ჰიდროაკუსტიკური ანტენები. ჰიდროაკუსტიკური ანტენა ინფორმაციის რაოდენობა ჰიდროაკუსტიკური ანტენიდან

ჰიდროაკუსტიკური ანტენა- მოწყობილობა, რომელიც უზრუნველყოფს სივრცით შერჩევით ან ხმის მიღებას წყლის გარემოში. ჩვეულებრივ გ და. შედგება ელექტროაკუსტიკური გადამყვანები(ანტენის ელემენტები), აკუსტიკური ეკრანები, დამხმარე სტრუქტურა აკუსტიკური. საცობები, ამორტიზატორები და ელექტრო საკომუნიკაციო ხაზები. სივრცითი სელექციურობის ფორმირების მეთოდის მიხედვით გ.ა. შეიძლება დაიყოს ინტერფერენციად, ფოკუსირებად, რქად და პარამეტრულად.

სივრცითი სელექციურობა. გ.ა. აკუსტიკური ჩარევის გამო. შექმნილი კოსმოსური დაშლის გარკვეულ წერტილში. ანტენის რხევადი ზედაპირის მონაკვეთები (რადიაციული რეჟიმი) ან ელექტრული ჩარევა. გასასვლელებში ანტენის გადამყვანები, როდესაც მასზე ხმის ტალღა ეცემა (მიღების რეჟიმი). ჩარევა გ.ა. იყოფა უწყვეტ, ნორმალურ კომპონენტების რყევებად. აქტიური ზედაპირის სიჩქარე to-rykh მუდმივად იცვლება წერტილიდან წერტილამდე (მაგალითად, ანტენები, რომლებიც ასხივებენ საერთო ლითონის ფირფიტას) და დისკრეტული, რომლის აქტიურ ზედაპირზე წყვეტს ფუნქციას, რომელიც აღწერს ნორმალური კომპონენტის განაწილებას. შეიძლება შეინიშნოს რხევები. სიჩქარე. დისკრეტულ ანტენებს ხშირად უწოდებენ. ანტენის მასივები

ფოკუსირების სივრცითი სელექციურობა გ. და. (სმ. ხმის ფოკუსი) წარმოიქმნება ამრეკლი ან გამტეხი საზღვრების ან მედიის დახმარებით, წარმოქმნის ხმის ენერგიის ფოკუსირებას, რასაც თან ახლავს ტალღის ფრონტის ტრანსფორმაცია (მაგალითად, სფერულიდან ბრტყელში).

ამრეკლავი ზედაპირები ასევე გამოიყენება საყვირის ანტენებში, თუმცა, ტალღის ფრონტი არ გარდაიქმნება და ამრეკლავი საზღვრების როლი მცირდება სივრცის იმ ნაწილის შეზღუდვამდე, რომელშიც ხმა გამოიცემა.

აქტიური ზედაპირები პარამეტრული. ანტენები რხევა ორ ახლო სიხშირეზე; სივრცითი სელექციურობა წარმოიქმნება პირველადი გამოსხივებული ტალღების (ე.წ. ტუმბოს ტალღების) არაწრფივი ურთიერთქმედების შედეგად წარმოქმნილი სხვაობის სიხშირის შედეგად.

მთავარი პარამეტრები, რომლებიც განსაზღვრავენ გ.ა.-ის სივრცითი სელექციურობას, - მიმართულების მახასიათებელი და კოეფიციენტი. კონცენტრაცია (იხ ორიენტაციააკუსტიკური ემიტერები და მიმღებები). გ-ის უნარი და. ენერგიის გადაქცევა (ჩვეულებრივ, ელექტრულიდან აკუსტიკურიდან გამოსხივებისას და აკუსტიკური ელექტროზე მიღებისას) ხასიათდება მგრძნობელობით, გამოსხივებული სიმძლავრით და სპ. გამოსხივებული ძალა.

ანტენები არა მხოლოდ უზრუნველყოფს სივრცითი სელექციურობის ფორმირებას, არამედ საშუალებას გაძლევთ გააკონტროლოთ იგი. უმეტესობის შემთხვევაში საერთო ტიპის GA - ბადეები - ასეთი კონტროლი ხორციელდება ამპლიტუდა-ფაზის განაწილების შემოღებით, ანუ რხევების ამპლიტუდებისა და ფაზების მოცემული განაწილების შექმნით. გადამცემების აქტიური ზედაპირების სიჩქარე რადიაციულ რეჟიმში. მიღების რეჟიმში, ამპლიტუდა-ფაზის განაწილების დანერგვა უზრუნველყოფილია რთული კოეფიციენტების შერჩევით. მოწყობილობების გადაცემა, რომლებიც შედის თითოეულ ანტენის არხში მიმღებსა და დამამატებელს შორის. ფაზური განაწილების შემოღებით, შესაძლებელია უზრუნველყოფილი იყოს დეპ. გ-ის გადამყვანები და. ნებისმიერი მოცემული სივრცის მიმართულებით და ამით აკონტროლეთ მაქს. გამოსხივება (და მიღების რეჟიმში - მაქსიმალური მგრძნობელობის მიმართულება). ანტენები, რომელთა არხებში არის დანერგილი მითითებული ფაზის განაწილება, ე.წ. კომპენსირებული.

თანამდებობის მართვა ჩ. სივრცეში მაქსიმალური მიმართულება შეიძლება განხორციელდეს არა მხოლოდ ფაზის განაწილების შეცვლით, არამედ მექანიკური. შემობრუნება გ.ა. ან მოსახვევი ზედაპირის კომპენსირებული სამუშაო მონაკვეთის პოზიციის შეცვლით (მაგალითად, წრიული, ცილინდრული გ. ა.). ამპლიტუდის განაწილება საშუალებას გაძლევთ შეცვალოთ მიმართულების მახასიათებლის ფორმა, მიიღოთ სასურველი ურთიერთობა დეკ. მიმართულების მახასიათებლის ელემენტები, კერძოდ მისი ძირითადი სიგანეს შორის. მაქსიმალური და დონე დამატებითი.

