Hidroakusztika egy tengeralattjárón
"Ha te, a tengeren, dobd le a lyukat a csőbe a vízbe, és tedd a másik véget a füledbe, akkor hallod a hajókat, amelyek távolban vannak." Ezek a szavak a Leonardo da Vinci zseniális részévé váltak, de évszázadokig gyakorlati kérelmet kellett találni erre a jelenségre.
Az a tény, hogy a hajók víz alatti hangjai, amelyek a tengeralattjárók tesztelését biztosítják, sokkal jobbak, mint a fenti vízállásban, a tesztelők azonnal felhívták a figyelmet. Az irányt azonban 90 fokon belül lehet meghatározni: az orrtól, a tatától, a jobb vagy a kikötőtől. Ezért a jó vízvezető képesség hatását először csak a navigáció biztonsága, majd a víz alatti kommunikáció érdekében használták.
A balti növény hidrofonállomásának terve körülbelül 1907:
1 - a vízszivattyú; 2 - csővezeték; 3 - nyomásszabályozó; 4 - elektromágneses hidraulikus redőny (telegráf szelep); 5 - távíró kulcs; 6 - Hidraulikus membrán emitter; 7 - a hajó fedélzetén; 8 - tartály vízzel; 9 - lezárt mikrofon
Különösen annak érdekében, hogy megakadályozzák a hajóknak a széleken vagy köveken gyengén láthatóságú hajókra történő leszállás veszélyét, egy víz alatti harangot hoztak létre, amelynek hatásait hallhatóvá tette a hajó fedélzetén keresztül, majd ezt követően egy szénmikrofon segítségével. Igaz, a harangtartomány nem volt nagyszerű, és hamarosan elhagyták az ötletet.
Az első soros állomás a balti növény tervezési akusztikai kommunikációjára 1909-1910 között. a "Carp", "Pescher", "Sterlet", "Makréla" és "Perch" tengeralattjárókba telepítve. Amikor az állomásokat tengeralattjárókra telepítették az interferencia csökkentése érdekében, a vevőkészülék egy különleges, a kötélkötél tetején vontatott kocsin helyezkedett el. Egy ilyen döntéshez a britek csak az első világháború idején jöttek. Ezt az elképzelést elfelejtették, és csak az 1950-es évek végén használták újra különböző országokban, amikor zaj-mentes hangjelző állomások létrehozására került sor.
A hidrofon állomások használata során fel lehetett ismerni az őket használó hajók zaját. Az első világháború előestéjén, a Bug-torkolat kísérletei során egy kis kikötő csónakjának hangja hallható 5 felvonóautó távolságából. Az ebben az irányban végzett munka eredményeként az első hazai eszközök 1915-ben jelentek meg, a zaj-lokátor állomások prototípusai. Az ilyen berendezésekben használt hidrofonokat a hajó alján található speciális kard alakú eszközökbe helyezték. Eszközök A balti gyár, valamint a külföldi cégek csak a hajó lábánál tudtak dolgozni, és nem mérte a céltávolságot.
Az első világháború minden vezető haditengerészetben, Oroszország kivételével, ösztönözte a hidroakusztika fejlődését. Különösen figyelemreméltó eredményeket ért el Németország és Nagy-Britannia. A Szovjetunióban az első hazai zajtanulók csak az 1930-as évek elején jelentek meg.
Elektroakusztikus jelátalakító
A fő eleme bármely szonár egy elektroakusztikus távadó, amely nevükön a vibrátor, vagy vevő, attól függően, hogy az irányt, amelyben az állomás, szonáris vagy shumopelengatornuyu, belép.
