ANTENA HIDRO-ACUSTICA- un dispozitiv care asigură recepție selectivă spațial sau sunet în mediul acvatic. De obicei G. şi. este format din traductoare electroacustice(elemente de antenă), acustice ecrane, structura suport acustica. schimbătoare, amortizoare și linii electrice de comunicație. Conform metodei de formare a selectivității spațiale a G. a. poate fi împărțit în interferență, focalizare, claxon și parametri.
Selectivitatea spațială. G. a. din cauza interferenţelor acustice. creat la un anumit punct în decompunerea spațiului. secțiuni ale suprafeței oscilante a antenei (modul de radiație) sau interferențe electrice. la iesiri convertoare de antenă atunci când o undă sonoră cade pe ea (mod recepție). Interferență G. a. subdivizată în fluctuații continue, normale ale componentelor. viteza suprafeței active to-rykh variază continuu de la un punct la altul (de exemplu, antene care radiază printr-o placă metalică comună) și discretă, pe suprafața activă a cărei discontinuități în funcția care descrie distribuția componentei normale a se pot observa oscilaţii. viteză. Deseori se numesc antene discrete. rețele de antene
Selectivitatea spaţială a focalizării G. şi. (cm. Focalizarea sunetului) se formează cu ajutorul limitelor sau mediilor reflectorizante sau refractante, producând focalizarea energiei sonore, însoțită de transformarea frontului de undă (de exemplu, de la sferic la plat).
Suprafețele reflectorizante sunt folosite și în antenele cu corn, cu toate acestea, frontul de undă nu se transformă și rolul limitelor reflectorizante se reduce la limitarea părții din spațiu în care este emis sunetul.
Suprafețele active parametrice. antenele oscilează la două frecvențe apropiate; selectivitatea spațială se formează ca urmare a diferenței de frecvență care decurge din interacțiunea neliniară a undelor radiate primare (așa-numitele unde de pompă).
Principal parametrii care determina selectivitatea spatiala a lui G. a., - caracteristica si coeficientul de directivitate. concentrare (vezi Orientare emițători și receptoare acustice). capacitatea lui G. şi. conversia energiei (de obicei din electrică în acustică atunci când este emisă și acustică în electrică când este primită) se caracterizează prin sensibilitate, putere radiată și sp. putere radiata.
Antenele nu numai că asigură formarea selectivității spațiale, dar vă permit și să o controlați. În cazul celor mai multe un tip comun de GA - rețele - un astfel de control se efectuează prin introducerea unei distribuții amplitudine-fază, adică prin crearea unei distribuții date a amplitudinilor și fazelor de oscilații. vitezele suprafețelor active ale traductoarelor în modul de radiație. În modul recepție, introducerea distribuției amplitudine-fază este asigurată de selecția coeficienților complecși. transmiterea dispozitivelor incluse în fiecare canal de antenă între receptor și sumator. Prin introducerea unei distribuții de fază este posibilă însumarea presiunilor sonore dezvoltate de dep. convertoarele lui G. şi. în orice direcție spațială dată și astfel controlați direcția de max. radiații (și în modul de recepție - direcția de sensibilitate maximă). Se numesc antene, în canalele cărora se introduce distribuția de fază specificată. compensate.
Gestionarea postului de Ch. directivitate maximă în spațiu poate fi realizată nu numai prin schimbarea distribuției fazelor, ci și prin mecanică. întoarce G. a. sau prin modificarea poziției secțiunii de lucru compensate a unei suprafețe curbe (de exemplu, circulară, cilindrice G. a.). Distribuția de amplitudine vă permite să schimbați forma caracteristicii de directivitate, obținând relația dorită între dec. elemente ale caracteristicii direcționale, în special între lățimea principalului său. maximă și nivelul suplimentar.
