hidroakustiskās antenas. Hidroakustiskā antena Informācijas apjoms no hidroakustiskās antenas

HIDROAKUSTISKĀ ANTENA- ierīce, kas nodrošina telpiski selektīvu vai skaņas uztveršanu ūdens vidē. Parasti G. un. sastāv no elektroakustiskie pārveidotāji(antenas elementi), akustiskā ekrāni, nesošās konstrukcijas akustiskā. mezgli, amortizatori un elektriskās sakaru līnijas. Saskaņā ar telpiskās selektivitātes veidošanas metodi G. a. var iedalīt traucējumu, fokusēšanas, skaņas signāla un parametru.

Telpiskā selektivitāte. G. a. akustisko traucējumu dēļ. izveidots noteiktā kosmosa sadalīšanās punktā. antenas oscilējošās virsmas sekcijas (radiācijas režīms) vai elektriskie traucējumi. pie izejām antenas pārveidotājus, kad uz tā krīt skaņas vilnis (uztveršanas režīms). Traucējumi G. a. iedalītas nepārtrauktās, parastās komponentu svārstībās. aktīvās virsmas ātrums uz rykh nepārtraukti mainās no punkta uz punktu (piemēram, antenas, kas izstaro caur kopēju metāla plāksni), un diskrētas, uz kuru aktīvās virsmas rodas pārtraukumi funkcijā, kas apraksta normālās komponentes sadalījumu. var novērot svārstības. ātrumu. Bieži tiek sauktas diskrētās antenas. antenu bloki

Fokusēšanas telpiskā selektivitāte G. un. (cm. Skaņas fokuss) veidojas ar atstarojošu vai laužošu robežu vai mediju palīdzību, kas rada skaņas enerģijas fokusēšanu, ko pavada viļņu frontes transformācija (piemēram, no sfēriskas uz plakanu).

Atstarojošās virsmas tiek izmantotas arī taures antenās, tomēr viļņu fronte nepārveidojas un atstarojošo robežu loma tiek samazināta līdz telpas daļas ierobežošanai, kurā tiek izvadīta skaņa.

Aktīvās virsmas parametriskas. antenas svārstās divās tuvās frekvencēs; telpiskā selektivitāte veidojas atšķirības frekvences rezultātā, kas rodas primāro izstarojošo viļņu (tā saukto sūkņa viļņu) nelineārās mijiedarbības rezultātā.

Galvenā parametri, kas nosaka G. a. telpisko selektivitāti, - virziena raksturlielums un koeficients. koncentrācija (sk Orientēšanās akustiskie izstarotāji un uztvērēji). G. spējas un. pārveidot enerģiju (parasti no elektriskās uz akustisko, kad izstaro un no akustiskās uz elektrisko, kad tiek saņemta) raksturo jutība, izstarotā jauda un sp. izstarotā jauda.

Antenas ne tikai nodrošina telpiskās selektivitātes veidošanos, bet arī ļauj to kontrolēt. Vairuma gadījumu gadījumā izplatīts GA veids - režģi - šāda vadība tiek veikta, ieviešot amplitūdas-fāzes sadalījumu, tas ir, izveidojot noteiktu svārstību amplitūdu un fāžu sadalījumu. devēju aktīvo virsmu ātrumi starojuma režīmā. Saņemšanas režīmā amplitūdas-fāzes sadalījuma ieviešanu nodrošina komplekso koeficientu izvēle. katrā antenas kanālā iekļauto ierīču pārraide starp uztvērēju un papildinātāju. Ieviešot fāzu sadalījumu, ir iespējams nodrošināt dep izstrādāto skaņas spiedienu summēšanu. G. pārveidotāji un. jebkurā konkrētā telpas virzienā, un tādējādi kontrolēt virzienu max. starojums (un uztveršanas režīmā - maksimālās jutības virziens). Antenas, kuru kanālos tiek ieviests noteiktais fāzes sadalījums, sauc. kompensēts.

Vadot amatu Č. maksimālo virzību telpā var veikt ne tikai mainot fāzes sadalījumu, bet arī mehāniski. pagriezt G. a. vai mainot izliektas virsmas kompensētā darba posma stāvokli (piemēram, apļveida, cilindriska. G. a.). Amplitūdas sadalījums ļauj mainīt virziena raksturlīknes formu, iegūstot vēlamo attiecību starp dec. virziena raksturlīknes elementi, jo īpaši starp tās galvenās platumu. maksimālais un papildu līmenis.