A hangenergiának az elektromos energia és a hátrébb történő átalakításának elve a fizikai piezoelektromos és magnetostrikciós hatásokból ismert jelenségeken alapul. A piezoelektromos hatást bizonyos típusú kristályok birtokolják. Ez abban áll, hogy a kristályok megváltoztatják méreteiket a rájuk ráhegesztett elektromos feszültség hatására, és ezzel ellentétben felszabadítják az elektromos töltéseket, ha a kristályokat bizonyos irányokban összenyomva vagy nyújtva méretezik. Természetes kristályokból ez a hatás kvarc és turmalin, mesterséges kristályok - Rochelle só és ammónium-dihidrogén-foszfát. Bár a Rochelle-sót kifejezett piezoelektromos hatás jellemzi, 55 ° C feletti hőmérsékleten lebomlik. A kvarc sokkal erősebb.
A magnetosztrikciós hatás az úgynevezett ferromágneses anyagok - vas, nikkel, kobalt és ötvözeteik. A mágneses mezőbe bevezetett ferromágneses anyagból készült rúd deformálódott, vagyis annak méretei csökkentek vagy növekednek. Ezt a jelenséget közvetlen magnetostrikai hatásnak nevezik.
Különböző ferromágneses anyagokat egyenlőtlenül deformálnak egy mágneses térben: néhányuk feszített, mások sűrítettek. Ennek során megszerzik a mágnes tulajdonságait. Amikor a mágnesező mező eltávolításra kerül, a rúd mágneses tulajdonságai nem tűnnek el, de sokáig maradnak (hiszterézis). Egy ilyen mágnesezett rúd mágneses mezőt hoz létre maga körül. Ennek a területnek a ereje annál nagyobb, annál nagyobb a rúd mágneses. Ha egy ilyen rúdhoz deformálódás, tömörítés vagy nyújtás történik, akkor a mágneses tér intenzitása a környező térben megváltozik, vagyis ha a rúd deformálódik, a mágnesességének mértéke változó. A ferromágneses rúd mágnesezettségének változását a deformáció során az inverz magnetostrikus hatásnak nevezzük.
Előre és hátra magnetostrikciós hatást használják szonár a megfigyelés azt jelenti, szonár és sonar általában a kibocsátó és fogadó rezgéseket.
Zaj-lokátor állomás
A zaj-helymeghatározó állomás nem sugárzó, passzív megfigyelési eszköz, amely lehetővé teszi a zajos tárgy felismerését a vízen és a víz alatt, és meghatározza annak irányát. A zajvédelmi állomás fő előnye a működésének abszolút titkossága. Ezért a legelterjedtebb zajvédelmi állomásokat tengeralattjárókon szerezték meg, amelyek számára a lopakodás a siker elleni küzdelem kulcsa.
A II. Világháború idejében található zaj-helyszíni állomások hasonló eszközzel rendelkeztek. A bázis vevőkészülékek nyolc több tíz vevőkészülékek, a fő eleme, amely egy Rochelle-só kristály, vagy egy rúd ferromágneses anyagból átalakítására bejövő hang adatbázis elektromos energiává alakítja elve alapján a magnetostrikciós vagy piezoelektromos hatás.
A zajszabályozó állomás tipikus blokkdiagramja:
A ferroelektromos vevőt a Rochelle-só vékony lemezéről veszik fel. A lemezek között vékony fémfólia - elektród van elhelyezve. A lemezeket és a fém tömítéseket össze kell adni. A kapott csomagot a vevőegység és a membránja közé szorítjuk. A bejövő hanghullám nyomása átkerül a membránról a kristályra, amelynek oldalfelületén elektromos töltések keletkeznek - a potenciális különbség. Ez utóbbit elektrodák segítségével eltávolítják.
Az alapban levő vevők kör, ellipszis vagy lineárisan vannak elrendezve. A vevőkészülék alapja a tengeralattjáró orrának alján található. Az alapvevőkből származó vezetékek egy speciális mirigyen keresztül épülnek fel a tengeralattjáró burkolt hajótesténél, ahol a kompenzátor kimenetéhez kapcsolódnak.