Adesea, termenul „antenă” este folosit într-un sens mai larg, acoperind atât antena în sine, cât și metoda de procesare a semnalelor din părțile sale. elemente. În această înțelegere, G. a. subdivizat în aditiv, multiplicativ, auto-focalizat, adaptativ etc. Aditiv numit. antenele, semnalele de la elementele to-rykh sunt supuse unor operații liniare (amplificare, filtrare, timp sau schimbare de fază) și apoi adăugate la sumator. În multiplicativ G. a. semnale în canale receptoarele sunt supuse nu numai operațiilor liniare, ci și neliniare (înmulțire, exponențiere etc.), care, cu interferențe mici, mărește precizia determinării poziției sursei. Auto-concentrare numit. antene, calea de recepție către-rykh produce automat. introducerea de distribuții care asigură adăugarea în fază a semnalelor la sumatorul de antenă atunci când sursa de sunet este situată într-un punct arbitrar din spațiu. Calea de recepție sau de emisie a antenelor adaptive produce automat. introducerea distribuțiilor amplitudine-fază care să asigure maximizarea unui parametru prestabilit (imunitate la zgomot, rezoluție, precizie de găsire a direcției etc.).
Nivelul de zgomot care însoțește semnalul util, eficiența antenei, adâncimea maximă care poate fi măsurată practic în condițiile de navigație existente și, uneori, însăși posibilitatea de a efectua măsurători depind de alegerea locației antenelor sondei.
Principalele surse de interferență hidroacustică care afectează antenele sunt mașinile și mecanismele navei, elicele, stratul limită turbulent, precum și alte sisteme hidroacustice care funcționează simultan pe navă. Fiecare dintre sursele de interferență creează zgomot de un anumit spectru, care pătrunde în antenă, propagăndu-se direct de-a lungul carenei navei, în apă de-a lungul carenei navei, reflectându-se din împrăștierea obiectelor în mediul marin sau de pe fund. Bulele de aer împrăștiate în stratul de apă din jurul antenei au un efect special asupra funcționării antenelor. S-a observat în mod repetat în practică că atunci când nava se deplasa în balast, când a avut loc o formare intensă de bule în zona sa apropiată de fund, ecosonda a încetat să măsoare chiar și adâncimi relativ mici. Odată cu scăderea vitezei de mișcare a navei sau oprirea acestuia, funcționarea sondei ecografice a fost restabilită. Acest fenomen poate fi explicat prin faptul că bulele de aer, pe de o parte, disipează și absorb intens energie, pe de altă parte, modifică proprietățile fizice ale mediului în contact direct cu antenele, reducându-i rigiditatea echivalentă, ceea ce, la rândul său, afectează reglarea sistemului de antenă - mediu, reducând eficiența conversiei unui semnal electric în unul mecanic și invers.
Pentru a reduce influența factorilor perturbatori asupra funcționării sondei, antenele trebuie instalate în locuri care îndeplinesc următoarele cerințe:
schimbarea presiunii hidrodinamice la locul de instalare a antenei cu modificarea vitezei navei să fie minimă;
locul de instalare a antenei să fie amplasat cât mai departe de sala mașinilor, elice, propulsoare, precum și de încăperi în care se află mașini și mecanisme foarte zgomotoase;
în zona în care sunt amplasate antenele (la o distanță de până la 3-5 m) nu trebuie să existe dispozitive de captare și drenare a apei, deoarece aceasta poate provoca o creștere accentuată a golurilor sau o dispariție completă a citirilor sondei, în special cele care funcționează la frecvență joasă;
în imediata vecinătate a antenei, în special în direcția spre prova navei, să nu existe structuri de navă proeminente și dispozitive de tragere care ar putea interfera cu funcționarea sondei;
pe calea de emisie și recepție a semnalului, la 60° față de verticală, nu trebuie să existe părți care să poată crea o reflectare a vibrațiilor acustice;
locul de instalare a antenei să fie cât mai departe posibil de alte sisteme hidroacustice disponibile pe navă;
Se recomandă asigurarea unui acces convenabil la antenă pentru inspecția, întreținerea și înlocuirea acesteia.
După stabilirea posibilelor locații de instalare a antenelor de ecosound, ținând cont de cerințele de mai sus, este necesar, pe baza unei evaluări preliminare a nivelului de zgomot la locația prevăzută a antenelor, să se selecteze un loc cu cel mai scăzut nivel de acustic. zgomot.