Bieži vien termins "antena" tiek lietots plašākā nozīmē, aptverot gan pašu antenu, gan signālu apstrādes metodi no tās daļām. elementi. Šajā izpratnē G. a. iedala aditīvās, pavairojošās, pašfokusējošās, adaptīvās utt. Piedevas sauc. antenas, signāli no elementiem uz rykh tiek pakļauti lineārām operācijām (pastiprināšana, filtrēšana, laika vai fāzes nobīde) un pēc tam tiek pievienoti summai. Reizināšanas G. a. signāli kanālos uztvērēji tiek pakļauti ne tikai lineārām, bet arī nelineārām operācijām (reizināšana, eksponēšana utt.), kas ar nelieliem traucējumiem palielina avota pozīcijas noteikšanas precizitāti. Pašfokusēšanās sauc. antenas, uztveršanas ceļš uz-rykh ražo automātiski. tādu sadalījumu ieviešana, kas nodrošina signālu fāzu pievienošanu antenas sumatorā, kad skaņas avots atrodas patvaļīgā telpas punktā. Adaptīvo antenu uztveršanas vai izstarošanas ceļš rada automātisku. amplitūdas-fāzu sadalījumu ieviešana, kas nodrošina kāda iepriekš noteikta parametra (trokšņu noturība, izšķirtspēja, virziena noteikšanas precizitāte utt.) maksimizāciju.

No eholotes antenu atrašanās vietas izvēles ir atkarīgs noderīgo signālu pavadošā trokšņa līmenis, antenas efektivitāte, maksimālais dziļums, ko praktiski var izmērīt esošajos burāšanas apstākļos, un dažkārt arī pati mērījumu veikšanas iespēja.

Galvenie hidroakustisko traucējumu avoti, kas ietekmē antenas, ir kuģu tehnika un mehānismi, dzenskrūves, turbulentais robežslānis, kā arī citas hidroakustiskās sistēmas, kas vienlaikus darbojas uz kuģa. Katrs no traucējumu avotiem rada noteikta spektra troksni, kas nokļūst antenā, izplatoties tieši gar kuģa korpusu, ūdenī gar kuģa korpusu, atstarojoties no jūras vidē vai no dibena izkliedējošiem objektiem. Antenu apņemošajā ūdens slānī izkaisītie gaisa burbuļi īpaši ietekmē antenu darbību. Praksē vairākkārt novērots, ka kuģim pārvietojoties balastā, kad tā tuvākajā apgabalā notika intensīva burbuļu veidošanās, eholote pārtrauca mērīt pat salīdzinoši nelielus dziļumus. Samazinoties kuģa kustības ātrumam vai tā apstādināšanai, eholotes darbība tika atjaunota. Šī parādība ir izskaidrojama ar to, ka gaisa burbuļi, no vienas puses, intensīvi izkliedē un absorbē enerģiju, no otras puses, tie maina vides fizikālās īpašības tiešā saskarē ar antenām, samazinot tā ekvivalento stingrību, kas, savukārt ietekmē antenas sistēmas - vides noskaņošanu, samazinot elektriskā signāla pārveidošanas efektivitāti mehāniskajā un otrādi.

Lai samazinātu traucējošo faktoru ietekmi uz eholotes darbību, antenas jāuzstāda vietās, kas atbilst šādām prasībām:

