebb körben. A lemezek, amelyekből a rúd-átalakítókat összeszerelik, téglalap alakúak, hornyokkal. A lemezek egy csomagba vannak összeszerelve, ami egy zárt mágneses áramkör, amelynek a rudaira a tekercselés van ráhelyezve. Az állandó mágnesek felszereléséhez, amelyek segítségével az átalakító állandó mágnesezése történik, hosszanti hornyok vannak a magban. A rúd-magnetostrikciós jelátalakító kialakítása a 2. ábrán látható. 8.
és azok specifikációi
A hidroakusztikus antennák célja
Hidroakusztikus antennák hidroakusztikus jelek kibocsátására vagy fogadására tervezték hidroakusztikus jelátalakítók valamint a térbeli szelektivitás biztosítására.
Hidroakusztikus jelátalakítók
Hidroakusztikus jelátalakító egy műszaki eszköz, a ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ az elektromos rezgéseket mechanikussá alakítja, vagy fordítva, a mechanikai rezgéseket elektromossá.
A hidroakusztikus jelátalakítóknak két alapvető osztálya van:
a) magnetostrikciós;
b) piezoelektromos.
A magnetostrikciós jelátalakítók működési elve
A magnetostrikciós átalakítók a magnetostrikció jelenségét használják. Jelenség magnetostrikció lényegében abból áll, hogy egyes ferromágneses anyagokban mágneses tér hatására deformáció lép fel, amelyet a minta hosszának változása jellemez, amikor az mágneses erővonalak mentén helyezkedik el. Ezt a hatást ún közvetlen magnetostrikciós hatás.
Ha a mágneses térerősség növekedésével a rúd hossza növekszik, akkor a magnetostrikciót pozitívnak, ha a rúd hossza csökken, akkor a magnetostrikciót negatívnak nevezzük.
ábrán látható a különböző ferromágneses anyagok relatív nyúlásának a mágneses térerősségtől való függésének grafikonja. öt.
Pemalloy
Kobalt
– Nikkel
Rizs. 5. A relatív alakváltozás térerősségtől való függésének diagramja
A deformáció jellege és mértéke függ a minta anyagától, a feldolgozás módjától, az előmágnesezés mértékétől és a hőmérséklettől. ábrán látható anyagokból. 5, a permalloy pozitív, a nikkel negatív, a kobalt pedig változó magnetostrikciós előjellel rendelkezik, a mágneses térerősségtől függően.
Bármely minta alakváltozását egy határérték korlátozza, amelyet általában ún magnetostrikciós telítettség. A telítési feszültség mértéke és a mágneses térerősség, amelynél a telítés bekövetkezik, az anyagtól függ. Például a nikkel magnetostrikciós telítettsége sokkal nagyobb, mint a kobalté, és a nikkeltelítettség kisebb térerősség mellett következik be, mint a kobalté.
A hőkezelés nagy hatással van a magnetostrikciós anyagok tulajdonságaira. Bármilyen anyag izzítása a magnetostrikció mértékének növekedéséhez vezet.
A hőmérséklet emelkedésével a magnetostrikciós hatás gyengül egészen addig, amíg teljesen el nem tűnik.
Molekuláris kinetikai szempontból a magnetostrikció jelensége a következőképpen magyarázható:
A ferromágneses anyag kis homogén kristályainak krisztallográfiai tengelyei véletlenszerű tájolásúak a térben. Ilyenkor az egyes kristályokat egyesítik ún domainek. Az egyes tartományok mágneses momentumai bizonyos orientációval rendelkeznek. Például a nikkelben a tartományok mágneses momentumai nyolc irányban vannak orientálva - a kocka négy átlója mentén. Ezeket az irányokat ún a legkönnyebb mágnesezés irányai. Ha a minta nem mágnesezett, akkor a tartományok mágneses momentumai véletlenszerűen orientáltak, és a teljes mágneses momentum nulla.
Külső mágneses tér hatására a mágneses tartományok átirányulnak. A Οʜᴎ olyan irányokba vannak orientálva, amelyek egybeesnek a külső mező irányával. Ebben az esetben a kristályrács deformációja következik be, ami a minta méretének megváltozásához vezet.
A közvetlen magnetostrikciós hatás mellett van még inverz magnetostrikciós hatás, melynek lényege a minta mágneses állapotának megváltoztatása mechanikai igénybevétel hatására. A ferromágneses anyagra gyakorolt mechanikai hatás hatására a kristályrács deformálódik, aminek következtében a tartományok mágneses momentumainak orientációja a külső mágneses térhez képest megváltozik.