Atunci când alegeți locația antenei sondei, este necesar să țineți cont de direcția de rotație a elicei navei. Deci, atunci când se folosește o elice din dreapta, fluxul de apă perturbat de aceasta lovește partea stângă a contururilor pupei navei. Ca urmare, apare vibrația placajului, răspândindu-se în principal în partea stângă a fundului vasului. Această vibrație a carenei navei provoacă zgomot acustic suplimentar. În acest sens, cu o elice cu pas pe dreapta, se recomandă instalarea antenei sondei pe partea tribord, iar cu o elice cu pas pe stânga - pe babord.
Rezultatele măsurătorilor nivelurilor de zgomot în diferite puncte de pe carenă indică faptul că cel mai scăzut nivel de zgomot, de regulă, este observat în prova navei. Prin urmare, se recomandă instalarea antenei ecosounder cât mai aproape posibil de prova vasului (în zona de presiune pozitivă), ținând cont de inadmisibilitatea expunerii sale în timpul rulării. Se recomandă instalarea antenei cât mai aproape de linia centrală a vasului.
Puteți reduce efectul interferențelor instalând ecrane speciale.
Instalarea altor dispozitive ale setului de ecosonda se realizează în conformitate cu cerințele documentației tehnice pentru produs și ținând cont de confortul lucrului cu dispozitivul.
si specificatiile acestora
Scopul antenelor hidroacustice
Antene hidroacustice concepute pentru a emite sau recepționa semnale hidroacustice folosind traductoare hidroacusticeși pentru a asigura selectivitatea spațială.
Traductoare hidroacustice
Traductor hidroacustic este un dispozitiv tehnic care transformă vibrațiile electrice în vibrații mecanice sau, dimpotrivă, vibrațiile mecanice în vibrații electrice.
Există două clase principale de traductoare hidroacustice:
a) magnetostrictiv;
b) piezoelectric.
Principiul de funcționare al traductoarelor magnetostrictive
Traductoarele magnetostrictive folosesc fenomenul de magnetostricție. Fenomen magnetostricție constă în faptul că la unele materiale feromagnetice, sub influența unui câmp magnetic, are loc o deformare, caracterizată printr-o modificare a lungimii probei atunci când aceasta este situată de-a lungul liniilor câmpului magnetic. Acest efect se numește efect magnetostrictiv direct.
Dacă lungimea tijei crește odată cu creșterea intensității câmpului magnetic, atunci magnetostricția se numește pozitivă, iar dacă lungimea tijei scade, atunci magnetostricția se numește negativă.
Un grafic al dependenței alungirii relative a diferitelor materiale feromagnetice de intensitatea câmpului magnetic este prezentat în fig. 5.
Permalloy
Cobalt
– Nichel
Orez. 5. Graficul dependenței deformării relative de intensitatea câmpului
Natura și gradul de deformare depind de materialul probei, de metoda de prelucrare a acesteia, de cantitatea de premagnetizare și de temperatură. Din materialele prezentate în fig. 5, permalloy are o magnetostricție pozitivă, nichelul are una negativă, iar cobaltul are un semn de magnetostricție variabil, în funcție de intensitatea câmpului magnetic.
Deformarea oricărei probe este limitată de o limită numită saturație magnetostrictivă. Cantitatea de tensiune de saturație și intensitatea câmpului magnetic la care are loc saturația depind de material. De exemplu, saturația magnetostrictivă a nichelului este mult mai mare decât cea a cobaltului, iar saturația cu nichel are loc la o intensitate de câmp mai mică decât saturația cu cobalt.
Tratamentul termic are o mare influență asupra proprietăților materialelor magnetostrictive. Recoacerea oricărui material duce la o creștere a mărimii magnetostricției.
Pe măsură ce temperatura crește, efectul magnetostrictiv slăbește până când dispare complet.
Din punct de vedere cinetic molecular, fenomenul de magnetostricție se explică astfel:
Axele cristalografice ale cristalelor mici omogene ale unui material feromagnetic au o orientare aleatorie în spațiu. Cu toate acestea, cristalele individuale sunt combinate în așa-numitele domenii. Momentele magnetice ale fiecărui domeniu au o anumită orientare. De exemplu, în nichel, momentele magnetice ale domeniilor sunt orientate în opt direcții - de-a lungul celor patru diagonale ale cubului. Aceste direcții sunt numite directii de magnetizare cea mai usoara. Dacă proba nu este magnetizată, atunci momentele magnetice ale domeniilor sunt orientate aleatoriu, iar momentul magnetic total este zero.