A kompenzátor úgy van kialakítva, hogy az összes bázisvevõben felmerülõ elektromos feszültségeket egyetlen fázisú elektromotoros erõvé alakítsa. A hanghullám ugyanakkor érkezik minden vevőkészülékhez. Először - az első vevőhöz, majd a második és a nyolcadik, majd a harmadik és a hetedik, a hatodik és a negyedik, végül az ötödik, az első vevőtől legtávolabbi.
A kompenzátor kompenzálja a time shift pillanata között érkezését a hanghullám különböző bázis-vevők, késlelteti az elektromos oszcilláció okozott az első vevők képest a következő. Nyilvánvaló, hogy a kompenzátor leginkább késlelteti az alapban lévő átvevőkben keletkező elektromos rezgéseket, például az első és ötödik helyen.
1 - Rochelle só lemezek; 2 - elektródák; 3 - vevő ház; 4 - membrán; 5 - Omentum
A kompenzátor áll egy nagy számú egyedi áramkörök, amelyek mindegyike tartalmaz egy kondenzátort és önindukciós tekercs. Az elektromos áramkörök sorba vannak kötve és közös kompenzáló áramkört képeznek. Az elektromos bázisok ismert, hogy ha az elektromos áramkört, amely egy kondenzátor és önindukciós tekercsekre, mellékelt váltakozó elektromos feszültség, a feszültség a kimeneti kapcsokon eltolódik fázisban tekintetében a tápfeszültség. Ezen a tulajdonságon alapul a kompenzátor retardáló láncolata.
A kompenzátor elve:
A kompenzátor kimenetéből az elektromos oszcillációk az erősítő bemenetére érkeznek, ahol az amplitúdó tíz és több százezer alkalommal nőnek (az erősítő erősítő tényezőjétől függően). Ha a vevők az ultrahangos frekvenciatartományban működnek, az erősítő ezenkívül átalakítja az ultrahangos rezgéseket hanghullámokká.
A szovjet tengeralattjárók a második világháború idején voltak shumopelengatornye állomás „Mars” 8 részesülő hidrofonokat tengeralattjárók típusú M 12 C típusú hidrofonokat és u, a hidrofonokat 16 K típusú és L.
A fentebb vizsgált zajirány-felmérés maximális módjával együtt a fázis módszert alkalmazzák. Alapja az, hogy rögzítsük az időeltolódást a céltól a két vevőkészülékig vagy a vevők két csoportjáig. Ha a két vevőegység alján található merőleges pont pontosan a zajforrásra irányul, akkor a hanghullámok mindkét vevőt egyszerre érik el. A magnetosztrikciós vevő-tekercsekben a fázisban és amplitúdóban egyenlő jelfeszültségek jelennek meg. Ezeket a feszültségeket egy kétcsatornás erősítő két bemeneti transzformátor bemenetére alkalmazzák.
A hang-lokátor állomások elhelyezkedése: "Mars-8":
Egy transzformátorban mindkét feszültséget össze kell adni, és a teljes feszültséget amplifikálni kell az erősítő összegcsatornával. Egy másik transzformátorban az egyik feszültséget kivonják a másikból, és az erõsítõ különbségének növelésére differenciál feszültséget alkalmaznak. Az összegcsatornából a feszültséget a katódsugárcső függőlegesen eltolható lemezeihez, valamint a különbözõ csatornától a vízszintes eltérítõ lemezekig szállítjuk. Mivel a feszültség ebben az esetben mind vevők egyenlő amplitúdójú és fáziskülönbség feszültség nulla, és a cső képernyőn látható, hogy a függőleges egyenes vonal. Ha a vevőkészüléket balra vagy jobbra forgatja az iránytól a zajforrásig, akkor a hang rezgések mindkét vevőt nem egyszerre érik el. A vevőkészülékekben előforduló jelfeszültségek fázisban eltérnek. Minél nagyobb a forgatás szöge a bázis, annál nagyobb az időeltérést áthaladását rezgéseket a vevők és a nagyobb a fázisban eltolt feszültség a bal és a jobb vevőkészülékek. A feszültségek amplitúdója ugyanaz marad, mivel az ösvénykülönbség mérhetetlenül kisebb, mint az alaptól a hangforrásig terjedő távolság.