ხშირად ტერმინი "ანტენა" გამოიყენება უფრო ფართო გაგებით, რომელიც მოიცავს როგორც თავად ანტენას, ასევე მისი ნაწილებიდან სიგნალების დამუშავების მეთოდს. ელემენტები. ამ გაგებით, გ.ა. იყოფა დანამატებად, გამრავლებად, თვით ფოკუსირებად, ადაპტირებად და ა.შ. დანამატი ე.წ. ანტენები, სიგნალები ელემენტებიდან to-rykh ექვემდებარება ხაზოვან ოპერაციებს (გაძლიერება, გაფილტვრა, დრო ან ფაზური ცვლა) და შემდეგ ემატება შემგროვებელს. მრავლობითში G. ა. სიგნალები არხებში მიმღებები ექვემდებარება არა მხოლოდ წრფივ, არამედ არაწრფივ ოპერაციებს (გამრავლება, გაძლიერება და ა.შ.), რაც მცირე ჩარევით ზრდის წყაროს პოზიციის დადგენის სიზუსტეს. თავის ფოკუსირებას ეძახდა. ანტენები, მიმღები გზა-რიხ აწარმოებს ავტომატურს. დისტრიბუციების დანერგვა, რომლებიც უზრუნველყოფენ სიგნალების ფაზაში დამატებას ანტენის დამამატებელზე, როდესაც ხმის წყარო მდებარეობს სივრცის თვითნებურ წერტილში. ადაპტაციური ანტენების მიმღები ან გამოსხივების გზა აწარმოებს ავტომატურს. ამპლიტუდა-ფაზური განაწილების დანერგვა, რომელიც უზრუნველყოფს გარკვეული წინასწარ განსაზღვრული პარამეტრის (ხმაურის იმუნიტეტი, გარჩევადობა, მიმართულების პოვნის სიზუსტე და ა.შ.) მაქსიმიზაციას.

სასარგებლო სიგნალის თანმხლები ხმაურის დონე, ანტენის ეფექტურობა, მაქსიმალური სიღრმე, რომელიც პრაქტიკულად შეიძლება გაიზომოს არსებული ნაოსნობის პირობებში და ზოგჯერ გაზომვების შესაძლებლობა დამოკიდებულია ექო ხმის ანტენების ადგილმდებარეობის არჩევანზე.

ანტენებზე მოქმედი ჰიდროაკუსტიკური ჩარევის ძირითადი წყაროა გემის მანქანები და მექანიზმები, პროპელერები, ტურბულენტური სასაზღვრო ფენა, ისევე როგორც სხვა ჰიდროაკუსტიკური სისტემები, რომლებიც ერთდროულად მოქმედებენ გემზე. ჩარევის თითოეული წყარო ქმნის გარკვეული სპექტრის ხმაურს, რომელიც შედის ანტენაში, ვრცელდება პირდაპირ გემის კორპუსის გასწვრივ, წყალში გემის კორპუსის გასწვრივ, ასახავს საზღვაო გარემოში ან ქვემოდან ობიექტების გაფანტვას. ანტენის მუშაობაზე განსაკუთრებულ გავლენას ახდენს ანტენის მიმდებარე წყლის ფენაში მიმოფანტული ჰაერის ბუშტები. პრაქტიკაში არაერთხელ დაფიქსირდა, რომ როდესაც ჭურჭელი მოძრაობდა ბალასტში, როდესაც ბუშტების ინტენსიური წარმოქმნა მოხდა მის ქვედა მიდამოში, ექოს ხმოვანმა შეწყვიტა შედარებით მცირე სიღრმეების გაზომვაც კი. ჭურჭლის მოძრაობის სიჩქარის შემცირებით ან მისი გაჩერებით, აღდგა ექო სმენის მოქმედება. ეს ფენომენი აიხსნება იმით, რომ ჰაერის ბუშტები, ერთის მხრივ, ინტენსიურად ფანტავს და შთანთქავს ენერგიას, მეორეს მხრივ, ისინი ცვლის საშუალების ფიზიკურ თვისებებს ანტენებთან უშუალო კონტაქტისას, ამცირებს მის ექვივალენტურ სიმტკიცეს, რაც თავის მხრივ, გავლენას ახდენს ანტენის სისტემის რეგულირებაზე - გარემოზე, ამცირებს ელექტრული სიგნალის მექანიკურად გადაქცევის ეფექტურობას და პირიქით.

იმისათვის, რომ შემცირდეს შემაშფოთებელი ფაქტორების გავლენა ექო ხმოვანების მუშაობაზე, ანტენები უნდა დამონტაჟდეს ისეთ ადგილებში, რომლებიც აკმაყოფილებენ შემდეგ მოთხოვნებს:

 ჰიდროდინამიკური წნევის ცვლილება ანტენის დამონტაჟების ადგილას გემის სიჩქარის ცვლილებით უნდა იყოს მინიმალური;
ანტენის დამონტაჟების ადგილი მაქსიმალურად შორს უნდა იყოს განლაგებული ძრავის ოთახიდან, პროპელერებიდან, ამწეების, აგრეთვე იმ ოთახებიდან, რომლებშიც ძალიან ხმაურიანი მანქანები და მექანიზმებია განთავსებული;
 ანტენების განლაგების ზონაში (3-5 მ-მდე მანძილზე) არ უნდა იყოს წყლის მიმღები და სადრენაჟო მოწყობილობები, რადგან ამან შეიძლება გამოიწვიოს ხარვეზების მკვეთრი ზრდა ან ექო სმენის მაჩვენებლების სრული გაქრობა, განსაკუთრებით. დაბალ სიხშირეზე მომუშავეები;
 ანტენის უშუალო სიახლოვეს, განსაკუთრებით გემის მშვილდისკენ მიმართულებისას, არ უნდა იყოს გამოწეული გემის კონსტრუქციები და საცეცხლე მოწყობილობები, რომლებმაც შეიძლება ხელი შეუშალონ ექო-სმენის მუშაობას;
სიგნალის ემისიისა და მიღების გზაზე, ვერტიკალურიდან 60°-ის ფარგლებში, არ უნდა იყოს ნაწილები, რომლებსაც შეუძლიათ შექმნან აკუსტიკური ვიბრაციების ასახვა;
ანტენის დამონტაჟების ადგილი მაქსიმალურად შორს უნდა იყოს გემზე არსებული სხვა ჰიდროაკუსტიკური სისტემებისგან;
 რეკომენდირებულია ანტენაზე მოსახერხებელი წვდომის უზრუნველყოფა მისი შემოწმების, მოვლისა და გამოცვლისთვის.
ექო ხმის ანტენების დაყენების შესაძლო ადგილების დადგენის შემდეგ, ზემოთ მოყვანილი მოთხოვნების გათვალისწინებით, აუცილებელია, ანტენების დანიშნულ ადგილას ხმაურის დონის წინასწარი შეფასების საფუძველზე, შეარჩიოთ ადგილი აკუსტიკის ყველაზე დაბალი დონით. ხმაური.
ექო ხმოვანი ანტენის ადგილმდებარეობის არჩევისას აუცილებელია გემის პროპელერის ბრუნვის მიმართულების გათვალისწინება. ამრიგად, მარჯვენა პროპელერის გამოყენებისას, მისგან დარღვეული წყლის ნაკადი ხვდება გემის უკანა კონტურების მარცხენა მხარეს. შედეგად, წარმოიქმნება საფარის ვიბრაცია, რომელიც ვრცელდება ძირითადად ჭურჭლის ფსკერის მარცხენა მხარეს. გემის კორპუსის ეს ვიბრაცია იწვევს დამატებით აკუსტიკური ხმაურს. ამასთან დაკავშირებით, მარჯვენა დახრის პროპელერით, რეკომენდირებულია ექო ხმის ანტენის დაყენება მარჯვენა მხარეს, ხოლო მარცხენა დახრის პროპელერით - პორტის მხარეს.

კორპუსის სხვადასხვა წერტილში ხმაურის დონის გაზომვის შედეგები მიუთითებს იმაზე, რომ ხმაურის ყველაზე დაბალი დონე, როგორც წესი, შეინიშნება ხომალდის მშვილდში. ამიტომ რეკომენდირებულია ექოსონდერის ანტენის დაყენება ჭურჭლის მშვილდთან რაც შეიძლება ახლოს (დადებითი წნევის მიდამოში), გორების დროს მისი ექსპოზიციის დაუშვებლობის გათვალისწინებით. რეკომენდებულია ანტენის დაყენება გემის ცენტრალურ ხაზთან რაც შეიძლება ახლოს.

თქვენ შეგიძლიათ შეამციროთ ჩარევის ეფექტი სპეციალური ეკრანების დაყენებით.

ექო ხმის კომპლექტის სხვა მოწყობილობების დაყენება ხორციელდება პროდუქტის ტექნიკური დოკუმენტაციის მოთხოვნების შესაბამისად და მოწყობილობასთან მუშაობის მოხერხებულობის გათვალისწინებით.

და მათი სპეციფიკაციები

ჰიდროაკუსტიკური ანტენების დანიშნულება

ჰიდროაკუსტიკური ანტენებიშექმნილია ჰიდროაკუსტიკური სიგნალების გამოსაცემად ან მისაღებად ჰიდროაკუსტიკური გადამყვანებიდა სივრცითი სელექციურობის უზრუნველსაყოფად.

ჰიდროაკუსტიკური გადამყვანები

ჰიდროაკუსტიკური გადამყვანიარის ტექნიკური მოწყობილობა, რომელიც გარდაქმნის ელექტრულ ვიბრაციას მექანიკურ ვიბრაციად, ან, პირიქით, მექანიკურ ვიბრაციას ელექტრო ვიბრაციად.

არსებობს ჰიდროაკუსტიკური გადამყვანების ორი ძირითადი კლასი:

ა) მაგნიტოსტრიქციული;

ბ) პიეზოელექტრული.

მაგნიტოსტრიქციული გადამყვანების მუშაობის პრინციპი

მაგნიტოსტრიქციული გადამყვანები იყენებენ მაგნიტოსტრიქციის ფენომენს. Ფენომენი მაგნიტოსტრიქციამდგომარეობს იმაში, რომ ზოგიერთ ფერომაგნიტურ მასალაში, მაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ, ხდება დეფორმაცია, რომელიც ხასიათდება ნიმუშის სიგრძის ცვლილებით, როდესაც ის მდებარეობს მაგნიტური ველის ხაზების გასწვრივ. ამ ეფექტს ე.წ პირდაპირი მაგნიტოსტრიქციული ეფექტი.

თუ ღეროს სიგრძე იზრდება მაგნიტური ველის სიძლიერის მატებასთან ერთად, მაშინ მაგნიტოსტრიქციას ეწოდება დადებითი, ხოლო თუ ღეროს სიგრძე მცირდება, მაშინ მაგნიტოსტრიქციას ეწოდება უარყოფითი.

მაგნიტური ველის სიძლიერეზე სხვადასხვა ფერომაგნიტური მასალის შედარებითი დრეკადობის დამოკიდებულების გრაფიკი ნაჩვენებია ნახ. ხუთი.