Sub influența unui câmp magnetic extern, domeniile magnetice sunt reorientate. Ele sunt orientate în acele direcții care coincid cu direcția câmpului exterior. În acest caz, are loc deformarea rețelei cristaline, ceea ce duce la o modificare a dimensiunilor probei.
Alături de efectul magnetostrictiv direct, există și efect magnetostrictiv invers, a cărei esență este modificarea stării magnetice a probei sub influența solicitărilor mecanice. Sub acțiune mecanică asupra unui material feromagnetic, rețeaua cristalină se deformează, în urma căreia se modifică orientarea momentelor magnetice ale domeniilor față de câmpul magnetic extern.
Magnetostricția este un efect uniform. Aceasta înseamnă că atunci când polaritatea câmpului magnetic se modifică, semnul deformării nu se modifică. Astfel, dacă prin solenoid este trecut un curent electric alternativ, în interiorul căruia se află tija, atunci tija va efectua oscilații periodice cu o frecvență egală cu dublul frecvenței câmpului electromagnetic excitant. Acest efect poate fi eliminat prin aplicarea magnetizării preliminare a traductorului. La traductoarele de instrumente hidroacustice de căutare magnetizarea se realizează prin instalarea de magneți permanenți sau prin introducerea unei surse speciale de curent continuu.
Caracteristica funcționării unui traductor magnetostrictiv fără polarizare este prezentată în fig. 6, iar cu părtinire - în fig. 7.
-H+H
Orez. 6. Descrierea postului
traductor magnetostrictiv fără polarizare
Orez. 7. Descrierea postului
traductor magnetostrictiv cu polarizare
Pentru a crește eficiența convertoarelor, frecvența excitației externe trebuie să fie egală cu frecvența propriilor oscilații. Frecvența oscilațiilor elastice naturale ale tijei depinde de lungimea acesteia și de materialul din care este fabricată.
Frecvența naturală a tijei este determinată de formula:
Unde n- număr armonic (de obicei n= 1);
l - lungimea tijei, cm;
E- modulul de elasticitate al materialului, n/m 2 ;
ρ este densitatea, kg/m 3 .
Proiectări de traductoare magnetostrictive
Orice traductor magnetostrictiv este un miez format dintr-un material magnetostrictiv, pe care se află o înfășurare a unui fir de cupru flexibil cu izolație impermeabilă. Miezul este recrutat din plăci subțiri ștanțate. După ștanțare, plăcile sunt recoapte. Stratul de oxid format pe suprafața plăcilor în timpul recoacerii este un bun izolator. Izolația dintre plăci previne apariția curenților turbionari în miez, reducând astfel pierderea de energie pentru încălzirea miezului.
În instrumentele de căutare, traductoarele magnetostrictive cu tijă sunt cele mai utilizate pe scară largă. Plăcile din care sunt asamblate traductoarele cu tije au formă dreptunghiulară cu fante. Plăcile sunt asamblate într-un pachet, care este un circuit magnetic închis, pe ale cărui tije este așezată înfășurarea. Pentru a instala magneți permanenți, cu ajutorul cărora se realizează magnetizarea constantă a convertorului, în miez sunt prevăzute caneluri longitudinale. Designul traductorului magnetostrictiv cu tijă este prezentat în fig. opt.
si specificatiile acestora
Scopul antenelor hidroacustice
Antene hidroacustice concepute pentru a emite sau recepționa semnale hidroacustice folosind traductoare hidroacusticeși pentru a asigura selectivitatea spațială.
Traductoare hidroacustice
Traductor hidroacustic este un dispozitiv tehnic, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ convertește vibrațiile electrice în cele mecanice, sau, invers, vibrațiile mecanice în cele electrice.
Există două clase de bază de traductoare hidroacustice:
a) magnetostrictiv;
b) piezoelectric.
