Ο όγκος των πληροφοριών από την υδροακουστική κεραία. Κατασκευή απλής υδροακουστικής κεραίας από σκουπίδια

και τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους

Σκοπός υδροακουστικών κεραιών

Υδροακουστικές κεραίεςσχεδιασμένο να εκπέμπει ή να λαμβάνει υδροακουστικά σήματα χρησιμοποιώντας υδροακουστικοί μετατροπείςκαι να εξασφαλίσει χωρική επιλεκτικότητα.

Υδροακουστικοί μετατροπείς

Υδροακουστικός μετατροπέαςείναι μια τεχνική συσκευή που μετατρέπει τους ηλεκτρικούς κραδασμούς σε μηχανικούς ή, αντίθετα, τους μηχανικούς κραδασμούς σε ηλεκτρικούς.

Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες υδροακουστικών μετατροπέων:

α) μαγνητοσυσταλτικό·

β) πιεζοηλεκτρική.

Αρχή λειτουργίας μαγνητοσυσταλτικών μετατροπέων

Οι μαγνητοσυσταλτικοί μετατροπείς χρησιμοποιούν το φαινόμενο της μαγνητοσυστολής. Φαινόμενο μαγνητοσυστολήείναι ότι σε ορισμένα σιδηρομαγνητικά υλικά υπό την επίδραση μαγνητικό πεδίοεμφανίζεται παραμόρφωση, που χαρακτηρίζεται από μια αλλαγή στο μήκος του δείγματος όταν είναι τοποθετημένο κατά μήκος των μαγνητικών γραμμών δύναμης. Αυτό το αποτέλεσμα ονομάζεται άμεσο μαγνητοσυσταλτικό αποτέλεσμα.

Εάν, με την αύξηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου, το μήκος της ράβδου αυξάνεται, τότε η μαγνητοσυστολή ονομάζεται θετική και εάν το μήκος της ράβδου μειωθεί, τότε η μαγνητοσυστολή ονομάζεται αρνητική.

Ένα γράφημα της εξάρτησης της σχετικής επιμήκυνσης διαφόρων σιδηρομαγνητικών υλικών από την ένταση του μαγνητικού πεδίου φαίνεται στο Σχ. 5.

Permalloy

Κοβάλτιο

– Νικέλιο

Ρύζι. 5. Γράφημα σχετικής παραμόρφωσης σε σχέση με την ένταση του πεδίου

Η φύση και ο βαθμός παραμόρφωσης εξαρτάται από το υλικό του δείγματος, τη μέθοδο επεξεργασίας του, την ποσότητα της προκαταρκτικής μαγνήτισης και τη θερμοκρασία. Από τα υλικά που παρουσιάζονται στο Σχ. 5, το μόνιμο κράμα έχει θετική μαγνητοσυστολή, το νικέλιο έχει αρνητική μαγνητοσυστολή και το κοβάλτιο έχει μεταβλητό σημάδι μαγνητοσυστολής, ανάλογα με την ένταση του μαγνητικού πεδίου.

Η παραμόρφωση οποιουδήποτε δείγματος περιορίζεται σε ένα όριο που ονομάζεται μαγνητοσυστολικός κορεσμός. Το μέγεθος της τάσης κορεσμού και η ένταση του μαγνητικού πεδίου στην οποία εμφανίζεται ο κορεσμός εξαρτώνται από το υλικό. Για παράδειγμα, το μέγεθος του μαγνητοσυστολικού κορεσμού στο νικέλιο είναι πολύ μεγαλύτερο από ό,τι στο κοβάλτιο και ο κορεσμός του νικελίου εμφανίζεται σε χαμηλότερη ένταση πεδίου από τον κορεσμό του κοβαλτίου.

Οι ιδιότητες των μαγνητοσυσταλτικών υλικών επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από θερμική επεξεργασία. Η ανόπτηση οποιουδήποτε υλικού οδηγεί σε αύξηση του μεγέθους της μαγνητοσυστολής.

Με την αύξηση της θερμοκρασίας, το μαγνητοσυσταλτικό αποτέλεσμα εξασθενεί μέχρι να εξαφανιστεί εντελώς.