პერმალოი

კობალტი

– ნიკელი

ბრინჯი. 5. ფარდობითი დეფორმაციის დამოკიდებულების ნაკვეთი ველის სიძლიერეზე

დეფორმაციის ბუნება და ხარისხი დამოკიდებულია ნიმუშის მასალაზე, მისი დამუშავების მეთოდზე, წინასწარ მაგნიტიზაციის რაოდენობასა და ტემპერატურაზე. ნახ. 5, პერმალოუას აქვს დადებითი მაგნიტოსტრიქცია, ნიკელს აქვს უარყოფითი და კობალტს აქვს ცვლადი მაგნიტოსტრიქციის ნიშანი, რაც დამოკიდებულია მაგნიტური ველის სიძლიერეზე.

ნებისმიერი ნიმუშის დეფორმაცია შემოიფარგლება ლიმიტით ე.წ მაგნიტოსტრიქტორული გაჯერება. გაჯერების დაძაბულობის რაოდენობა და მაგნიტური ველის სიძლიერე, რომლითაც ხდება გაჯერება, დამოკიდებულია მასალაზე. მაგალითად, ნიკელის მაგნიტოსტრიქციული გაჯერება ბევრად აღემატება კობალტს და ნიკელის გაჯერება ხდება უფრო დაბალი ველის სიძლიერით, ვიდრე კობალტის გაჯერება.

თერმული დამუშავება დიდ გავლენას ახდენს მაგნიტოსტრიქტორული მასალების თვისებებზე. ნებისმიერი მასალის დამუშავება იწვევს მაგნიტოსტრიქციის სიდიდის ზრდას.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად მაგნიტოსტრიქციული ეფექტი სუსტდება, სანამ ის მთლიანად არ გაქრება.

მოლეკულური კინეტიკური თვალსაზრისით, მაგნიტოსტრიქციის ფენომენი აიხსნება შემდეგნაირად:

ფერომაგნიტური მასალის მცირე ერთგვაროვანი კრისტალების კრისტალოგრაფიული ღერძები შემთხვევითი ორიენტაცია აქვთ სივრცეში. თუმცა ცალკეული კრისტალები გაერთიანებულია ე.წ დომენები. თითოეული დომენის მაგნიტურ მომენტებს აქვს გარკვეული ორიენტაცია. მაგალითად, ნიკელში დომენების მაგნიტური მომენტები ორიენტირებულია რვა მიმართულებით - კუბის ოთხი დიაგონალის გასწვრივ. ამ მიმართულებებს ე.წ უმარტივესი მაგნიტიზაციის მიმართულებები. თუ ნიმუში არ არის მაგნიტიზებული, მაშინ დომენების მაგნიტური მომენტები შემთხვევით არის ორიენტირებული, ხოლო მთლიანი მაგნიტური მომენტი არის ნული.

გარე მაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ, მაგნიტური დომენები გადაადგილდება. ისინი ორიენტირებულია იმ მიმართულებებზე, რომლებიც ემთხვევა გარე ველის მიმართულებას. ამ შემთხვევაში ხდება ბროლის გისოსის დეფორმაცია, რაც იწვევს ნიმუშის ზომების ცვლილებას.

პირდაპირი მაგნიტოსტრიქციული ეფექტის პარალელურად, არსებობს ასევე შებრუნებული მაგნიტოსტრიქციული ეფექტი, რომლის არსი არის ნიმუშის მაგნიტური მდგომარეობის შეცვლა მექანიკური სტრესის გავლენის ქვეშ. ფერომაგნიტურ მასალაზე მექანიკური მოქმედებით ბროლის ბადე დეფორმირდება, რის შედეგადაც იცვლება დომენების მაგნიტური მომენტების ორიენტაცია გარე მაგნიტურ ველთან მიმართებაში.

მაგნიტოსტრიქცია არის თანაბარი ეფექტი. ეს ნიშნავს, რომ როდესაც მაგნიტური ველის პოლარობა იცვლება, დეფორმაციის ნიშანი არ იცვლება. ამრიგად, თუ ალტერნატიული ელექტრული დენი გადის სოლენოიდში, რომლის შიგნითაც მდებარეობს ღერო, მაშინ ღერო შეასრულებს პერიოდულ რხევებს ამაღელვებელი ელექტრომაგნიტური ველის სიხშირის ორჯერ ტოლი სიხშირით. ეს ეფექტი შეიძლება აღმოიფხვრას გადამყვანის წინასწარი მაგნიტიზაციის გამოყენებით. საძიებო ჰიდროაკუსტიკური ინსტრუმენტების გადამყვანებში მაგნიტიზაცია ხორციელდება მუდმივი მაგნიტების დაყენებით ან სპეციალური DC წყაროს შემოღებით.

მაგნიტოსტრიქციული გადამცემის მუშაობის მახასიათებელი მიკერძოების გარეშე ნაჩვენებია ნახ. 6 და მიკერძოებით - ნახ. 7.

– H+H

ბრინჯი. 6. სამუშაოს აღწერა

მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანი მიკერძოების გარეშე

ბრინჯი. 7. სამუშაოს აღწერა

მაგნიტოსტრიქციული გადამყვანი მიკერძოებით

გადამყვანების ეფექტურობის გასაზრდელად, გარე აგზნების სიხშირე უნდა იყოს საკუთარი რხევების სიხშირის ტოლი. ღეროს ბუნებრივი ელასტიური რხევების სიხშირე დამოკიდებულია მის სიგრძეზე და მასალაზე, საიდანაც იგი მზადდება.

ჯოხის ბუნებრივი სიხშირე განისაზღვრება ფორმულით:

სადაც n-ჰარმონიული რიცხვი (ჩვეულებრივ ნ= 1);

ლ -ჯოხის სიგრძე, სმ;

E-მასალის ელასტიურობის მოდული, ნ/მ 2 ;

ρ არის სიმკვრივე, კგ/მ 3 .

მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანების დიზაინი

ნებისმიერი მაგნიტოსტრიქციული გადამყვანი არის მაგნიტოსტრიქტორული მასალისგან დამზადებული ბირთვი, რომელზედაც განთავსებულია მოქნილი სპილენძის მავთულის გრაგნილი წყალგაუმტარი იზოლაციით. ბირთვი მიიღება თხელი შტამპიანი ფირფიტებიდან. ჭედურობის შემდეგ თეფშები იკვრება. ადუღების დროს ფირფიტების ზედაპირზე წარმოქმნილი ოქსიდის ფენა კარგი იზოლატორია. ფირფიტებს შორის იზოლაცია ხელს უშლის მორევის დენების წარმოქმნას ბირთვში და ამით ამცირებს ენერგიის დანაკარგს ბირთვის გასათბობად.

საძიებო ინსტრუმენტებში ყველაზე ფართოდ გამოიყენება მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანები. ფირფიტებს, საიდანაც აწყობენ ღეროების გადამყვანებს, აქვთ მართკუთხა ფორმა სლოტებით. ფირფიტები იკრიბება პაკეტში, რომელიც წარმოადგენს დახურულ მაგნიტურ წრეს, რომლის ღეროებზე დაყრილია გრაგნილი. მუდმივი მაგნიტების დასაყენებლად, რომელთა დახმარებითაც ხდება გადამყვანის მუდმივი მაგნიტიზაცია, ბირთვში გათვალისწინებულია გრძივი ღარები. ღეროს მაგნიტოსტრიქტორული გადამცემის დიზაინი ნაჩვენებია ნახ. 8.

და მათი სპეციფიკაციები

ჰიდროაკუსტიკური ანტენების დანიშნულება

ჰიდროაკუსტიკური გადამყვანები

ჰიდროაკუსტიკური გადამყვანიარის ტექნიკური მოწყობილობა, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ გარდაქმნის ელექტრულ ვიბრაციას მექანიკურად, ან, პირიქით, მექანიკურ ვიბრაციას ელექტროდ.

არსებობს ჰიდროაკუსტიკური გადამყვანების ორი ძირითადი კლასი:

ა) მაგნიტოსტრიქციული;

ბ) პიეზოელექტრული.

მაგნიტოსტრიქციული გადამყვანების მუშაობის პრინციპი

მაგნიტოსტრიქციული გადამყვანები იყენებენ მაგნიტოსტრიქციის ფენომენს. Ფენომენი მაგნიტოსტრიქციაარსებითად მდგომარეობს იმაში, რომ ზოგიერთ ფერომაგნიტურ მასალაში მაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ ხდება დეფორმაცია, რომელიც ხასიათდება ნიმუშის სიგრძის ცვლილებით, როდესაც ის მდებარეობს მაგნიტური ველის ხაზების გასწვრივ. ამ ეფექტს ე.წ პირდაპირი მაგნიტოსტრიქციული ეფექტი.

პერმალოი

კობალტი

– ნიკელი

ბრინჯი. 5. ფარდობითი დეფორმაციის დამოკიდებულების ნაკვეთი ველის სიძლიერეზე

ნებისმიერი ნიმუშის დეფორმაცია შემოიფარგლება ლიმიტით, რომელსაც ჩვეულებრივ უწოდებენ მაგნიტოსტრიქტორული გაჯერება. გაჯერების დაძაბულობის რაოდენობა და მაგნიტური ველის სიძლიერე, რომლითაც ხდება გაჯერება, დამოკიდებულია მასალაზე. მაგალითად, ნიკელის მაგნიტოსტრიქციული გაჯერება ბევრად აღემატება კობალტს და ნიკელის გაჯერება ხდება უფრო დაბალი ველის სიძლიერით, ვიდრე კობალტის გაჯერება.

ფერომაგნიტური მასალის მცირე ერთგვაროვანი კრისტალების კრისტალოგრაფიული ღერძები შემთხვევითი ორიენტაცია აქვთ სივრცეში. ამ შემთხვევაში ცალკეული კრისტალები გაერთიანებულია ე.წ დომენები. თითოეული დომენის მაგნიტურ მომენტებს აქვს გარკვეული ორიენტაცია. მაგალითად, ნიკელში დომენების მაგნიტური მომენტები ორიენტირებულია რვა მიმართულებით - კუბის ოთხი დიაგონალის გასწვრივ. ამ მიმართულებებს ე.წ უმარტივესი მაგნიტიზაციის მიმართულებები. თუ ნიმუში არ არის მაგნიტიზებული, მაშინ დომენების მაგნიტური მომენტები შემთხვევით არის ორიენტირებული, ხოლო მთლიანი მაგნიტური მომენტი არის ნული.

გარე მაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ, მაგნიტური დომენები გადაადგილდება. Oʜᴎ ორიენტირებულია იმ მიმართულებებზე, რომლებიც ემთხვევა გარე ველის მიმართულებას. ამ შემთხვევაში ხდება ბროლის გისოსის დეფორმაცია, რაც იწვევს ნიმუშის ზომების ცვლილებას.

პირდაპირი მაგნიტოსტრიქციული ეფექტის პარალელურად, არსებობს ასევე შებრუნებული მაგნიტოსტრიქციული ეფექტი, რომლის არსი არის ნიმუშის მაგნიტური მდგომარეობის შეცვლა მექანიკური სტრესის გავლენის ქვეშ. ფერომაგნიტურ მასალაზე მექანიკური მოქმედების შედეგად ხდება ბროლის გისოსის დეფორმაცია, რის გამოც იცვლება დომენების მაგნიტური მომენტების ორიენტაცია გარე მაგნიტურ ველთან მიმართებაში.