hidrodinamiskā spiediena izmaiņām antenas uzstādīšanas vietā līdz ar kuģa ātruma izmaiņām jābūt minimālām;
Antenas uzstādīšanas vietai jābūt izvietotai pēc iespējas tālāk no mašīntelpas, dzenskrūves, dzinekļiem, kā arī no telpām, kurās atrodas ļoti trokšņainas mašīnas un mehānismi;
zonā, kur atrodas antenas (attālumā līdz 3-5 m) nedrīkst atrasties ūdens ņemšanas un drenāžas ierīces, jo tas var izraisīt krasu spraugu palielināšanos vai pilnīgu eholotes rādījumu izzušanu, īpaši tie, kas darbojas zemā frekvencē;
 antenas tiešā tuvumā, īpaši virzienā uz kuģa priekšgalu, nedrīkst atrasties izvirzītas kuģa konstrukcijas un šaušanas ierīces, kas varētu traucēt eholotes darbību;
signāla izstarošanas un uztveršanas ceļā 60° robežās no vertikāles nedrīkst atrasties daļas, kas var radīt akustisko vibrāciju atstarošanos;
antenas uzstādīšanas vietai jābūt pēc iespējas tālāk no citām uz kuģa pieejamajām hidroakustiskajām sistēmām;
 Ieteicams nodrošināt ērtu piekļuvi antenai tās pārbaudei, apkopei un nomaiņai.
Pēc eholotes antenu iespējamo uzstādīšanas vietu noteikšanas, ņemot vērā augstāk minētās prasības, ir nepieciešams, pamatojoties uz iepriekšēju trokšņa līmeņa novērtējumu paredzētajā antenu atrašanās vietā, izvēlēties vietu ar viszemāko akustisko līmeni. troksnis.
Izvēloties eholotes antenas atrašanās vietu, ir jāņem vērā kuģa dzenskrūves griešanās virziens. Tātad, izmantojot labās puses dzenskrūvi, tā traucētā ūdens plūsma atduras pret kuģa pakaļgala kontūru kreiso pusi. Rezultātā rodas apšuvuma vibrācija, kas izplatās galvenokārt trauka dibena kreisajā pusē. Šī kuģa korpusa vibrācija rada papildu akustisko troksni. Šajā sakarā ar labā soļa dzenskrūvi eholotes antenu ieteicams uzstādīt labajā pusē, bet ar kreisā soļa dzenskrūvi - labajā pusē.

Trokšņa līmeņa mērījumu rezultāti dažādos korpusa punktos liecina, ka zemākais trokšņa līmenis parasti tiek novērots kuģa priekšgalā. Tāpēc eholotes antenu ieteicams uzstādīt pēc iespējas tuvāk kuģa priekšgalam (pozitīvā spiediena zonā), ņemot vērā tās iedarbības nepieļaujamību ripošanas laikā. Antenu ieteicams uzstādīt pēc iespējas tuvāk kuģa centra līnijai.

Jūs varat samazināt traucējumu ietekmi, uzstādot īpašus ekrānus.

Citu eholotes komplekta ierīču uzstādīšana tiek veikta saskaņā ar produkta tehniskās dokumentācijas prasībām un ņemot vērā darba ērtības ar ierīci.

un to specifikācijas

Hidroakustisko antenu mērķis

Hidroakustiskās antenas paredzēti hidroakustisku signālu izstarošanai vai uztveršanai, izmantojot hidroakustiskie devēji un nodrošināt telpisko selektivitāti.

Hidroakustiskie devēji

Hidroakustiskais devējs ir tehniska ierīce, kas elektriskās vibrācijas pārvērš mehāniskās vibrācijās vai, gluži otrādi, mehāniskās vibrācijas elektriskās vibrācijās.

Ir divas galvenās hidroakustisko devēju klases:

a) magnetostriktīvs;

b) pjezoelektrisks.

Magnetostriktīvo devēju darbības princips

Magnetostriktīvie devēji izmanto magnetostrikcijas fenomenu. Fenomens magnetostrikcija slēpjas faktā, ka dažos feromagnētiskos materiālos magnētiskā lauka ietekmē notiek deformācija, ko raksturo parauga garuma izmaiņas, kad tas atrodas gar magnētiskā lauka līnijām. Šo efektu sauc tieša magnetostriktīva iedarbība.

Ja stieņa garums palielinās, palielinoties magnētiskā lauka stiprumam, tad magnetostrikciju sauc par pozitīvu, un, ja stieņa garums samazinās, tad magnetostrikciju sauc par negatīvu.

Dažādu feromagnētisko materiālu relatīvā pagarinājuma atkarības no magnētiskā lauka intensitātes grafiks parādīts att. pieci.

Permalloy

Kobalts

– Niķelis

Rīsi. 5. Relatīvās deformācijas atkarības no lauka intensitātes diagramma

Deformācijas raksturs un pakāpe ir atkarīga no parauga materiāla, tā apstrādes metodes, iepriekšējas magnetizācijas apjoma un temperatūras. No materiāliem, kas parādīti attēlā. 5, permalojum ir pozitīva magnetostrikcija, niķelim ir negatīva, un kobaltam ir mainīga magnetostrikcijas zīme atkarībā no magnētiskā lauka stipruma.