A magnetostrikció egyenletes hatású. Ez azt jelenti, hogy amikor a mágneses tér polaritása megváltozik, az alakváltozás előjele nem változik. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, ha váltakozó elektromos áramot vezetnek át azon a mágnesszelepen, amelyben a rúd található, akkor a rúd periodikus rezgéseket hajt végre, amelyek frekvenciája megegyezik a gerjesztő elektromágneses tér frekvenciájának kétszeresével. Ez a hatás kiküszöbölhető, ha a jelátalakító előmágnesezését alkalmazzuk. A kereső hidroakusztikus műszerek átalakítóiban a mágnesezést állandó mágnesek felszerelésével vagy speciális egyenáramú forrás bevezetésével hajtják végre.
A magnetostrikciós jelátalakító előfeszítés nélküli működésének jellemzőit a 2. ábra mutatja. 6. ábrán, és torzítással - a 6. ábrán. 7.
–H+H
Rizs. 6. Munkaköri leírás
előfeszítés nélküli magnetostrikciós átalakító
Rizs. 7. Munkaköri leírás
előfeszített magnetostrikciós átalakító
A konverterek hatásfokának növelése érdekében a külső gerjesztés frekvenciájának meg kell egyeznie a természetes rezgések frekvenciájával. A rúd természetes rugalmas rezgésének gyakorisága a hosszától és az anyagtól függ, amelyből készült.
A rúd természetes frekvenciáját a következő képlet határozza meg:
ahol n- harmonikus szám (általában n= 1);
l - rúd hossza, cm;
E- az anyag rugalmassági modulusa, n/m 2 ;
ρ a sűrűség, kg/m 3 .
Magnetostrikciós jelátalakítók tervei
Bármely magnetostrikciós jelátalakító egy magnetostrikciós anyagból készült mag, amelyen egy vízálló szigetelésű, rugalmas rézhuzal tekercs található. A magot vékony bélyegzett lemezekből nyerik. A bélyegzés után a lemezeket izzítják. Az izzítás során a lemezek felületén kialakuló oxidréteg jó szigetelő. A lemezek közötti szigetelés megakadályozza az örvényáramok megjelenését a magban, és így csökkenti a mag fűtéséhez szükséges energiaveszteséget.
A keresőműszerekben a rúd-magnetostrikciós jelátalakítókat használják legszélesebb körben. A lemezek, amelyekből a rúd-átalakítókat összeszerelik, téglalap alakúak, hornyokkal. A lemezek egy csomagba vannak összeszerelve, ami egy zárt mágneses áramkör, amelynek a rudaira a tekercselés van ráhelyezve. Az állandó mágnesek felszereléséhez, amelyek segítségével az átalakító állandó mágnesezése történik, hosszanti hornyok vannak a magban. A rúd-magnetostrikciós jelátalakító kialakítása a 2. ábrán látható. 8.
 |
Rizs. 8. Rúd-magnetostrikciós jelátalakító
A kisugárzást és az akusztikus rezgések fogadását a csomag végfelületei végzik. A porózus gumiszitát általában az egyik végfelületre ragasztják. Ebben az esetben az akusztikus rezgések kibocsátását és fogadását a vízzel érintkező második végfelület végzi. Az oszcillációs rendszer leválasztása érdekében az antennaházról gumi mandzsettát helyeznek a csomag és a ház közé. Az antenna háza hermetikusan lezárt fedéllel van ellátva, amelyen keresztül tömszelencék segítségével vezetik ki a tekercselő vezetékeket.
A hidroakusztikus műszerekben néha toroid tekercsű, hengeres magnetostrikciós átalakítókat használnak. A hengeres jelátalakító csomag szintén vékony, lyukakkal ellátott, lágyított gyűrűkből áll össze. A tekercselő huzal áthalad a lyukakon és a csomag belső üregén. A tekercsben fellépő váltakozó áram mágneses teret hoz létre, amelynek erővonalai a gyűrű tengelye körüli körben helyezkednek el. Ennek eredményeként a gyűrűben olyan erők jelennek meg, amelyek az erővonalak érintői mentén irányulnak, és a gyűrű sugárirányú oszcillációit okozzák. A rezgések adott irányú irányítása érdekében a csomagot a reflektor közepére kell felszerelni, amely kúp alakú, 45º-os nyitási szöggel.
A gyűrűs magnetostrikciós jelátalakító készülékét és beépítési módját a 2. ábra mutatja. kilenc.
 |
Rizs. 9. Gyűrűs magnetostrikciós jelátalakító reflektorral
A magnetostrikciós jelátalakítók specifikációi
A magnetostrikciós átalakítókat egyszerűségük és megbízhatóságuk miatt széles körben alkalmazzák a hidroakusztikus halkereső berendezésekben. Ezek a jelátalakítók nagy mechanikai szilárdságúak és nem korrodálódnak a tengervízben. Az átalakítók gyártása során könnyen biztosítható a tekercsek szükséges szigetelése, mivel működésükhöz nincs szükség nagy feszültség használatára.