Principiul de funcționare al traductoarelor magnetostrictive
Traductoarele magnetostrictive folosesc fenomenul de magnetostricție. Fenomen magnetostricție constă în esenţă în faptul că la unele materiale feromagnetice sub influenţa unui câmp magnetic are loc o deformare, caracterizată printr-o modificare a lungimii probei când aceasta este situată de-a lungul liniilor câmpului magnetic. Acest efect se numește efect magnetostrictiv direct.
Dacă lungimea tijei crește odată cu creșterea intensității câmpului magnetic, atunci magnetostricția se numește pozitivă, iar dacă lungimea tijei scade, atunci magnetostricția se numește negativă.
Un grafic al dependenței alungirii relative a diferitelor materiale feromagnetice de intensitatea câmpului magnetic este prezentat în fig. 5.
Permalloy
Cobalt
– Nichel
Orez. 5. Graficul dependenței deformării relative de intensitatea câmpului
Natura și gradul de deformare depind de materialul probei, de metoda de prelucrare a acesteia, de cantitatea de premagnetizare și de temperatură. Din materialele prezentate în fig. 5, permalloy are o magnetostricție pozitivă, nichelul are una negativă, iar cobaltul are un semn de magnetostricție variabil, în funcție de intensitatea câmpului magnetic.
Deformarea oricărei probe este limitată de o limită, numită în mod obișnuit saturație magnetostrictivă. Cantitatea de tensiune de saturație și intensitatea câmpului magnetic la care are loc saturația depind de material. De exemplu, saturația magnetostrictivă a nichelului este mult mai mare decât cea a cobaltului, iar saturația cu nichel are loc la o intensitate de câmp mai mică decât saturația cu cobalt.
Tratamentul termic are o mare influență asupra proprietăților materialelor magnetostrictive. Recoacerea oricărui material duce la o creștere a mărimii magnetostricției.
Pe măsură ce temperatura crește, efectul magnetostrictiv slăbește până când dispare complet.
Din punct de vedere cinetic molecular, fenomenul de magnetostricție se explică astfel:
Axele cristalografice ale cristalelor mici omogene ale unui material feromagnetic au o orientare aleatorie în spațiu. În acest caz, cristalele individuale sunt combinate în așa-numitele domenii. Momentele magnetice ale fiecărui domeniu au o anumită orientare. De exemplu, în nichel, momentele magnetice ale domeniilor sunt orientate în opt direcții - de-a lungul celor patru diagonale ale cubului. Aceste direcții sunt numite directii de magnetizare cea mai usoara. Dacă proba nu este magnetizată, atunci momentele magnetice ale domeniilor sunt orientate aleatoriu, iar momentul magnetic total este zero.
Sub influența unui câmp magnetic extern, domeniile magnetice sunt reorientate. Οʜᴎ sunt orientate în acele direcții care coincid cu direcția câmpului exterior. În acest caz, are loc deformarea rețelei cristaline, ceea ce duce la o modificare a dimensiunilor probei.
Alături de efectul magnetostrictiv direct, există și efect magnetostrictiv invers, a cărei esență este modificarea stării magnetice a probei sub influența solicitărilor mecanice. Sub acțiune mecanică asupra unui material feromagnetic, rețeaua cristalină se deformează, din cauza căreia se modifică orientarea momentelor magnetice ale domeniilor față de câmpul magnetic extern.
Magnetostricția este un efect uniform. Aceasta înseamnă că atunci când polaritatea câmpului magnetic se modifică, semnul deformării nu se modifică. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, dacă un curent electric alternativ este trecut prin solenoidul în interiorul căruia se află tija, atunci tija va efectua oscilații periodice cu o frecvență egală cu dublul frecvenței câmpului electromagnetic excitant. Acest efect poate fi eliminat dacă se aplică premagnetizarea traductorului. La traductoarele de instrumente hidroacustice de căutare magnetizarea se realizează prin instalarea de magneți permanenți sau prin introducerea unei surse speciale de curent continuu.
Caracteristica funcționării unui traductor magnetostrictiv fără polarizare este prezentată în fig. 6, iar cu părtinire - în fig. 7.
