水音響アンテナからの情報量。 ゴミから簡単な水音響アンテナを作る

とその技術的特徴

水中音響アンテナの目的

水音響アンテナを使用して水圧音響信号を発信または受信するように設計されています。 水圧音響トランスデューサーそして空間選択性を確保します。

水圧音響トランスデューサー

水圧音響変換器電気振動を機械振動に変換したり、逆に機械振動を電気振動に変換したりする技術装置です。

水圧音響トランスデューサには主に 2 つのクラスがあります。

a) 磁歪;

b) 圧電。

磁歪式トランスデューサの動作原理

磁歪コンバータは磁歪現象を利用します。 現象 磁歪一部の強磁性材料では影響を受けています 磁場磁力線に沿ってサンプルを配置すると、サンプルの長さが変化することを特徴とする変形が発生します。 この効果はと呼ばれます 直接磁歪効果.

磁場強度の増加に伴ってロッドの長さが増加する場合、磁歪は正と呼ばれ、ロッドの長さが減少する場合、磁歪は負と呼ばれます。

さまざまな強磁性材料の相対伸びの磁場強度への依存性を示すグラフを図に示します。 5.

パーマロイ

コバルト

– ニッケル

米。 5. 相対変形対電界強度のグラフ

変形の性質と程度は、サンプルの材質、加工方法、予備磁化の量、温度によって異なります。 図に示した資料より。 図５に示すように、パーマロイは正の磁歪を持ち、ニッケルは負の磁歪を持ち、コバルトは磁場の強さに応じて可変の磁歪符号を持ちます。

あらゆるサンプルの変形は、と呼ばれる限界に制限されます。 磁歪飽和。 飽和ひずみの大きさと飽和が起こる磁場の強さは材料によって異なります。 たとえば、ニッケルの磁歪飽和の大きさはコバルトよりもはるかに大きく、ニッケルの飽和はコバルトの飽和よりも低い磁界強度で発生します。

磁歪材料の特性は次のような影響を大きく受けます。 熱処理。 どのような材料でもアニーリングを行うと、磁歪の大きさが増加します。

温度が上昇すると、磁歪効果は完全に消失するまで弱まります。

分子動力学の観点から、磁歪現象は次のように説明されます。

強磁性材料の小さな均一な結晶の結晶軸は、空間内でランダムな方向を持っています。 ただし、個々の結晶は結合していわゆる ドメイン。 各ドメインの磁気モーメントは特定の方向を持っています。 たとえば、ニッケルでは、ドメインの磁気モーメントは立方体の 4 つの対角線に沿って 8 方向に向いています。 これらの方向はと呼ばれます 磁化しやすい方向。 サンプルが磁化されていない場合、ドメインの磁気モーメントはランダムに配向され、合計の磁気モーメントはゼロになります。

外部磁場の影響下で、磁区の再配向が発生します。 それらは、外部場の方向と一致する方向に向けられます。 この場合、結晶格子が変形し、試料のサイズが変化します。

直接磁歪効果に加えて、 逆磁歪効果その本質は、影響下でサンプルの磁気状態を変化させることです。 機械的ストレス。 強磁性材料が機械的作用を受けると、結晶格子が変形し、その結果、外部磁場に対するドメインの磁気モーメントの向きが変化します。

磁歪効果は均一です。 これは、磁場の極性が変わっても、変形の符号は変わらないことを意味します。 したがって、内部にロッドが配置されているソレノイドに交流電流が流れると、ロッドは励磁周波数の 2 倍に等しい周波数で周期振動を実行します。 電磁場。 この影響は、コンバータの予備磁化を適用することで排除できます。 探査水音響装置のコンバーターでは、永久磁石を設置したり、特殊な直流電源を導入したりして着磁を行っています。

バイアスなしの磁歪トランスの動作特性を図に示します。 6、および磁化あり - 図。 7。

–H +H

米。 6. 仕事の特徴

バイアスなしの磁歪トランスデューサ

米。 7. 仕事の特徴

磁化付き磁歪コンバータ

コンバータの効率を高めるには、外部励起の周波数がそれ自体の発振周波数と等しくなければなりません。 ロッドの固有弾性振動の周波数は、ロッドの長さとロッドの材質によって異なります。

ロッドの固有振動数は次の式で求められます。

どこ n –高調波数 (通常は n= 1);

l –ロッドの長さ、 cm;

E –材料の弾性率、 n/m 2 ;

ρ – 密度、 kg/m 3 .

