Гидроакустические антенны

В гидроакустических навигационных приборах излучение и прием ультразвуковых импульсов осуществляется электрическими преобразователями — антеннами, преобразующими электрическую энергию в механическую и наоборот.

В качестве гидроакустических антенн используются магнитострикционные и пьезоэлектрические преобразователи.

В магнитострикционных преобразователях используется эффект магнитострикции. (Эффект магнитострикции открыт в 1842 г. английским ученым Джоулем.) Он наблюдается в некоторых ферромагнитных материалах: никеле, кобальте, железе, пермаллое и др. И заключается в том, что в этих материалах под воздействием магнитного поля возникают механические напряжения, в результате которых возникает их линейная, объемная деформация или деформация кручения. В гидроакустике практический интерес представляет линейная продольная деформация. Она характеризуется изменением длины образца при расположении его вдоль магнитных силовых линий.

Эффект магнитострикции обратим, т.е. под действием механического напряжения происходит изменение магнитного состояния образца.

Таким образом, эффект магнитострикции можно использовать как в излучающих, так и в принимающих антеннах. Магнитострикционный преобразователь представляет собой пакет пластин той или иной формы из ферромагнитного материала, охваченный обмоткой.

Магнитострикционные преобразователи бывают неполяризованные и поляризованные.

В первом случае обмотки питают только переменным током. Несущая частота излучаемых импульсов равна удвоенной частоте питающего тока.

Во втором случае обмотки поляризованных антенн питаются постоянным током подмагничивания и переменным током меньшей амплитуды. Несущая частота посылки в такой антенне равна частоте переменного тока.

Магнитострикционные преобразователи применяются все реже, уступая место пьезокерамическим, для изготовления которых используются пьезокерамические материалы на основе титаната бария, цирконата свинца и др.

Пьезоэлектрический эффект заключается в том, что при деформации пластины из пьезоэлектрика на ее концах появляются электрические заряды и наоборот, если пластину поместить в электрическое поле она будет деформироваться. Т.е. вибратор, изготовленный из пьезоэлектрика можно использовать в качестве и приемных, и передающих антенн.

Пьезокерамические антенны отличаются хорошими эксплуатационными характеристиками, высокой надежностью и технологичностью. Поскольку их изготавливают путем прессования тонкодисперсного порошкас небольшой добавкой связывающего вещества, можно изготавливать электромеханические преобразователи различной формы и размеров.

В зависимости от формы излучающей поверхности изменяются параметры создаваемого антенной излучения. Поэтому антенны делят на точечные, сплошные вибраторы и антенные решетки.

Размеры излучающей поверхности точечных антенн меньше длины волны излучаемого сигнала. Их излучение практически ненаправлено.

Антенная решетка состоит из нескольких точечных вибраторов. Различные диаграммы направленности в таких антеннах получают, применяя различные варианты питания точечных вибраторов. Так, антенны этого типа могут, например, создавать многолучевое излучение, или излучение с ориентацией, зависящей от времени.

Сплошные вибраторы — это антенны, у которых размеры больше длины волны излучаемых колебаний. Именно такие антенны в основном применяются в эхолотах. Причем в последнее время, как правило, это пьезокерамические вибраторы.

В сплошном вибраторе вибрирующей (излучающей) поверхностью является плоскость. Причем максимум интенсивности звука или звукового давления будет в направлении, перпендикулярном плоскости излучателя.

Очевидно, диаграммой направленности антенны является графическое представление зависимости звукового давления Р или интенсивности звука I от направления излучения (рис. 2.2). Как видно на рис. 2.2 диаграмма направленности имеет форму лепестка. Правда, могут быть и паразитные боковые лепестки.

Шириной диаграммы направленности (главного лепестка) называется угол между направлениями, в которых звуковое давление уменьшается до значения 0,7 от мак

Для того чтобы качка судна не оказывалась на устойчивой работе эхолота, ширина диаграммы направленности выбирается с соблюдением условия:

= 0,5 , = 2 ,

где — максимальное значение угла отклонения судна.

Рис. 2.2

На практике антенны, как правило, настраивают на определенную резонансную частоту, при которой ее чувствительность максимальна.

Чувствительность — это отношение электрической мощности на выходе преобразователя (антенны) к интенсивности звуковой волны, вызвавшей этот сигнал.

Отклонение частоты принимаемого сигнала от резонансной приводит к снижению чувствительности антенны и к снижению уровня выходного напряжения. Поэтому полосой пропускания антенны называют полосу частот, в которой чувствительность приемной антенны (или звуковое давление передающей антенны) не ниже значения 0,7 от их максимальных значений. Ширина полосы пропускания определяется характером решаемой задачи.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 736; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!