-H+H
Orez. 6. Descrierea postului
traductor magnetostrictiv fără polarizare
Orez. 7. Descrierea postului
traductor magnetostrictiv cu polarizare
Pentru a crește eficiența convertoarelor, frecvența excitației externe trebuie să fie egală cu frecvența oscilațiilor sale naturale. Frecvența oscilațiilor elastice naturale ale tijei depinde de lungimea acesteia și de materialul din care este fabricată.
Frecvența naturală a tijei este determinată de formula:
Unde n- număr armonic (de obicei n= 1);
l - lungimea tijei, cm;
E- modulul de elasticitate al materialului, n/m 2 ;
ρ este densitatea, kg/m 3 .
Proiectări de traductoare magnetostrictive
Orice traductor magnetostrictiv este un miez format dintr-un material magnetostrictiv, pe care se află o înfășurare a unui fir de cupru flexibil cu izolație impermeabilă. Miezul este recrutat din plăci subțiri ștanțate. După ștanțare, plăcile sunt recoapte. Stratul de oxid format pe suprafața plăcilor în timpul recoacerii este un bun izolator. Izolația dintre plăci previne apariția curenților turbionari în miez, reducând astfel pierderea de energie pentru încălzirea miezului.
În instrumentele de căutare, traductoarele magnetostrictive cu tijă sunt cele mai utilizate pe scară largă. Plăcile din care sunt asamblate traductoarele cu tije au formă dreptunghiulară cu fante. Plăcile sunt asamblate într-un pachet, care este un circuit magnetic închis, pe ale cărui tije este așezată înfășurarea. Pentru a instala magneți permanenți, cu ajutorul cărora se realizează magnetizarea constantă a convertorului, în miez sunt prevăzute caneluri longitudinale. Designul traductorului magnetostrictiv cu tijă este prezentat în fig. opt.
 |
Orez. 8. Traductor magnetostrictiv cu tijă
Radiația și recepția vibrațiilor acustice se realizează de către suprafețele de capăt ale pachetului. Un ecran de cauciuc poros este de obicei lipit pe una dintre suprafețele de capăt. În acest caz, emisia și recepția vibrațiilor acustice este realizată de a doua suprafață de capăt în contact cu apa. Pentru a decupla sistemul oscilator de carcasa antenei, între pachet și carcasă sunt așezate manșete de cauciuc. Carcasa antenei este etanșată ermetic cu un capac, prin care firele de înfășurare sunt conduse afară cu ajutorul glandelor.
Uneori, traductoarele magnetostrictive cilindrice cu înfășurare toroidală sunt utilizate în instrumentele hidroacustice. Pachetul traductorului cilindric este, de asemenea, asamblat din inele subțiri recoapte cu găuri. Sârma de înfășurare trece prin găurile și cavitatea interioară a pachetului. Un curent alternativ în înfășurare creează un câmp magnetic, ale cărui linii de forță sunt situate într-un cerc centrat pe axa inelului. Ca urmare, în inel apar forțe, îndreptate de-a lungul tangentelor la liniile de forță și provocând oscilații radiale ale inelului. Pentru a direcționa vibrațiile într-o direcție dată, pachetul este instalat în centrul reflectorului, care are forma unui con cu un unghi de deschidere de 45º.
Dispozitivul traductorului magnetostrictiv inel și metoda de instalare a acestuia sunt prezentate în fig. nouă.
 |
Orez. 9. Traductor magnetostrictiv inel cu reflector
Specificații pentru traductoare magnetostrictive
Traductoarele magnetostrictive sunt utilizate pe scară largă în echipamentele hidroacustice de găsire a peștilor datorită simplității și fiabilității lor. Aceste traductoare au o rezistență mecanică ridicată și nu se corodează în apa de mare. La fabricarea convertoarelor, izolarea necesară a înfășurărilor este ușor de asigurat, deoarece funcționarea lor nu necesită utilizarea de tensiuni înalte.
Dezavantajele traductoarelor magnetostrictive includ următoarele:
a) imposibilitatea utilizării frecvenţelor de operare înalte: limita superioară a frecvenţelor radiate este limitată la 60 kHz;
b) randament relativ scăzut (20% - 30%);
c) sensibilitate scăzută în modul de recepție;
d) dependenţa frecvenţei naturale de temperatură.