მაგნიტოსტრიქცია არის თანაბარი ეფექტი. ეს ნიშნავს, რომ როდესაც მაგნიტური ველის პოლარობა იცვლება, დეფორმაციის ნიშანი არ იცვლება. ᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, თუ ალტერნატიული ელექტრული დენი გადის სოლენოიდში, რომლის შიგნითაც ღერო მდებარეობს, მაშინ ღერო შეასრულებს პერიოდულ რხევებს ამაღელვებელი ელექტრომაგნიტური ველის სიხშირის ორჯერ ტოლი სიხშირით. ეს ეფექტი შეიძლება აღმოიფხვრას, თუ გამოყენებული იქნება გადამყვანის წინასწარი მაგნიტიზაცია. საძიებო ჰიდროაკუსტიკური ინსტრუმენტების გადამყვანებში მაგნიტიზაცია ხორციელდება მუდმივი მაგნიტების დაყენებით ან სპეციალური DC წყაროს შემოღებით.

– H+H

ბრინჯი. 6. სამუშაოს აღწერა

მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანი მიკერძოების გარეშე

ბრინჯი. 7. სამუშაოს აღწერა

მაგნიტოსტრიქციული გადამყვანი მიკერძოებით

გადამყვანების ეფექტურობის გასაზრდელად, გარე აგზნების სიხშირე უნდა იყოს მისი ბუნებრივი რხევების სიხშირის ტოლი. ღეროს ბუნებრივი ელასტიური რხევების სიხშირე დამოკიდებულია მის სიგრძეზე და მასალაზე, საიდანაც იგი მზადდება.

ჯოხის ბუნებრივი სიხშირე განისაზღვრება ფორმულით:

სადაც n-ჰარმონიული რიცხვი (ჩვეულებრივ ნ= 1);

ლ -ჯოხის სიგრძე, სმ;

E-მასალის ელასტიურობის მოდული, ნ/მ 2 ;

ρ არის სიმკვრივე, კგ/მ 3 .

მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანების დიზაინი

ბრინჯი. 8. როდ მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანი

აკუსტიკური ვიბრაციების გამოსხივება და მიღება ხორციელდება პაკეტის ბოლო ზედაპირებით. ფოროვანი რეზინის ეკრანი ჩვეულებრივ წებოვანია ერთ-ერთ ბოლო ზედაპირზე. ამ შემთხვევაში, აკუსტიკური ვიბრაციების გამოსხივება და მიღება ხორციელდება მეორე ბოლო ზედაპირით წყალთან კონტაქტში. რხევითი სისტემის ანტენის კორპუსიდან გამოყოფის მიზნით, პაკეტსა და კორპუსს შორის იდება რეზინის მანჟეტები. ანტენის კორპუსი ჰერმეტულად არის დალუქული სახურავით, რომლის მეშვეობითაც ჯირკვლების დახმარებით ხვეული მავთულები გამოდის გარეთ.

ზოგჯერ ცილინდრული მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანები ტოროიდული გრაგნილით გამოიყენება ჰიდროაკუსტიკური ინსტრუმენტებში. ცილინდრული გადამყვანის პაკეტი ასევე აწყობილია ნახვრეტებით წვრილი გამაგრებული რგოლებისგან. გრაგნილი მავთული გადის ხვრელებსა და პაკეტის შიდა ღრუში. გრაგნილში ალტერნატიული დენი ქმნის მაგნიტურ ველს, რომლის ძალის ხაზები განლაგებულია წრეში, რომელიც ორიენტირებულია რგოლის ღერძზე. შედეგად, რგოლში ჩნდება ძალები, რომლებიც მიმართულია ტანგენტების გასწვრივ ძალის ხაზებზე და იწვევს რგოლის რადიალურ რხევებს. ვიბრაციების მოცემული მიმართულებით წარმართვის მიზნით, პაკეტი დამონტაჟებულია რეფლექტორის ცენტრში, რომელსაც აქვს კონუსის ფორმა გახსნის კუთხით 45º.

რგოლის მაგნიტოსტრიქტორული გადამცემის მოწყობილობა და მისი დაყენების მეთოდი ნაჩვენებია ნახ. ცხრა.

ბრინჯი. 9. რგოლი მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანი რეფლექტორით

მაგნიტოსტრიქციული გადამყვანების სპეციფიკაციები

მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანები ფართოდ გამოიყენება ჰიდროაკუსტიკური თევზის საპოვნელ მოწყობილობებში მათი სიმარტივისა და საიმედოობის გამო. ამ გადამყვანებს აქვთ მაღალი მექანიკური სიმტკიცე და არ კოროზირდება ზღვის წყალში. კონვერტორების წარმოებისას ადვილად უზრუნველყოფილია გრაგნილების საჭირო იზოლაცია, რადგან მათი მუშაობა არ საჭიროებს მაღალი ძაბვის გამოყენებას.

მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანების უარყოფითი მხარეები მოიცავს შემდეგს:

ა) მაღალი ოპერაციული სიხშირეების გამოყენების შეუძლებლობა: გამოსხივებული სიხშირეების ზედა ზღვარი შემოიფარგლება 60 kHz-ით;

ბ) შედარებით დაბალი ეფექტურობა (20% - 30%);

გ) დაბალი მგრძნობელობა მიღების რეჟიმში;

დ) ბუნებრივი სიხშირის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე.

პიეზოელექტრული გადამყვანების მუშაობის პრინციპი

პიეზოელექტრული გადამყვანების მოქმედება ეფუძნება პირდაპირი და ინვერსიული პიეზოელექტრული ეფექტის გამოყენებას.

პირდაპირი პიეზოელექტრული ეფექტიარსებითად მდგომარეობს იმაში, რომ გარკვეული ნივთიერებების კრისტალებზე გამოყენებული მექანიკური ძალების მოქმედებით, ამ კრისტალების ზედაპირებზე ჩნდება ელექტრული მუხტები, რომელთა სიდიდე პროპორციულია დეფორმაციის ხარისხთან.