磁歪トランスデューサの設計

磁歪トランスデューサは、磁歪材料で作られたコアと、その上に耐水性の絶縁体を備えた柔軟な銅線で作られた巻線で構成されています。 コアは薄いプレスプレートで作られています。 スタンピング後、プレートはアニールされます。 アニーリング中にプレートの表面に形成される酸化層は優れた絶縁体です。 プレート間の絶縁により、コア内での渦電流の発生が防止され、コアの加熱によるエネルギー損失が減少します。

探索機器では、ロッド磁歪トランスデューサが最も広く使用されています。 ロッドトランスデューサーを組み立てるプレートには、 長方形スロット付き。 プレートは閉磁気回路であるパッケージに組み立てられ、そのロッド上に巻線が配置されます。 コンバータが永久磁化される永久磁石を取り付けるために、コアに縦方向の溝が設けられています。 ロッド磁歪トランスデューサの設計を図に示します。 8.

音響測深機アンテナの設置場所の選択により、有用な信号に付随するノイズのレベル、つまり係数が決まります。 役立つアクションアンテナ、既存の航行条件下で実際に測定できる最大深度、および場合によっては測定を実行できる可能性そのものが含まれます。

アンテナに影響を与える水音響干渉の主な原因は、船の機械や機構、プロペラ、乱流境界層、および船上で同時に動作する他の水音響システムです。 各干渉源は特定のスペクトルのノイズを生成し、アンテナに到達し、船体に沿って、または船体に沿った水中を直接伝播し、海洋環境または底からの散乱物体から反射します。 アンテナの動作は、アンテナの周囲の水層に散在する気泡によって特に影響を受けます。 船がバラスト内を移動しているとき、船底近くの領域で集中的に気泡が形成されると、音響測深機は比較的浅い深さの測定さえ停止することが実際に繰り返し観察されました。 船舶の移動速度が低下するか停止すると、音響測深機の作動が再開されました。 この現象は、気泡がエネルギーを集中的に散逸および吸収する一方で、エネルギーを変化させるという事実によって説明できます。 物理的特性アンテナと直接接触する環境では等価剛性が低下し、アンテナ媒体システムの構成に影響を及ぼし、電気信号から機械信号への変換効率、またはその逆の変換効率が低下します。

測深機の動作に対する妨害要因の影響を軽減するために、アンテナは次の要件を満たす場所に設置する必要があります。

船の速度が変化したときのアンテナ設置場所の流体力学的圧力の変化は最小限でなければなりません。
アンテナの設置場所は、エンジン ルーム、プロペラ、スラスター、および非常に騒音の大きい機械や機構が設置されている部屋からできるだけ離れた場所に配置する必要があります。
アンテナが設置されているエリア (最大 3 ～ 5 m の距離) には、取水装置や排水装置を設置しないでください。これにより、特に音響測深機の測定値の欠落が急激に増加したり、完全に失われたりする可能性があります。低周波数で動作するもの。
アンテナのすぐ近く、特に船首に向かって、音響測深機の動作を妨げる可能性のある突き出た船の構造物や射撃装置があってはなりません。
信号の発信および受信の経路上で、垂直から 60°以内に音響振動の反射を引き起こす可能性のある部品があってはなりません。
アンテナの設置場所は、船上で利用可能な他の水音響システムから可能な限り遠く離れた場所にある必要があります。
アンテナの点検、メンテナンス、交換のために、アンテナに簡単にアクセスできるようにすることをお勧めします。
上記の要件を考慮して音響測深アンテナの設置可能な場所を決定した後、アンテナを設置する予定の場所の騒音レベルの事前評価に基づいて、最もレベルの低い場所を選択する必要があります。音響ノイズのこと。
測深機アンテナの位置を選択するときは、船のプロペラの回転方向を考慮する必要があります。 したがって、右ピッチのプロペラを使用すると、船舶の船尾輪郭の左側が、それによって乱された水流に当たります。 その結果、船体の振動が発生し、主に船底左側に広がります。 この船体の振動により、さらなる音響干渉が発生します。 この点に関して、右ピッチ プロペラの場合は右舷側に、左ピッチ プロペラの場合は左側に測深アンテナを取り付けることをお勧めします。

船体のさまざまな点での騒音レベルの測定結果は、原則として船首で最も低い騒音レベルが観察されることを示しています。 したがって、ピッチング中に露出することが許容されないことを考慮して、エコー測深機アンテナを船首のできるだけ近く（正圧の領域）に設置することをお勧めします。 アンテナは船舶の中心線のできるだけ近くに設置することをお勧めします。

特殊なスクリーンを設置することで干渉の影響を軽減できます。

エコーサウンダキットの残りのデバイスの設置は、製品の技術文書の要件に従って、デバイスの操作の容易さを考慮して実行されます。

「...水圧音響信号を受信または発信し、ステーションまたは複合施設のハードウェアと連携してその空間選択性を確保する技術装置...」

ソース：

「測定の統一性を保証するための国家制度。水音響測定。用語と定義。R 50.2.037-2004」

(2004 年 2 月 11 日付ロシア連邦国家基準決議 N 55-st により承認)

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