Jebkura parauga deformāciju ierobežo robeža, ko sauc magnetostriktīvs piesātinājums. Piesātinājuma deformācijas apjoms un magnētiskā lauka stiprums, pie kura notiek piesātinājums, ir atkarīgs no materiāla. Piemēram, niķeļa magnetostriktīvais piesātinājums ir daudz lielāks nekā kobaltam, un niķeļa piesātinājums notiek ar mazāku lauka intensitāti nekā piesātinājums ar kobaltu.

Termiskai apstrādei ir liela ietekme uz magnetostriktīvo materiālu īpašībām. Jebkura materiāla atkausēšana palielina magnetostrikcijas lielumu.

Temperatūrai paaugstinoties, magnetostriktīvais efekts vājinās, līdz tas pilnībā izzūd.

No molekulārās kinētiskā viedokļa magnetostrikcijas parādība ir izskaidrota šādi:

Feromagnētiskā materiāla mazu viendabīgu kristālu kristalogrāfiskajām asīm ir nejauša orientācija telpā. Tomēr atsevišķi kristāli tiek apvienoti t.s domēni. Katra domēna magnētiskajiem momentiem ir noteikta orientācija. Piemēram, niķelī domēnu magnētiskie momenti ir orientēti astoņos virzienos – pa četrām kuba diagonālēm. Šos virzienus sauc vienkāršākās magnetizācijas virzieni. Ja paraugs nav magnetizēts, tad domēnu magnētiskie momenti ir nejauši orientēti, un kopējais magnētiskais moments ir nulle.

Ārējā magnētiskā lauka ietekmē magnētiskie domēni tiek pārorientēti. Tie ir orientēti tajos virzienos, kas sakrīt ar ārējā lauka virzienu. Šajā gadījumā notiek kristāliskā režģa deformācija, kas izraisa parauga izmēru izmaiņas.

Kopā ar tiešo magnetostriktīvo efektu pastāv arī apgrieztā magnetostriktīvā iedarbība, kuras būtība ir mainīt parauga magnētisko stāvokli mehāniskās spriedzes ietekmē. Mehāniski iedarbojoties uz feromagnētisko materiālu, kristāla režģis tiek deformēts, kā rezultātā mainās domēnu magnētisko momentu orientācija attiecībā pret ārējo magnētisko lauku.

Magnetostrikcija ir vienmērīgs efekts. Tas nozīmē, ka, mainoties magnētiskā lauka polaritātei, deformācijas zīme nemainās. Tādējādi, ja caur solenoīdu, kura iekšpusē atrodas stienis, tiek izlaista maiņstrāva, tad stienis veiks periodiskas svārstības ar frekvenci, kas ir divreiz lielāka par aizraujošā elektromagnētiskā lauka frekvenci. Šo efektu var novērst, veicot devēja iepriekšēju magnetizāciju. Meklēšanas hidroakustisko instrumentu pārveidotājos magnetizācija tiek veikta, uzstādot pastāvīgos magnētus vai ieviešot īpašu līdzstrāvas avotu.

Magnetostriktīvā devēja darbības raksturlielums bez novirzes parādīts att. 6, un ar novirzi - att. 7.

–H+H

Rīsi. 6. Darba apraksts

magnetostriktīvs devējs bez novirzes

Rīsi. 7. Darba apraksts

magnetostriktīvs devējs ar novirzi

Lai palielinātu pārveidotāju efektivitāti, ārējās ierosmes frekvencei jābūt vienādai ar pašas svārstību frekvenci. Stieņa dabisko elastīgo svārstību biežums ir atkarīgs no tā garuma un materiāla, no kura tas ir izgatavots.

Stieņa dabisko frekvenci nosaka pēc formulas:

kur n- harmoniskais skaitlis (parasti n= 1);

l - stieņa garums, cm;

E- materiāla elastības modulis, n/m 2 ;

ρ ir blīvums, kg/m 3 .

Magnetostriktīvo devēju konstrukcijas

Jebkurš magnetostriktīvs devējs ir no magnetostriktīva materiāla izgatavots serdenis, uz kura atrodas elastīga vara stieples tinums ar ūdensizturīgu izolāciju. Kodols tiek pieņemts darbā no plānām apzīmogotām plāksnēm. Pēc štancēšanas plāksnes tiek atkausētas. Oksīda slānis, kas veidojas uz plākšņu virsmas atkausēšanas laikā, ir labs izolators. Izolācija starp plāksnēm novērš virpuļstrāvu parādīšanos serdeņā un tādējādi samazina enerģijas zudumus serdeņa sildīšanai.