თუ კრისტალი მოთავსებულია ორ ელექტროდს შორის, რომლებიც დაკავშირებულია ალტერნატიული ძაბვის წყაროსთან, მაშინ ის განიცდის დეფორმაციას, რომლის სიდიდე და ნიშანი დამოკიდებულია ელექტრული ველის სიძლიერეზე და მის პოლარობაზე. ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ მექანიკური დეფორმაციის გაჩენას ჩვეულებრივ უწოდებენ საპირისპირო პიეზოელექტრული ეფექტი.

ბევრ ნივთიერებას აქვს პიეზოელექტრული ეფექტი, როგორც ბუნებაში არსებული, ასევე ხელოვნურად მიღებული ნივთიერებებისგან. ბუნებრივ მასალებს შორის, კვარცის კრისტალებს აქვთ ყველაზე გამოხატული პიეზოელექტრული ეფექტი ( SiO 2).

ჰიდროაკუსტიკური მოწყობილობების ანტენების დასამზადებლად, ბარიუმის ტიტანატი ( BaTio 3). ეს მასალა არის პიეზოკერამიკა, რომელიც მიიღება ტიტანის დიოქსიდისა და ბარიუმის კარბონატის ფხვნილების ნარევის გამოწვით 1400º ტემპერატურაზე.

შემდეგ ნიმუშები გაპრიალებულია და ელექტროდები გამოიყენება მათზე ვერცხლის დაწვით კერამიკის სამუშაო კიდეებში. შემდეგ ხდება კერამიკის პოლარიზაცია.

არაპოლარიზებულ კერამიკაში ცალკეულ შემთხვევით განლაგებულ კრისტალებს აქვთ ელექტრული მომენტების სხვადასხვა მიმართულების რეგიონები (დომენები). ძლიერი ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ (15–20 კვ/სმ2 სიმძლავრით) ხდება ცალკეული კრისტალური დომენების ელექტრული მომენტების გადაადგილება და ჩნდება ნიმუშის პოლარიზაცია. ეს პოლარიზაცია გრძელდება გარე ელექტრული ველის მოხსნის შემდეგ.

ბარიუმის ტიტანატის გარდა, ტყვიის ცირკონატ-ტიტანატი, ასევე როშელის მარილის სინთეზური კრისტალები ( NaKC 4 ჰ 4 ო 6 4 ჰ 2 ო) და ამონიუმის დიჰიდროფოსფატი ( NH 4 ჰ 2 PO 4).

ბუნებრივი კვარცის ბროლის ფორმა ნაჩვენებია ნახ. 10. ღერძი z–zბროლის წვეროებზე გავლისას, ჩვეულებრივად ეძახიან მას ოპტიკური ღერძი.

z z

ბრინჯი. 10. კვარცის კრისტალი

ოპტიკური ღერძის გარდა, კრისტალებს აქვთ ელექტრო და მექანიკური ღერძი.

თუ ოქტაედრული ფირფიტა მოჭრილია კვარცის ბროლისგან მისი ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარული, მაშინ ღერძი x–x, პერპენდიკულარული ღერძის გავლისას z–zდა ბროლის ურთიერთსაპირისპირო ვერტიკალურ კიდეებზე გავლისას, ჩვეულებრივად გამოძახება ელექტრო ღერძი. ღერძი წ–წღერძის პერპენდიკულარული z–zდა ბროლის ორი საპირისპირო გვერდითი სახე, ჩვეულებრივად არის გამოძახება მექანიკური ღერძი.ამგვარად მიღებულ რვაკუთხა ფირფიტას აქვს სამი ელექტრული და სამი მექანიკური ღერძი.

თუ ახლა მიღებული რვაწახნაგოვანი ფირფიტიდან ისეა ამოჭრილი მართკუთხა ფირფიტა, რომ მისი სახეები იყოს პერპენდიკულარული სამი მითითებული ღერძის მიმართ, ხოლო ყველაზე დიდი პირი ღერძის პერპენდიკულარული იყოს. x–x, მაშინ ასეთ ფირფიტას ექნება პიეზოელექტრული ეფექტი. ამ ფირფიტას ფირფიტა ეწოდება X-მოჭრა ან კიური გაჭრა.

როდესაც ექვემდებარება მექანიკურ ძალას ფ x , ღერძის პერპენდიკულარულ სახეებზე x–x, წარმოიქმნება პირდაპირი გრძივი პიეზოელექტრული ეფექტი (წნევის მიმართულება ემთხვევა ელექტრულ ღერძს). ამ შემთხვევაში, ძაბვა ჩნდება ამ სახეებს შორის:

სადაც ლ, ბ, თფირფიტის სიგრძე, სიგანე და სისქე;

ε არის მასალის ნებართვა;

d xარის პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელსაც ჩვეულებრივ ე.წ

პიეზოელექტრული მოდული.

მექანიკური ძალის გამოყენების შემთხვევაში ფ y ღერძის პერპენდიკულარულ სახეებზე წ–წ, მაშინ წარმოიქმნება პირდაპირი განივი პიეზოელექტრული ეფექტი (გარე ძალის მიმართულება ღერძის პერპენდიკულარულია x–x). ამ შემთხვევაში, ჩნდება საპირისპირო პოლარობის ძაბვა:

U = -;

საპირისპირო პიეზოელექტრული ეფექტის მისაღებად, იგივე ფირფიტა X- ნაჭერი ძალზე მნიშვნელოვანია ელექტრულ ველში განთავსება ისე, რომ ღერძი x– xდაემთხვა საველე ხაზების მიმართულებას. ამ შემთხვევაში, ფირფიტა დეფორმირებულია როგორც ღერძის მიმართულებით x– x, და ღერძის მიმართულებით წ–წ. საპირისპირო გრძივი პიეზოელექტრული ეფექტის გავლენით, ფირფიტის სისქე თგაიზრდება:

Δ h = d x· U;

ამავდროულად, საპირისპირო განივი პიეზოელექტრული ეფექტის გავლენის ქვეშ, ფირფიტის სიგრძე ლშემცირდება:

Δ l = – d xU.