Principiul de funcționare al traductoarelor piezoelectrice
Funcționarea traductoarelor piezoelectrice se bazează pe utilizarea efectului piezoelectric direct și invers.
efect piezoelectric direct constă în esenţă în faptul că sub acţiunea forţelor mecanice aplicate cristalelor anumitor substanţe apar sarcini electrice pe suprafeţele acestor cristale, a căror mărime este proporţională cu gradul de deformare.
Dacă cristalul este plasat între doi electrozi conectați la o sursă de tensiune alternativă, atunci va suferi o deformare, a cărei mărime și semn depind de intensitatea câmpului electric și de polaritatea acestuia. Apariția deformării mecanice sub acțiunea unui câmp electric se numește în mod obișnuit efect piezoelectric invers.
Efectul piezoelectric este deținut de multe substanțe, atât cele existente în natură, cât și cele obținute artificial. Dintre materialele naturale, cristalele de cuarț au cel mai pronunțat efect piezoelectric ( SiO 2).
Pentru fabricarea de antene pentru dispozitive hidroacustice, titanat de bariu ( BaTio 3). Acest material este o piezoceramică obținută prin arderea unui amestec de pulberi de dioxid de titan și carbonat de bariu la o temperatură de 1400º.
Apoi probele sunt lustruite și electrozi sunt aplicați lor prin arderea argintului în marginile de lucru ale ceramicii. Ceramica este apoi polarizată.
În ceramica nepolarizată, cristalele individuale dispuse aleator au regiuni (domenii) cu direcții diferite ale momentelor electrice. Sub influența unui câmp electric puternic (cu o putere de 15–20 kV/cm2), momentele electrice ale domeniilor cristalite individuale sunt reorientate și apare polarizarea rezultată a probei. Această polarizare persistă după îndepărtarea câmpului electric extern.
Pe lângă titanat de bariu, zirconat-titanat de plumb, precum și cristale sintetice de sare Rochelle ( NaKC 4 H 4 O 6 4 H 2 O) și fosfat dihidrogen de amoniu ( NH 4 H 2 PO 4).
Forma unui cristal de cuarț natural este prezentată în fig. 10. Axa Z Z trecând prin vârfurile cristalului, se obișnuiește să-l numească axa optică.
Z Z
Orez. 10. Cristal de cuarț
Pe lângă axa optică, cristalele au axe electrice si mecanice.
Dacă o placă octaedrică este tăiată dintr-un cristal de cuarț perpendicular pe axa sa optică, atunci axa x–x, perpendicular pe axa prin Z Zși trecând prin marginile verticale reciproc opuse ale cristalului, se obișnuiește să se apeleze axa electrica. Axă y–y perpendicular pe ax Z Zși două fețe laterale opuse ale cristalului, se obișnuiește să se numească axul mecanic. Placa octogonală astfel obținută are trei axe electrice și trei mecanice.
Dacă acum o placă dreptunghiulară este tăiată din placa octaedrică obținută în așa fel încât fețele sale să fie perpendiculare pe cele trei axe indicate, iar cea mai mare față să fie perpendiculară pe axă x–x, atunci o astfel de placă va avea un efect piezoelectric. Această farfurie se numește farfurie X-cut sau Curie cut.
Când este supus unei forțe mecanice F x , pe fețele perpendiculare pe axă x–x, apare un efect piezoelectric longitudinal direct (direcția presiunii coincide cu axa electrică). În acest caz, apare o tensiune între aceste fețe:
Unde l, b, h lungimea, lățimea și grosimea plăcii;
ε este permisivitatea materialului;
d x este coeficientul de proporționalitate, care se numește în mod obișnuit
modul piezoelectric.