Meklēšanas instrumentos visplašāk tiek izmantoti stieņu magnetostriktīvie devēji. Plāksnēm, no kurām tiek samontēti stieņu devēji, ir taisnstūra forma ar spraugām. Plāksnes ir saliktas iepakojumā, kas ir slēgta magnētiskā ķēde, uz kuras stieņiem tiek uzlikts tinums. Pastāvīgo magnētu uzstādīšanai, ar kuru palīdzību tiek veikta pārveidotāja pastāvīga magnetizācija, serdē ir paredzētas gareniskās rievas. Stieņa magnetostriktīvā devēja dizains ir parādīts attēlā. 8.

un to specifikācijas

Hidroakustisko antenu mērķis

Hidroakustiskās antenas paredzēti hidroakustisku signālu izstarošanai vai uztveršanai, izmantojot hidroakustiskie devēji un nodrošināt telpisko selektivitāti.

Hidroakustiskie devēji

Hidroakustiskais devējs ir tehniska ierīce, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ pārvērš elektriskās vibrācijas mehāniskās, vai, gluži otrādi, mehāniskās vibrācijas elektriskās.

Ir divas hidroakustisko devēju pamatklases:

a) magnetostriktīvs;

b) pjezoelektrisks.

Magnetostriktīvo devēju darbības princips

Magnetostriktīvie devēji izmanto magnetostrikcijas fenomenu. Fenomens magnetostrikcija būtībā sastāv no tā, ka dažos feromagnētiskos materiālos magnētiskā lauka ietekmē notiek deformācija, ko raksturo parauga garuma izmaiņas, kad tas atrodas gar magnētiskā lauka līnijām. Šo efektu sauc tieša magnetostriktīva iedarbība.

Ja stieņa garums palielinās, palielinoties magnētiskā lauka stiprumam, tad magnetostrikciju sauc par pozitīvu, un, ja stieņa garums samazinās, tad magnetostrikciju sauc par negatīvu.

Dažādu feromagnētisko materiālu relatīvā pagarinājuma atkarības no magnētiskā lauka intensitātes grafiks parādīts att. pieci.

Permalloy

Kobalts

– Niķelis

Rīsi. 5. Relatīvās deformācijas atkarības no lauka intensitātes diagramma

Jebkura parauga deformāciju ierobežo robeža, ko parasti sauc magnetostriktīvs piesātinājums. Piesātinājuma deformācijas apjoms un magnētiskā lauka stiprums, pie kura notiek piesātinājums, ir atkarīgs no materiāla. Piemēram, niķeļa magnetostriktīvais piesātinājums ir daudz lielāks nekā kobaltam, un niķeļa piesātinājums notiek ar mazāku lauka intensitāti nekā piesātinājums ar kobaltu.

Termiskai apstrādei ir liela ietekme uz magnetostriktīvo materiālu īpašībām. Jebkura materiāla atkausēšana palielina magnetostrikcijas lielumu.

Temperatūrai paaugstinoties, magnetostriktīvais efekts vājinās, līdz tas pilnībā izzūd.

No molekulārās kinētiskā viedokļa magnetostrikcijas parādība ir izskaidrota šādi:

Feromagnētiskā materiāla mazu viendabīgu kristālu kristalogrāfiskajām asīm ir nejauša orientācija telpā. Šajā gadījumā atsevišķi kristāli tiek apvienoti tā sauktajos domēni. Katra domēna magnētiskajiem momentiem ir noteikta orientācija. Piemēram, niķelī domēnu magnētiskie momenti ir orientēti astoņos virzienos – pa četrām kuba diagonālēm. Šos virzienus sauc vienkāršākās magnetizācijas virzieni. Ja paraugs nav magnetizēts, tad domēnu magnētiskie momenti ir nejauši orientēti, un kopējais magnētiskais moments ir nulle.

Ārējā magnētiskā lauka ietekmē magnētiskie domēni tiek pārorientēti. Οʜᴎ ir orientēti tajos virzienos, kas sakrīt ar ārējā lauka virzienu. Šajā gadījumā notiek kristāliskā režģa deformācija, kas izraisa parauga izmēru izmaiņas.