Από μοριακή κινητική άποψη, το φαινόμενο της μαγνητοσυστολής εξηγείται ως εξής:

Οι κρυσταλλογραφικοί άξονες μικρών ομοιογενών κρυστάλλων σιδηρομαγνητικού υλικού έχουν τυχαίο προσανατολισμό στο χώρο. Ωστόσο, μεμονωμένοι κρύσταλλοι συνδυάζονται στα λεγόμενα τομείς. Οι μαγνητικές ροπές κάθε πεδίου έχουν συγκεκριμένο προσανατολισμό. Για παράδειγμα, στο νικέλιο, οι μαγνητικές ροπές των περιοχών προσανατολίζονται σε οκτώ κατευθύνσεις - κατά μήκος των τεσσάρων διαγωνίων του κύβου. Αυτές οι κατευθύνσεις ονομάζονται κατευθύνσεις της ευκολότερης μαγνήτισης. Εάν το δείγμα δεν είναι μαγνητισμένο, τότε οι μαγνητικές ροπές των περιοχών είναι τυχαία προσανατολισμένες και η συνολική μαγνητική ροπή είναι μηδέν.

Υπό την επίδραση ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, εμφανίζεται ένας επαναπροσανατολισμός των μαγνητικών περιοχών. Προσανατολίζονται σε εκείνες τις κατευθύνσεις που συμπίπτουν με την κατεύθυνση του εξωτερικού πεδίου. Σε αυτή την περίπτωση, το κρυσταλλικό πλέγμα παραμορφώνεται, γεγονός που οδηγεί σε αλλαγή στο μέγεθος του δείγματος.

Μαζί με το άμεσο φαινόμενο μαγνητοσυστολής, υπάρχει επίσης αντίστροφη επίδραση μαγνητοσυστολής, η ουσία του οποίου είναι να αλλάξει η μαγνητική κατάσταση του δείγματος υπό την επίδραση μηχανική καταπόνηση. Όταν ένα σιδηρομαγνητικό υλικό υποβάλλεται σε μηχανική δράση, το κρυσταλλικό πλέγμα παραμορφώνεται, με αποτέλεσμα να αλλάζει ο προσανατολισμός των μαγνητικών ροπών των περιοχών σε σχέση με το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.

Η μαγνητοσυστολή είναι ένα ομοιόμορφο αποτέλεσμα. Αυτό σημαίνει ότι όταν αλλάζει η πολικότητα του μαγνητικού πεδίου, το πρόσημο της παραμόρφωσης δεν αλλάζει. Έτσι, εάν ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, μέσα στην οποία βρίσκεται η ράβδος, τότε η ράβδος θα εκτελεί περιοδικές ταλαντώσεις με συχνότητα ίση με τη διπλάσια συχνότητα διέγερσης ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξαλειφθεί με την εφαρμογή προκαταρκτικής μαγνήτισης του μετατροπέα. Στους μετατροπείς των υδροακουστικών συσκευών αναζήτησης, η μαγνήτιση πραγματοποιείται με την εγκατάσταση μόνιμων μαγνητών ή την εισαγωγή ειδικής πηγής συνεχούς ρεύματος.

Τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας ενός μαγνητοσυστολικού μορφοτροπέα χωρίς προκατάληψη φαίνονται στο Σχ. 6, και με μαγνήτιση - στο Σχ. 7.

–H +H

Ρύζι. 6. Χαρακτηριστικά της εργασίας

μαγνητοσυστολικός μετατροπέας χωρίς προκατάληψη

Ρύζι. 7. Χαρακτηριστικά της εργασίας

μαγνητοσυστολικός μετατροπέας με μαγνήτιση

Για να αυξηθεί η απόδοση των μετατροπέων, η συχνότητα της εξωτερικής διέγερσης πρέπει να είναι ίση με τη συχνότητα των δικών της ταλαντώσεων. Η συχνότητα των φυσικών ελαστικών δονήσεων της ράβδου εξαρτάται από το μήκος της και το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένη.

Η φυσική συχνότητα της ράβδου καθορίζεται από τον τύπο:

Οπου n -αρμονικός αριθμός (συνήθως n= 1);

l -μήκος ράβδου, εκ;

Ε –μέτρο ελαστικότητας του υλικού, n/m 2 ;

ρ – πυκνότητα, kg/m 3 .

Σχέδια μαγνητοσυσταλτικών μετατροπέων

Οποιοσδήποτε μαγνητοσυσταλτικός μορφοτροπέας αποτελείται από έναν πυρήνα κατασκευασμένο από μαγνητοσυσταλτικό υλικό, στον οποίο υπάρχει μια περιέλιξη από εύκαμπτο χάλκινο σύρμα με αδιάβροχη μόνωση. Ο πυρήνας είναι κατασκευασμένος από λεπτές σταμπωτές πλάκες. Μετά τη σφράγιση, οι πλάκες ανόπτονται. Το στρώμα οξειδίου που σχηματίζεται στην επιφάνεια των πλακών κατά την ανόπτηση είναι ένας καλός μονωτήρας. Η μόνωση μεταξύ των πλακών αποτρέπει την εμφάνιση δινορευμάτων στον πυρήνα και έτσι μειώνει την απώλεια ενέργειας λόγω θέρμανσης του πυρήνα.