Dacă se aplică o forță mecanică F y la fețele perpendiculare pe axă y–y, atunci apare un efect piezoelectric transversal direct (direcția forței externe este perpendiculară pe axa x–x). În acest caz, apare o tensiune de polaritate opusă:
U = -;
Pentru a obține efectul piezoelectric invers, aceeași placă X-slice este extrem de important de plasat intr-un camp electric astfel incat axa x– x a coincis cu direcţia liniilor câmpului. În acest caz, placa este deformată atât pe direcția axei x– x, și în direcția axei y–y. Sub influența efectului piezoelectric longitudinal invers, grosimea plăcii h va crește cu:
Δ h = d x· U;
În același timp, sub influența efectului piezoelectric transversal invers, lungimea plăcii l va scadea cu:
Δ l = – d xU.
În orice caz, frecvența vibrațiilor mecanice este egală cu frecvența vibrațiilor electrice.
Suprafața oceanelor lumii este de aproximativ 71% din suprafața Pământului. Cea mai mare parte nu a fost încă studiată.
Necesitatea de a explora oceanele lumii în fața nevoilor umane din ce în ce mai mari de combustibil ieftin și nevoia de a controla navigația civilă a dus la apariția unor sisteme de senzori hidroacustici capabili să exploreze hidrocarburile de pe platforma mării și să identifice și să localizeze nave civile în apă. zone.
Astăzi, unor astfel de sisteme se impun cerințe ridicate pentru a oferi parametri optimi, iar utilizarea ghidurilor de undă optice ca elemente de transmisie și sensibile poate crește semnificativ eficiența unor astfel de sisteme și poate reduce costurile studierii oceanelor și monitorizării zonelor de apă.
Principalii factori pentru înlocuirea senzorilor hidroacustici tradiționali cu traductoare piezoelectrice sunt costul mai mic, fiabilitatea ridicată, parametrii de greutate și dimensiune mai mici, ușurința de fabricare a unui senzor distribuit și sensibilitatea ridicată în regiunea de joasă frecvență și absența interferențelor electromagnetice pe partea sensibilă a fibrei. .
Recunoașterea se realizează cu ajutorul sonarului activ. Sursa navei emite radiații acustice de bandă largă. Zonele fundului mării cu densități diferite, cum ar fi un câmp de petrol și gaze și solul normal, vor reflecta radiația acustică cu diferite componente spectrale. O antenă externă cu fibră optică înregistrează aceste semnale. Echipamentul de bord prelucrează datele primite de la antenă și, pe baza întârzierii semnalului util, dă direcția obiectului dorit.
Principiul de funcționare al unui cablu acusto-optic, al cărui element sensibil este o fibră optică, se bazează pe efectul modificării indicelui de refracție al fibrei și, prin urmare, a fazei radiației optice sub acțiunea unui câmp acustic. Prin calcularea schimbării de fază se pot obține informații despre impactul acustic.
Există multe circuite optice și modele de elemente sensibile, dar toate permit multiplexarea unui număr mare de senzori pe o singură fibră, plasarea mai multor fibre într-un cablu acusto-optic poate crește numărul de senzori din antenă prin creșterea ușoară a grosimii a cablului acusto-optic. Această metodă de multiplexare a unui număr mare de senzori în acest moment poate fi asigurată doar prin utilizarea fibrelor optice.
Lucrările pe tema acestui proiect au început în anul 2011 împreună cu Institutul Central de Cercetare „Electropribor Concern”.În perioada 2011-2013 au fost efectuate lucrări pregătitoare, au fost elaborate conceptele de bază pentru realizarea cablurilor acusto-optice, s-au realizat diverse metode de procesare a semnalului. testat. În 2014-2016, și a implementat mai multe configurații de cabluri acusto-optice pasive și unități de procesare a semnalului electronic.
Pentru a determina intervalul dinamic, sensibilitatea, nivelul de zgomot și alți parametri, au fost efectuate o serie de teste pe fiecare antenă. Testele au inclus studii ale antenei într-o cameră anechoică (cablul acusto-optic este amplasat pe trepiede în jurul sursei câmpului acustic) și în apă deschisă (cablul acusto-optic este înfășurat pe un coș de testare transparent fonic, în al cărui centru este plasată o sursă sferică a câmpului acustic). Mai jos sunt fotografii de la teste.
Crearea și studiul antenelor hidroacustice extinse din fibră optică este o ramură tânără a științei în Rusia, care deschide perspective mari în domeniul măsurătorilor hidroacustice.