A zajszabályozási fázis módszerének elve
A kétcsatornás erősítőben van egy eszköz (fázistoló cella), amely mindkét feszültséget 90 ° -os szöggel egymáshoz viszonyítja. Ennek eredményeképpen az összeg- és feszültségkülönbségek mindig a fázisban vagy a fázison kívül vannak a csatornák kimenetében. Így, amikor fordult a vevő bázis szögben jelenik meg az erősítő kimenet két feszültség nem egyenlő nullával, és nem azonos méretű, de akár in-fázisban vagy eltoljuk 180 °. A katódsugár csövének terelőlemezére kifejtett feszültség esetén egy ferde egyenes jelenik meg a képernyőjén. A vonal dőlésszöge a feszültség amplitúdóinak arányától függ. Ha az amplitúdók egyenlők, akkor a dőlésszög 45 ° (a kapott vektor) lesz. Ha az egyik feszültség nulla, akkor a vonal függőleges vagy vízszintes helyzetben van. A merőleges oldala azt jelzi, hogy az akusztikus alap tengelye milyen irányba forgatódik a célnak megfelelő irányhoz viszonyítva. Így annak érdekében, hogy meghatározzuk a hangforrás irányát (söpörni), elegendő az alapot ilyen helyzetben beállítani, hogy egy függőleges egyenes látható legyen a cső képernyőjén. Az alap forgási szöge, amelynél a vonal szigorúan függőleges, és a szög iránya lesz a célnak.
Phoenix Sound-Fixing állomás
Az iránymérés fázisának megvalósításához szükség van egy sík mobil antennára vagy hengeresre. Például az első háború utáni háztartási helyszíni "Phoenix" hangszóró állomás 132 akusztikus rendszernek minősült, amely 132 magnetosztrikciós vevőt tartalmaz. Az iránykeresést nem a forgása, hanem az érkezési idők közötti különbség elektromos kompenzálása végzi a hangváltozások vevőihez. Ebből a célból, a hangszóró és a az erősítőközeg-rész kijelző egységek tartalmazza késlelteti áramköri kapacitás és induktivitás, amelyek elektromos jeleket megfelelő késleltetést.
A zajszabályozók blokkdiagramja a cél automatikus követésével
Forgó kompenzátor kerék és figyeli a vonalat a képernyő határozza meg az irányt a cél, hidrofonnal rendszer bevezet számos késleltetési egységek, amelyek teljes mértékben kompenzálja az utat különbség jelek különböző vevők. A hang érkezésének minden irányára teljes kompenzáció csak a kompenzátor nyíljának egy adott helyzetében történik, ami egybeesik a célpont pontos elrendezésével (irányszög). A függőleges vonal megjelenése a képernyőn megfelel a pontos iránynak.
Bizonyos típusú zajszabályozóknál a készülék automatikusan megkeresi a célt. Akusztikus rendszert, irányított jellemzőt (kompenzátor), sávszűrőt, indikátort, valamint csomópontokat és elemeket tartalmaz, amelyek a célt automatikusan követik.
Abban az esetben, lebenyében hidrofonok a cél irányába néhány szög reakcióvázlaton felmerül egy hibajel arányos a mért eltérési szöget (hiba). Az amplifikáció után a jel a nyomkövető rendszer elemeire, majd a működtetőre kerül. A kompenzátorral mechanikusan csatlakoztatott motor elindul forgatni, és elfordítja az irányított lebenyt, hogy a hibajel nulla legyen. Amikor a szálat pontosan a cél felé irányítják, a hibajel eltűnik, és a motor leáll. A sugárzási tengelynek a céltól való új eltérése után a motor újra működni kezd, és az egész ciklus megismétlődik. A cél automatikus nyomon követése nagymértékben megkönnyíti a hidroakusztika működését, amely ebben az esetben az irányának megállapításához nem kell a kompenzátor kormánykereket elforgatni.