Στα όργανα αναζήτησης, οι μαγνητοσυσταλτικοί μετατροπείς ράβδων χρησιμοποιούνται ευρέως. Οι πλάκες από τις οποίες συναρμολογούνται οι μορφοτροπείς ράβδων έχουν ορθογώνιο σχήμαμε υποδοχές. Οι πλάκες συναρμολογούνται σε ένα πακέτο, το οποίο είναι ένα κλειστό μαγνητικό κύκλωμα, στις ράβδους του οποίου τοποθετείται μια περιέλιξη. Για την εγκατάσταση μόνιμων μαγνητών, με τη βοήθεια των οποίων ο μετατροπέας μαγνητίζεται μόνιμα, παρέχονται διαμήκεις αυλακώσεις στον πυρήνα. Ο σχεδιασμός του μαγνητοσυστολικού μετατροπέα ράβδου φαίνεται στο Σχ. 8.

Η επιλογή της θέσης εγκατάστασης για κεραίες ηχούς καθορίζει το επίπεδο θορύβου που συνοδεύει το χρήσιμο σήμα, τον συντελεστή χρήσιμη δράσηκεραίες, το μέγιστο βάθος που μπορεί πρακτικά να μετρηθεί υπό τις υπάρχουσες συνθήκες πλου, και μερικές φορές η ίδια η δυνατότητα πραγματοποίησης μετρήσεων.

Οι κύριες πηγές υδροακουστικών παρεμβολών που επηρεάζουν τις κεραίες είναι τα μηχανήματα και οι μηχανισμοί του πλοίου, οι έλικες, το τυρβώδες οριακό στρώμα, καθώς και άλλα υδροακουστικά συστήματα που λειτουργούν ταυτόχρονα στο πλοίο. Κάθε πηγή παρεμβολής δημιουργεί θόρυβο συγκεκριμένου φάσματος, που φτάνει στην κεραία, διαδίδεται απευθείας κατά μήκος του κύτους του πλοίου, στο νερό κατά μήκος του κύτους του πλοίου, αντανακλώντας από τη διασπορά αντικειμένων στο θαλάσσιο περιβάλλον ή από τον πυθμένα. Η λειτουργία των κεραιών επηρεάζεται ιδιαίτερα από τις φυσαλίδες αέρα που είναι διάσπαρτες στο στρώμα νερού που περιβάλλει την κεραία. Παρατηρήθηκε επανειλημμένα στην πράξη ότι όταν το πλοίο κινούνταν σε έρμα, όταν ο εντατικός σχηματισμός φυσαλίδων έλαβε χώρα στην σχεδόν κάτω περιοχή του, το ηχώ σταμάτησε να μετράει ακόμη και σχετικά μικρά βάθη. Όταν η ταχύτητα της κίνησης του σκάφους μειώθηκε ή σταμάτησε, η λειτουργία του ηχούς αποκαταστάθηκε. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι οι φυσαλίδες αέρα, αφενός, διαχέουν εντατικά και απορροφούν ενέργεια και, αφετέρου, αλλάζουν φυσικές ιδιότητεςπεριβάλλον άμεσα σε επαφή με τις κεραίες, μειώνοντας την ισοδύναμη ακαμψία του, η οποία, με τη σειρά του, επηρεάζει τη διαμόρφωση του συστήματος κεραίας-μέσου, μειώνοντας την απόδοση μετατροπής ενός ηλεκτρικού σήματος σε μηχανικό και αντίστροφα.

Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των ενοχλητικών παραγόντων στη λειτουργία του ηχούς, οι κεραίες θα πρέπει να εγκατασταθούν σε σημεία που πληρούν τις ακόλουθες απαιτήσεις:

η μεταβολή της υδροδυναμικής πίεσης στο σημείο εγκατάστασης της κεραίας όταν αλλάζει η ταχύτητα του πλοίου πρέπει να είναι ελάχιστη.
 ο χώρος εγκατάστασης της κεραίας θα πρέπει να βρίσκεται όσο το δυνατόν πιο μακριά από το μηχανοστάσιο, τις έλικες, τους προωθητήρες, καθώς και από δωμάτια στα οποία βρίσκονται μηχανήματα και μηχανισμοί με πολύ θόρυβο.
στην περιοχή όπου βρίσκονται οι κεραίες (σε απόσταση έως και 3-5 m) δεν πρέπει να υπάρχουν συσκευές εισαγωγής ή αποστράγγισης νερού, καθώς αυτό μπορεί να προκαλέσει απότομη αύξηση των παραλείψεων ή πλήρη απώλεια ενδείξεων ηχούς, ειδικά αυτά που λειτουργούν σε χαμηλές συχνότητες·
 Σε άμεση γειτνίαση με την κεραία, ειδικά προς την πλώρη του σκάφους, δεν πρέπει να υπάρχουν προεξέχουσες κατασκευές πλοίου ή συσκευές βολής που θα μπορούσαν να παρεμποδίσουν τη λειτουργία του ηχούς.
Στη διαδρομή εκπομπής και λήψης σήματος, εντός 60° από την κατακόρυφο, δεν πρέπει να υπάρχουν μέρη που να μπορούν να δημιουργήσουν αντανάκλαση ακουστικών κραδασμών.
η θέση εγκατάστασης της κεραίας θα πρέπει να απέχει όσο το δυνατόν περισσότερο από άλλα υδροακουστικά συστήματα που είναι διαθέσιμα στο πλοίο.
Συνιστάται η παροχή εύκολης πρόσβασης στην κεραία για τον έλεγχο, τη συντήρηση και την αντικατάστασή της.
Αφού προσδιοριστούν οι πιθανές θέσεις για την εγκατάσταση κεραιών ηχούς, λαμβάνοντας υπόψη τις παραπάνω απαιτήσεις, είναι απαραίτητο, με βάση μια προκαταρκτική εκτίμηση του επιπέδου θορύβου στα σημεία όπου υποτίθεται ότι βρίσκονται οι κεραίες, να επιλεγεί ένα μέρος με το χαμηλότερο επίπεδο του ακουστικού θορύβου.
Κατά την επιλογή της θέσης της κεραίας ηχούς, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η κατεύθυνση περιστροφής της προπέλας του πλοίου. Έτσι, όταν χρησιμοποιείτε μια προπέλα δεξιού βήματος, η αριστερή πλευρά των περιγραμμάτων της πρύμνης του σκάφους χτυπιέται από τη ροή του νερού που διαταράσσεται από αυτό. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται δόνηση του κύτους, που απλώνεται κυρίως στην αριστερή πλευρά του πυθμένα του σκάφους. Αυτή η δόνηση του κύτους του πλοίου προκαλεί πρόσθετες ακουστικές παρεμβολές. Από αυτή την άποψη, με μια προπέλα δεξιού βήματος, συνιστάται η εγκατάσταση της κεραίας ηχούς στη δεξιά πλευρά και με μια έλικα αριστερού βήματος στην αριστερή πλευρά.

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων των επιπέδων θορύβου σε διάφορα σημεία του κύτους δείχνουν ότι το χαμηλότερο επίπεδο θορύβου, κατά κανόνα, παρατηρείται στην πλώρη του σκάφους. Ως εκ τούτου, συνιστάται η εγκατάσταση της κεραίας ηχούς όσο το δυνατόν πιο κοντά στην πλώρη του σκάφους (στην περιοχή της θετικής πίεσης), λαμβάνοντας υπόψη το απαράδεκτο της έκθεσής της κατά το pitching. Συνιστάται η εγκατάσταση της κεραίας όσο το δυνατόν πιο κοντά στην κεντρική γραμμή του σκάφους.

Η επίδραση των παρεμβολών μπορεί να μειωθεί με την εγκατάσταση ειδικών οθονών.

Η εγκατάσταση των υπόλοιπων συσκευών του κιτ ηχούς πραγματοποιείται σύμφωνα με τις απαιτήσεις της τεχνικής τεκμηρίωσης για το προϊόν και λαμβάνοντας υπόψη την ευκολία λειτουργίας της συσκευής.

«...Τεχνική συσκευή που λαμβάνει ή εκπέμπει υδροακουστικό σήμα και, μαζί με το υλικό του σταθμού ή του συγκροτήματος, εξασφαλίζει τη χωρική του επιλεκτικότητα...»

