ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ ПРИЕМНАЯ АНТЕННА Советский патент 2006 года по МПК H04R17/00 

Изобретение относится к гидроакустике и может найти применение при разработке приемных гидроакустических антенн, их секций и блоков.

Снижение акустических шумов и шумов предварительных усилителей (ПУ) привело к тому, что электромагнитные помехи стали соизмеримы с другими помехами и требуется применение специальных мер для их подавления.

Известны следующие антенны и преобразователи, в которых достигнуто повышение помехозащищенности к электрическим наводкам. Так, для приемных элементов и их линий связи с ПУ повышение помехоустойчивости обеспечивается применением электростатических экранов, приближением ПУ к приемным элементам, симметрированием входных цепей ПУ, конструкции с использованием витых пар проводов в линиях связи (Гурвич А.А., Гусев Н.М., Яковлев Г.В. Гидроакустические системы с гибкими протяженными буксируемыми антеннами. Судостроение за рубежом. №10, Л.: Судостроение, 1989).

Техническое решение с электростатическим экраном применено, например, в гидрофонах фирмы "Врюэль и Къер" (проспект гидрофонов, тип 8101).

Однако в зависимости от электромагнитной обстановки в местах расположения приемных элементов на объекте и их конструктивного исполнения перечисленные меры могут оказаться неприемлемыми или недостаточными.

За прототип изобретения выбрана приемная гидроакустическая антенна, содержащая большее количество приемных элементов, расположенных в звукопрозрачном слое из материала типа полиуретана, резины, силикона и т.п., тыльного экрана и элементов крепления к объекту). Такая антенна описана в патенте США №4.390.976, класс Н 04 17/00, от 28 июня 1983 г.

Известно, что в антеннах в качестве приемных элементов применяются наиболее распространенные во всех гидроакустических приборах пьезокерамические элементы. Большинство приемных антенн и модулей, размещаемых на объектах, по сути, близки к прототипу и содержат большое число приемных элементов, нередко объединенных в секции.

Оценка помеховосприимчивости антенны-прототипа показывает ее низкую помехозащищенность. Введение известной меры - электростатического экрана, хотя и может повысить помехозащищенность, однако усложнит конструкцию, не исключит электромагнитные наводки и не обеспечит требуемую помеховосприимчивость.

Целью настоящего изобретения является повышение помехозащищенности антенн, модулей, или блоков по отношению к электромагнитным помехам.

Поставленная цель достигается тем, что известную многоэлементную антенну (модуль или блок), содержащую секции из одинаковых приемных пьезокерамических элементов, предлагается выполнять из четного числа элементов, причем рядом расположенные, включенные согласно элементы располагаются таким образом, чтобы наружные электроды соседних элементов имели полярность разного знака. В качестве приемных элементов наиболее распространены цилиндрические, пластинчатые или стержневые элементы.

Сущность изобретения поясняется на примере антенны из пластинчатых изгибных элементов, находящихся в локально единородном, ввиду близости элементов, в переменном магнитной поле с напряженностью , создаваемом в месте расположения приемников на объекте (фиг.1). Электромагнитная наводка возникает на самих приемных элементах, она порождает ЭДС U₁, U₂; на контуре положительный электрод - земля (или экран) - ЭДС l₁ и l₂ и на контуре линии связи ЭДС l₃. При минимизации площади приемной рамки образуемой проводами, последняя ЭДС l₃ значительно меньше U₁, U₂ и l₁, l₂.

Для уменьшения ЭДС U₁ и U₂ предлагается рядом расположенные и согласно соединенные приемные элементы устанавливать таким образом, чтобы их наружные электроды имели полярность разного знака. При этом ЭДС, наводимые на два рядом расположенные приемные элементы U₁ и U₂ компенсируются. ЭДС l₁ и l₃, наводимые на наружные емкости C₁ и C₂ при этом также уменьшаются. Поэтому предлагаемое решение задачи подавления электромагнитных помех значительно повышает помехозащищенность гидроакустических антенн, модулей, блоков.

Авторам неизвестны технические решения, содержащие признаки, отличающие предложенное решение от прототипа, что позволяет считать его соответствующим критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2, где на фиг.1 - схема компенсации электромагнитных помех в предлагаемой антенне, на фиг.2 - пример конкретного выполнения конструкции антенны.

В соответствии с предложенным техническим решением разработана линейная приемная антенна, состоящая из большого числа приемных пластинчатых элементов 1 (на фиг.2 - сечение, вид сверху). В состав каждой секции антенны входят по два элемента, соединенных согласно последовательно. С целью компенсации электромагнитных наводок эти элементы расположены таким образом, чтобы их наружные электроды имели разную полярность. Полярность электродов обозначена знаками "+" и "-". Для обеспечения сборки элементов применены два металлических троса 2, на которые укрепляются элементы в резиновых корпусах 3. Герметизация антенны осуществляется с помощью резинового чехла 4, привулканизированного к торцам 5, и заливки полиуретаном 6. Электрический монтаж произведен экранированным проводом МГТФЭ с попарно повитыми жилами 7. Выводы от антенны осуществлены многожильным экранированным кабелем СМПЭВГ-8. Разработанная антенна обладает повышенной помехоустойчивостью как за счет принятия известных мер по борьбе с наводками, так и за счет предлагаемого решения, позволяющего скомпенсировать электромагнитную помеху, воздействующую на приемные элементы.

Предлагаемая антенна работает следующим образом. Воздействующее на приемные элементы акустическое давление преобразуется в пьезокерамических приемных элементах в электрические напряжения. При согласном соединении соседних элементов эти напряжения складываются. В то же время электрические напряжения, наводимые электромагнитным полем помех, на этих элементах взаимно уничтожаются, так как их мгновенные значения отличаются по фазе на 180°.

Для проверки эффективности предлагаемого конструктивного решения был проведен эксперимент с двумя пластинчатыми изгибными элементами двухсторонней симметричной конструкции аналогичными, изображенным на фиг.1. Каждый приемный элемент состоял из титанового корпуса ⊘ 66 мм с наклеенными на него с двух сторон пьезокерамическими дисками. Электрическое соединение дисков внутри элемента - последовательное.

Электромагнитное поле помех создавалось с помощью рамки из нескольких витков, которая была подключена к генератору. Над рамкой в тонком алюминиевом экране помешались два описанных выше элемента. Они электрически соединялись между собой согласно последовательно и их выводы подсоединялись к анализатору. Уменьшение наводимого напряжения при переходе от случая одинаковой полярности у рядом расположенных элементов к предложенному в этой заявке расположению элементов с наружными электродами разной полярности составило 4 раза, что подтверждает полезность предлагаемого решения. Следует отметить, что в случае согласного параллельного соединения элементов предложенное техническое решение остается справедливым.

Изобретение относится к гидроакустике и может найти применение при разработке приемных гидроакустических антенн, их секций и блоков. Сущность: гидроакустическая антенна состоит из секций, содержащих электрически согласные пьезоэлектрические приемные элементы. При этом секции антенны выполнены из четного числа элементов, причем поляризации соседних элементов имеют противоположные направления. Технический результат: повышение помехозащищенности антенн от электромагнитных наводок. 2 ил.

Гидроакустическая приемная антенна, состоящая из секций, содержащих электрически согласно соединенные пьезоэлектрические приемные элементы, отличающаяся тем, что, с целью повышения помехозащищенности антенн от электромагнитных наводок, секции антенны выполнены из четного числа элементов, причем поляризации соседних элементов имеют противоположные направления.