Magnetostrikcija ir vienmērīgs efekts. Tas nozīmē, ka, mainoties magnētiskā lauka polaritātei, deformācijas zīme nemainās. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, ja caur solenoīdu, kura iekšpusē atrodas stienis, tiek laista maiņstrāva, tad stienis veiks periodiskas svārstības ar frekvenci, kas vienāda ar divkāršu aizraujošā elektromagnētiskā lauka frekvenci. Šo efektu var novērst, ja tiek veikta devēja iepriekšēja magnetizācija. Meklēšanas hidroakustisko instrumentu pārveidotājos magnetizācija tiek veikta, uzstādot pastāvīgos magnētus vai ieviešot īpašu līdzstrāvas avotu.

Magnetostriktīvā devēja darbības raksturlielums bez novirzes parādīts att. 6, un ar novirzi - att. 7.

–H+H

Rīsi. 6. Darba apraksts

magnetostriktīvs devējs bez novirzes

Rīsi. 7. Darba apraksts

magnetostriktīvs devējs ar novirzi

Lai palielinātu pārveidotāju efektivitāti, ārējās ierosmes frekvencei jābūt vienādai ar tās dabisko svārstību frekvenci. Stieņa dabisko elastīgo svārstību biežums ir atkarīgs no tā garuma un materiāla, no kura tas ir izgatavots.

Stieņa dabisko frekvenci nosaka pēc formulas:

kur n- harmoniskais skaitlis (parasti n= 1);

l - stieņa garums, cm;

E- materiāla elastības modulis, n/m 2 ;

ρ ir blīvums, kg/m 3 .

Magnetostriktīvo devēju konstrukcijas

Rīsi. 8. Stieņa magnetostriktīvais devējs

Izstarošanu un akustisko vibrāciju uztveršanu veic iepakojuma gala virsmas. Porainu gumijas sietu parasti pielīmē uz vienas no gala virsmām. Šajā gadījumā akustisko vibrāciju emisiju un uztveršanu veic otrā gala virsma, kas saskaras ar ūdeni. Lai atsaistītu oscilācijas sistēmu no antenas korpusa, starp iepakojumu un korpusu tiek uzliktas gumijas aproces. Antenas korpuss ir hermētiski noslēgts ar vāku, caur kuru ar dziedzeru palīdzību tiek izvadīti tinumu vadi.

Dažreiz hidroakustiskajos instrumentos tiek izmantoti cilindriski magnetostriktīvie devēji ar toroidālu tinumu. Cilindriskā devēja pakete ir salikta arī no plāniem atlaidinātiem gredzeniem ar caurumiem. Tinuma stieple iziet cauri caurumiem un iepakojuma iekšējam dobumam. Maiņstrāva tinumā rada magnētisko lauku, kura spēka līnijas atrodas riņķī, kura centrs atrodas uz gredzena asi. Rezultātā gredzenā parādās spēki, kas vērsti pa spēka līniju pieskarēm un izraisa gredzena radiālās svārstības. Lai novirzītu vibrācijas noteiktā virzienā, iepakojums ir uzstādīts reflektora centrā, kuram ir konusa forma ar atvēruma leņķi 45º.

Gredzena magnetostriktīvā devēja ierīce un tā uzstādīšanas metode ir parādīta attēlā. deviņi.

Rīsi. 9. Gredzena magnetostriktīvais devējs ar reflektoru

Magnetostriktīvo devēju specifikācijas

Magnetostriktīvie devēji to vienkāršības un uzticamības dēļ tiek plaši izmantoti hidroakustiskajās zivju meklēšanas iekārtās. Šiem devējiem ir augsta mehāniskā izturība un tie nerūsē jūras ūdenī. Pārveidotāju ražošanā ir viegli nodrošināt nepieciešamo tinumu izolāciju, jo to darbībai nav nepieciešams izmantot augstu spriegumu.

Magnetostriktīvo devēju trūkumi ir šādi:

a) neiespējamība izmantot augstas darbības frekvences: izstarotās frekvences augšējā robeža ir ierobežota līdz 60 kHz;

b) salīdzinoši zema efektivitāte (20% - 30%);

c) zema jutība uztveršanas režīmā;

d) dabiskās frekvences atkarība no temperatūras.

Pjezoelektrisko devēju darbības princips

Pjezoelektrisko devēju darbības pamatā ir tiešā un apgrieztā pjezoelektriskā efekta izmantošana.

tiešs pjezoelektrisks efekts būtībā sastāv no tā, ka mehānisku spēku iedarbībā uz noteiktu vielu kristāliem uz šo kristālu virsmām parādās elektriskie lādiņi, kuru lielums ir proporcionāls deformācijas pakāpei.