Πηγή:

"ΚΡΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΞΑΣΦΑΛΙΣΗΣ ΤΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ. ΥΔΡΟΑΚΟΥΣΤΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ. ΟΡΟΙ ΚΑΙ ΟΡΙΣΜΟΙ. R 50.2.037-2004"

(εγκρίθηκε από το ψήφισμα του Κρατικού Προτύπου της Ρωσικής Ομοσπονδίας της 11ης Φεβρουαρίου 2004 N 55-st)

• - ένα σύνολο μέτρων για τη μείωση του επιπέδου των εσωτερικών θωρακισμένων-ακουστικών χαρακτηριστικών συστημάτων και μηχανισμών υποβρυχίων και πλοίων επιφανείας...

  Γλωσσάρι στρατιωτικών όρων

• - λήψη πληροφοριών για τον εχθρό με χρήση υδροακουστικών μέσων με λήψη, καταγραφή και ανάλυση ακουστικών δονήσεων που εκπέμπονται ή ανακλώνται από πλοίο, τορπίλη κ.λπ.

  Γλωσσάρι στρατιωτικών όρων

• - ένα σύμπλεγμα ακουστικών, ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συσκευών για την αναζήτηση, τον εντοπισμό και την ταξινόμηση θαλάσσιων στόχων, τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης και της απόστασης από αυτούς, την έκδοση των απαραίτητων δεδομένων για τον έλεγχο των συσκευών...

  Γλωσσάρι στρατιωτικών όρων

• - σύνθετη ακουστική, ηλεκτρική. και ηλεκτρονικές συσκευές για την εκπομπή ή τη λήψη ηχητικών δονήσεων στο νερό. Υπάρχουν Γ. σ. παθητικό, λαμβάνοντας μόνο κραδασμούς, και ενεργό, εκπέμποντας και λήψη δονήσεων...

  Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Πολυτεχνικό Λεξικό

• - ακουστικό βοήθημα αναζήτησης αεροσκαφών υποβρύχια. Είναι ένας ενεργητικός-παθητικός υδροακουστικός σταθμός, που κατεβαίνει από ένα ελικόπτερο στη στήλη του νερού σε ένα καλώδιο...

  Ναυτικό λεξικό

• - μια υποθαλάσσια ζώνη επιτήρησης οργανωμένη με υδροακουστικά μέσα...

  Ναυτικό λεξικό

• - απόκρυψη υποβρυχίων και πλοίων επιφανείας από εχθρικά συστήματα υδροακουστικής αναγνώρισης...

  Ναυτικό λεξικό

• - ένα είδος τεχνικής αναγνώρισης, κατά την οποία λαμβάνονται πληροφορίες για τον εχθρό με λήψη, καταγραφή, επεξεργασία και ανάλυση λαμβανόμενων υδροακουστικών σημάτων...

  Ναυτικό λεξικό

• - συσκευή με τη βοήθεια της οποίας πραγματοποιείται η λήψη ή η εκπομπή και η επακόλουθη λήψη ακουστικών δονήσεων στο νερό. Χρησιμοποιείται ευρέως σε πλοία, αεροπορία και παράκτιες περιοχές για...

  Ναυτικό λεξικό

• - εξοπλισμός αποτελούμενος από εκπομπούς ήχου που είναι εγκατεστημένοι σε σταθερά σημεία της θάλασσας και υδροακουστικό εξοπλισμό ενδεικτών πλοίων με χρονόμετρο και καταγραφέα...

  Ναυτικό λεξικό

• - ένας υδροακουστικός σταθμός σχεδιασμένος για να λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση κάτω από το στρώμα άλματος...

  Ναυτικό λεξικό

• - «...Τεχνική συσκευή που λαμβάνει ή εκπέμπει υδροακουστικό σήμα και, μαζί με το υλικό του σταθμού ή του συγκροτήματος, εξασφαλίζει τη χωρική του επιλεκτικότητα.....

  Επίσημη ορολογία

• - ".....

  Επίσημη ορολογία

• - ".....

  Επίσημη ορολογία

• - «...Υδροακουστική επικοινωνία έκτακτης ανάγκης: μετάδοση και λήψη σημάτων ομιλίας σε τηλεφωνική επικοινωνία υψηλής συχνότητας μεταξύ των δυνάμεων έρευνας και διάσωσης και ενός υποβρύχιου αντικειμένου έκτακτης ανάγκης.....

  Επίσημη ορολογία

• - ένα σύνολο κυκλωμάτων και δομικά συνδεδεμένων ακουστικών, ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών οργάνων και συσκευών, με τη βοήθεια των οποίων η λήψη ή εκπομπή ή λήψη και εκπομπή ακουστικής...

  Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια

«Υδροακουστική κεραία» σε βιβλία

Πρώτη κεραία