A magnetostrikciós jelátalakítók hátrányai a következők:
a) nagy üzemi frekvenciák alkalmazásának lehetetlensége: a kisugárzott frekvenciák felső határa 60 kHz-re korlátozódik;
b) viszonylag alacsony hatásfok (20% - 30%);
c) alacsony érzékenység vételi módban;
d) a sajátfrekvencia függése a hőmérséklettől.
A piezoelektromos átalakítók működési elve
A piezoelektromos átalakítók működése a direkt és inverz piezoelektromos hatás alkalmazásán alapul.
közvetlen piezoelektromos hatás lényegében abban áll, hogy bizonyos anyagok kristályaira ható mechanikai erők hatására e kristályok felületén elektromos töltések jelennek meg, amelyek nagysága arányos az alakváltozás mértékével.
Ha a kristályt két váltakozó feszültségforrásra csatlakoztatott elektróda közé helyezzük, akkor deformáción megy keresztül, amelynek nagysága és előjele az elektromos térerősségtől és annak polaritásától függ. Az elektromos tér hatására bekövetkező mechanikai deformáció megjelenését általában ún fordított piezoelektromos hatás.
A piezoelektromos hatást számos anyag birtokolja, mind a természetben létezők, mind a mesterségesen előállított anyagok. A természetes anyagok közül a kvarckristályoknak van a legkifejezettebb piezoelektromos hatása ( SiO 2).
Hidroakusztikus eszközök antennáinak gyártásához, bárium-titanát ( BaTio 3). Ez az anyag egy piezokerámia, amelyet titán-dioxid és bárium-karbonát por keverékének 1400°-os hőmérsékleten történő égetésével állítanak elő.
Ezután a mintákat polírozzák, és elektródákat visznek fel rájuk úgy, hogy ezüstöt égetnek a kerámia munkaéleibe. A kerámiát ezután polarizálják.
A polarizálatlan kerámiákban az egyes véletlenszerűen elrendezett kristályok különböző irányú elektromos nyomatékokkal rendelkező régiókkal (tartományokkal) rendelkeznek. Erős (15-20 kV/cm2 erősségű) elektromos tér hatására az egyes krisztallitdomének elektromos momentumai átirányulnak, és megjelenik a minta ebből eredő polarizációja. Ez a polarizáció a külső elektromos tér eltávolítása után is fennmarad.
A bárium-titanáton kívül ólom-cirkonát-titanát, valamint szintetikus Rochelle-só kristályok ( NaKC 4 H 4 O 6 4 H 2 O) és ammónium-dihidrogén-foszfát ( NH 4 H 2 PO 4).
A természetes kvarckristály alakját az ábra mutatja. 10. Tengely z Záthaladva a kristály csúcsain szokás nevezni optikai tengely.
z Z
Rizs. 10. Kvarckristály
Az optikai tengelyen kívül a kristályoknak van elektromos és mechanikus tengelyek.
Ha egy oktaéderes lemezt vágunk ki egy kvarckristályból az optikai tengelyére merőlegesen, akkor a tengely x–x, merőleges az átmenő tengelyre z Zés a kristály egymással ellentétes függőleges élein áthaladva szokás hívni elektromos tengely. Tengely y-y merőleges a tengelyre z Zés a kristály két ellentétes oldallapját szokás hívni mechanikai tengely. Az így kapott nyolcszögletű lemeznek három elektromos és három mechanikus tengelye van.
Ha most egy téglalap alakú lemezt vágunk ki a kapott oktaéderes lemezből úgy, hogy a lapjai merőlegesek a három jelzett tengelyre, a legnagyobb lap pedig merőleges a tengelyre x–x, akkor egy ilyen lemeznek piezoelektromos hatása lesz. Ezt a lemezt lemeznek nevezik x-vágás vagy Curie-vágás.
Ha mechanikai erőhatásnak van kitéve F x , a tengelyre merőleges lapokon x–x, közvetlen hosszirányú piezoelektromos hatás keletkezik (a nyomás iránya egybeesik az elektromos tengellyel). Ebben az esetben feszültség jelenik meg a következő lapok között:
ahol l, b, h a lemez hossza, szélessége és vastagsága;
ε az anyag permittivitása;
d x az arányossági együttható, amelyet általában ún
piezoelektromos modul.