Ja kristāls tiek novietots starp diviem elektrodiem, kas savienoti ar maiņstrāvas avotu, tad tas tiks deformēts, kura lielums un zīme ir atkarīga no elektriskā lauka intensitātes un tā polaritātes. Parasti sauc par mehāniskās deformācijas parādīšanos elektriskā lauka iedarbībā reversais pjezoelektriskais efekts.

Pjezoelektriskais efekts piemīt daudzām vielām – gan dabā esošajām, gan mākslīgi iegūtajām. No dabīgiem materiāliem kvarca kristāliem ir visizteiktākā pjezoelektriskā iedarbība ( SiO 2).

Antenu ražošanai hidroakustiskām ierīcēm, bārija titanāts ( BaTio 3). Šis materiāls ir pjezokeramika, ko iegūst, apdedzinot titāna dioksīda un bārija karbonāta pulveru maisījumu 1400º temperatūrā.

Pēc tam paraugi tiek pulēti un uz tiem tiek uzklāti elektrodi, sadedzinot sudrabu keramikas darba virsmās. Pēc tam keramika tiek polarizēta.

Nepolarizētā keramikā atsevišķiem nejauši sakārtotiem kristāliem ir apgabali (domēni) ar dažādiem elektrisko momentu virzieniem. Spēcīga elektriskā lauka (ar stiprumu 15–20 kV/cm2) ietekmē atsevišķu kristalītu domēnu elektriskie momenti tiek pārorientēti un parādās parauga rezultējošā polarizācija. Šī polarizācija saglabājas pēc ārējā elektriskā lauka noņemšanas.

Papildus bārija titanātam, svina cirkonāta titanāts, kā arī Rošella sāls sintētiskie kristāli ( NaKC 4 H 4 O 6 4 H 2 O) un amonija dihidrogēnfosfātu ( NH 4 H 2 PO 4).

Dabiskā kvarca kristāla forma parādīta att. 10.Ass z–z ejot cauri kristāla virsotnēm, to pieņemts saukt optiskā ass.

z z

Rīsi. 10. Kvarca kristāls

Papildus optiskajai asij kristāliem ir elektriskās un mehāniskās asis.

Ja no kvarca kristāla izgriež oktaedrālu plāksni perpendikulāri tā optiskajai asij, tad ass x–x, perpendikulāri asij caur z–z un ejot cauri savstarpēji pretējām kristāla vertikālajām malām, ir ierasts saukt elektriskā ass. Ass y–y perpendikulāri asij z–z un divas pretējās kristāla sānu malas, ir ierasts saukt mehāniskā ass.Šādi iegūtajai astoņstūra plāksnei ir trīs elektriskās un trīs mehāniskās asis.

Ja tagad no iegūtās oktaedriskas plāksnes izgriež taisnstūrveida plāksni tā, lai tās virsmas būtu perpendikulāras trim norādītajām asīm, bet lielākā virsma ir perpendikulāra asij x–x, tad šādai plāksnei būs pjezoelektrisks efekts. Šo plāksni sauc par plāksni X-cut vai Curie cut.

Kad tiek pakļauts mehāniskam spēkam F x , uz virsmām, kas ir perpendikulāras asij x–x, rodas tiešs gareniskais pjezoelektriskais efekts (spiediena virziens sakrīt ar elektrisko asi). Šajā gadījumā starp šīm virsmām parādās spriegums:

kur l, b, h plāksnes garums, platums un biezums;

ε ir materiāla caurlaidība;

d x ir proporcionalitātes koeficients, ko parasti sauc

pjezoelektriskais modulis.

Ja tiek pielikts mehānisks spēks F y uz skaldnēm, kas ir perpendikulāras asij y–y, tad rodas tiešs šķērsvirziena pjezoelektriskais efekts (ārējā spēka virziens ir perpendikulārs asij x–x). Šajā gadījumā parādās pretējas polaritātes spriegums:

U = -;

Lai iegūtu apgriezto pjezoelektrisko efektu, tā pati plāksne X-šķēli ir ārkārtīgi svarīgi novietot elektriskajā laukā tā, lai ass x–x sakrita ar lauka līniju virzienu. Šajā gadījumā plāksne tiek deformēta gan ass virzienā x–x, un ass virzienā y–y. Reversā gareniskā pjezoelektriskā efekta ietekmē plāksnes biezums h palielināsies par:

Δ h = d x· U;

Tajā pašā laikā apgrieztā šķērsvirziena pjezoelektriskā efekta ietekmē plāksnes garums l samazināsies par:

Δ l = – d xU.