ნებისმიერ შემთხვევაში, მექანიკური ვიბრაციების სიხშირე ტოლია ელექტრული ვიბრაციების სიხშირეს.

მსოფლიო ოკეანეების ზედაპირის ფართობი დედამიწის ზედაპირის დაახლოებით 71% -ს შეადგენს. მისი უმეტესობა ჯერ არ არის შესწავლილი.

მსოფლიო ოკეანეების შესწავლის აუცილებლობამ იაფ საწვავზე ადამიანთა მზარდი მოთხოვნილებების ფონზე და სამოქალაქო ნავიგაციის კონტროლის აუცილებლობამ განაპირობა ჰიდროაკუსტიკური სენსორული სისტემების გაჩენა, რომლებსაც შეუძლიათ ზღვის თაროზე ნახშირწყალბადების შესწავლა და სამოქალაქო გემების იდენტიფიცირება და განთავსება წყალში. ტერიტორიები.

დღეს ასეთ სისტემებზე მაღალი მოთხოვნებია დაწესებული ოპტიმალური პარამეტრების უზრუნველსაყოფად, ხოლო ოპტიკური ტალღების, როგორც გადამცემი და მგრძნობიარე ელემენტების გამოყენებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს ასეთი სისტემების ეფექტურობა და შეამციროს ოკეანეების შესწავლისა და წყლის ტერიტორიების მონიტორინგის ღირებულება.

ტრადიციული ჰიდროაკუსტიკური სენსორების პიეზოელექტრული გადამყვანებით ჩანაცვლების ძირითადი ფაქტორებია დაბალი ღირებულება, მაღალი საიმედოობა, მცირე წონის და ზომის პარამეტრები, განაწილებული სენსორის დამზადების სიმარტივე და მაღალი მგრძნობელობა დაბალი სიხშირის რეგიონში და ელექტრომაგნიტური ჩარევის არარსებობა მგრძნობიარე ბოჭკოვან ნაწილზე. .

დაზვერვა ხორციელდება აქტიური სონარის გამოყენებით. გემის წყარო ასხივებს ფართოზოლოვან აკუსტიკური გამოსხივებას. სხვადასხვა სიმკვრივის მქონე ზღვის ფსკერი, როგორიცაა ნავთობისა და გაზის საბადო და ნორმალური ნიადაგი, აირეკლავს აკუსტიკური გამოსხივებას სხვადასხვა სპექტრული კომპონენტით. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი ანტენა აღრიცხავს ამ სიგნალებს. ბორტ აღჭურვილობა ამუშავებს ანტენიდან მიღებულ მონაცემებს და სასარგებლო სიგნალის დროის დაყოვნების საფუძველზე აძლევს მიმართულებას სასურველ ობიექტს.

აკუსტო-ოპტიკური კაბელის მუშაობის პრინციპი, რომლის მგრძნობიარე ელემენტია ოპტიკური ბოჭკო, ემყარება ბოჭკოს რეფრაქციული ინდექსის შეცვლის ეფექტს და, შესაბამისად, ოპტიკური გამოსხივების ფაზას აკუსტიკური ველის მოქმედებით. ფაზის ცვლილების გაანგარიშებით, შეიძლება მიიღოთ ინფორმაცია აკუსტიკური ზემოქმედების შესახებ.

არსებობს მრავალი ოპტიკური სქემები და მგრძნობიარე ელემენტების დიზაინი, მაგრამ ყველა მათგანი საშუალებას იძლევა დიდი რაოდენობის სენსორების მულტიპლექსირება ერთ ბოჭკოზე, რამდენიმე ბოჭკოს განთავსება აკუსტო-ოპტიკურ კაბელში შეიძლება გაზარდოს სენსორების რაოდენობა ანტენაში სისქის ოდნავ გაზრდით. აკუსტო-ოპტიკური კაბელის. დიდი რაოდენობით სენსორების მულტიპლექსირების ეს მეთოდი ამ მომენტისთვის შესაძლებელია მხოლოდ ოპტიკური ბოჭკოების გამოყენებით.

ამ პროექტის თემაზე მუშაობა 2011 წელს დაიწყო ცენტრალურ კვლევით ინსტიტუტთან "Electropribor Concern"-თან ერთად, 2011-2013 წლებში ჩატარდა მოსამზადებელი სამუშაოები, დამუშავდა აკუსტო-ოპტიკური კაბელების შექმნის ძირითადი კონცეფციები, სიგნალის დამუშავების სხვადასხვა მეთოდი. ტესტირება 2014-2016 წლებში და განხორციელდა პასიური აკუსტო-ოპტიკური კაბელების და ელექტრონული სიგნალის დამუშავების ერთეულების რამდენიმე განლაგება.

დინამიური დიაპაზონის, მგრძნობელობის, ხმაურის იატაკის და სხვა პარამეტრების დასადგენად, თითოეულ ანტენაზე ჩატარდა ტესტების სერია. ტესტები მოიცავდა ანტენის შესწავლას ანექოურ კამერაში (აკუსტო-ოპტიკური კაბელი განლაგებულია სამფეხებზე აკუსტიკური ველის წყაროს გარშემო) და ღია წყალში (აკუსტო-ოპტიკური კაბელი დახვეულია ხმის გამჭვირვალე ტესტის კალათზე, რომლის ცენტრში მოთავსებულია აკუსტიკური ველის სფერული წყარო). ქვემოთ მოცემულია ფოტოები ტესტებიდან.

გაფართოებული ჰიდროაკუსტიკური ბოჭკოვანი ანტენების შექმნა და შესწავლა არის მეცნიერების ახალგაზრდა ფილიალი რუსეთში, რომელიც ხსნის დიდ პერსპექტივებს ჰიდროაკუსტიკური გაზომვების სფეროში.