Ha mechanikai erőt alkalmazunk F y a tengelyre merőleges lapokhoz y-y, akkor közvetlen keresztirányú piezoelektromos hatás keletkezik (a külső erő iránya merőleges a tengelyre x–x). Ebben az esetben ellentétes polaritású feszültség jelenik meg:
U = -;
A fordított piezoelektromos hatás eléréséhez ugyanaz a lemez x-szelet rendkívül fontos elektromos térbe helyezni úgy, hogy a tengely x–x egybeesett a mezővonalak irányával. Ebben az esetben a lemez a tengely irányában is deformálódik x–x, és a tengely irányában y-y. A fordított hosszirányú piezoelektromos hatás hatására a lemez vastagsága h növekedni fog:
Δ h = d x· U;
Ugyanakkor a fordított keresztirányú piezoelektromos hatás hatására a lemez hossza l csökkenni fog:
Δ l = – d xU.
Mindenesetre a mechanikai rezgések frekvenciája megegyezik az elektromos rezgések frekvenciájával.
A világ óceánjainak területe a Föld felszínének körülbelül 71%-a. A legtöbbet még nem tanulmányozták.
A világ óceánjainak felfedezésének szükségessége az olcsó üzemanyag iránti egyre növekvő emberi igény és a polgári navigáció irányításának szükségessége mellett olyan hidroakusztikus érzékelőrendszerek megjelenéséhez vezetett, amelyek képesek a tengeri talapzaton lévő szénhidrogének feltárására, valamint a polgári hajók azonosítására és helyének meghatározására a vízben. területeken.
Napjainkban az ilyen rendszerekkel szemben magas követelményeket támasztanak az optimális paraméterek biztosítása érdekében, az optikai hullámvezetők átviteli és érzékeny elemként történő alkalmazása pedig jelentősen növelheti az ilyen rendszerek hatékonyságát, valamint csökkentheti az óceánok tanulmányozásának és a vízterületek monitorozásának költségeit.
A hagyományos hidroakusztikus érzékelők piezoelektromos jelátalakítókkal való helyettesítésének fő tényezői az alacsonyabb költség, a nagy megbízhatóság, a kisebb súly- és méretparaméterek, az elosztott érzékelő gyártásának egyszerűsége és a nagy érzékenység az alacsony frekvenciájú tartományban, valamint az elektromágneses interferencia hiánya az érzékeny szálrészen. .
A felderítés aktív szonárral történik. A hajóforrás szélessávú akusztikus sugárzást bocsát ki. A különböző sűrűségű tengerfenéki területek, mint például az olaj- és gázmezők és a normál talaj, különböző spektrális összetevőkkel fogják visszaverni az akusztikus sugárzást. Egy kültéri száloptikai antenna regisztrálja ezeket a jeleket. A fedélzeti berendezés feldolgozza az antennától kapott adatokat, és a hasznos jel késleltetése alapján irányt ad a kívánt objektumnak.
Az akusztikus-optikai kábel, amelynek érzékeny eleme egy optikai szál, működési elve a szál törésmutatójának, és ezáltal az akusztikus tér hatására az optikai sugárzás fázisának változásán alapul. A fázisváltozás kiszámításával információt kaphatunk az akusztikus hatásról.
Számos optikai áramkör és érzékeny elem kialakítása létezik, de mindegyik lehetővé teszi nagyszámú érzékelő multiplexelését egyetlen szálon, több szál elhelyezése egy akuszto-optikai kábelben növelheti az antennában lévő érzékelők számát a vastagság kismértékű növelésével. az akusztikus-optikai kábelről. Ez a nagyszámú érzékelő multiplexelési módszer jelenleg csak optikai szálak használatával biztosítható.
A projekt témájával kapcsolatos munka 2011-ben kezdődött az "Elektropribor Konszern" Központi Kutatóintézettel közösen, 2011-2013-ban előkészítő munkák zajlottak, kidolgozták az akusztikai-optikai kábelek létrehozásának alapkoncepcióit, különféle jelfeldolgozási módszereket dolgoztak ki. 2014-2016-ban több passzív akusztikai-optikai kábel és elektronikus jelfeldolgozó egység elrendezést valósított meg.
A dinamikatartomány, az érzékenység, a zajszint és egyéb paraméterek meghatározásához minden antennán tesztsorozatot végeztünk. A vizsgálatok kiterjedtek az antenna vizsgálatára visszhangmentes kamrában (az akusztikai-optikai kábel az akusztikus tér forrása körüli állványon van elhelyezve) és nyílt vízen (az akuszto-optikai kábel hangátlátszó tesztkosárra van feltekerve, amelynek középpontjában az akusztikus tér gömb alakú forrása van elhelyezve). Az alábbiakban képek a tesztekről.
A kiterjesztett hidroakusztikus száloptikai antennák létrehozása és tanulmányozása egy fiatal tudományág Oroszországban, amely nagy távlatokat nyit a hidroakusztikus mérések területén.