Jebkurā gadījumā mehānisko vibrāciju frekvence ir vienāda ar elektrisko vibrāciju frekvenci.

Pasaules okeāna virsmas laukums ir aptuveni 71% no Zemes virsmas. Lielākā daļa no tā vēl nav pētīta.

Nepieciešamība izpētīt pasaules okeānus, ņemot vērā arvien pieaugošās cilvēku vajadzības pēc lētas degvielas un vajadzību kontrolēt civilo navigāciju, izraisīja hidroakustisko sensoru sistēmu parādīšanos, kas spēj izpētīt ogļūdeņražus jūras šelfā un identificēt un noteikt civilos kuģus ūdenī. apgabali.

Mūsdienās šādām sistēmām tiek izvirzītas augstas prasības, lai nodrošinātu optimālus parametrus, un optisko viļņvadu kā raidošo un jutīgo elementu izmantošana var ievērojami palielināt šādu sistēmu efektivitāti un samazināt izmaksas, kas saistītas ar okeānu izpēti un ūdens apgabalu novērošanu.

Galvenie faktori tradicionālo hidroakustisko sensoru aizstāšanai ar pjezoelektriskajiem devējiem ir zemākas izmaksas, augsta uzticamība, mazāki svara un izmēra parametri, izkliedētā sensora izgatavošanas vienkāršība un augsta jutība zemas frekvences reģionā, kā arī elektromagnētisko traucējumu trūkums jutīgajā šķiedras daļā. .

Izlūkošana tiek veikta, izmantojot aktīvo hidrolokatoru. Kuģa avots izstaro platjoslas akustisko starojumu. Jūras gultnes zonas ar dažādu blīvumu, piemēram, naftas un gāzes lauks un normāla augsne, atspoguļos akustisko starojumu ar dažādiem spektrālajiem komponentiem. Ārējā optiskās šķiedras antena reģistrē šos signālus. Borta iekārta apstrādā no antenas saņemtos datus un, pamatojoties uz noderīgā signāla laika aizkavi, dod virzienu vēlamajam objektam.

Akustiski optiskā kabeļa, kura jutīgais elements ir optiskā šķiedra, darbības princips ir balstīts uz šķiedras refrakcijas indeksa un līdz ar to arī optiskā starojuma fāzes maiņas efektu akustiskā lauka ietekmē. Aprēķinot fāzes maiņu, var iegūt informāciju par akustisko ietekmi.

Ir daudz optisko shēmu un jutīgu elementu dizaina, taču tie visi ļauj multipleksēt lielu skaitu sensoru uz vienas šķiedras, vairāku šķiedru ievietošana akustiski-optiskajā kabelī var palielināt sensoru skaitu antenā, nedaudz palielinot biezumu. no akustiski optiskā kabeļa. Šo metodi liela skaita sensoru multipleksēšanai šobrīd var nodrošināt tikai, izmantojot optiskās šķiedras.

Darbs pie šī projekta tēmas tika uzsākts 2011.gadā kopā ar Centrālo pētniecības institūtu "Koncerns Elektropribor" 2011.-2013.gadā tika veikti sagatavošanas darbi, izstrādātas akustiski-optisko kabeļu izveides pamatkoncepcijas, dažādas signālu apstrādes metodes. pārbaudīts.2014.-2016.gadā un ieviesti vairāki pasīvo akustiski-optisko kabeļu un elektronisko signālu apstrādes bloku izkārtojumi.

Lai noteiktu dinamisko diapazonu, jutību, trokšņa līmeni un citus parametrus, katrai antenai tika veikta virkne testu. Pārbaudes ietvēra antenas izpēti bezatbalsīgā kamerā (akustiski-optiskais kabelis atrodas uz trijkājiem ap akustiskā lauka avotu) un atklātā ūdenī (akusto-optiskais kabelis ir uztīts uz skaņai caurspīdīga testa groza, kura centrā novietots sfērisks akustiskā lauka avots). Zemāk ir fotogrāfijas no testiem.

Paplašināto hidroakustisko optisko šķiedru antenu izveide un izpēte ir jauna zinātnes nozare Krievijā, kas paver lielas perspektīvas hidroakustisko mērījumu jomā.