Гидроакустическая стержневая резонансная антенна

 

Предлагаемая антенна предназначена для приема узкополосных сигналов в килогерцовом диапазоне в системах с гидроакустическим каналом связи. Цель изобретения: повышение избирательности и уменьшение собственных акустических помех. Антенна содержит корпус 2, расположенный в корпусе полуволновый резонансный стержень 5 с пьезоэлектрическим преобразователем 6, а также полуволновый металлический волновод 1, соединенный с корпусом в своей узловой плоскости, а торец волновода, расположенный внутри корпуса, и торец металлической накладки, свободный от пьезоэлемента, механически скреплены между собой с зазором. За счет лучших резонансных свойств цельнометаллического полуволнового волновода-резонатора и размещения основного резонансного стержня в воздушной среде потери акустической энергии снижаются, а чувствительность и избирательность повышаются. 1 ил.

Изобретение предназначено для приема узкополосных сигналов, преимущественно на средних и длинных частотах ультразвукового диапазона в системах с гидроакустическим каналом связи.

Известны гидроакустические антенны различных типов для приема узкополосных сигналов, работающие на резонансной частоте, когда чувствительность антенны значительно повышается (Ананьева А.А. Керамические приемники звука. М. 1963, с. 140-166).

Известны также антенны, которые содержат корпус и по крайней мере один резонансный стержень, включающий в себя, например, активный пьезоэлектрический преобразователь в переднюю металлическую накладку (Справочник по гидроакустике. Под ред. Колесникова А.Е. Л. 1982, с.135). Антенны такого типа наиболее эффективны, когда длина резонансного стержня равна половине длины распространяющейся в нем звуковой волны (λ/2) на расчетной частоте приема. Так как резонансный стержень находится в воздушной среде, потери акустической энергии (по сравнению с маслозаполненными антеннами) становятся меньше.

Однако для приема узкополосных сигналов на фоне сильных помех, обусловленных, в частности, шумами судна и гидродинамическим обтеканием антенны, эти антенны имеют невысокую добротность и широкую полосу пропускания, что ограничивает их избирательность и помехозащищенность.

Целью изобретения является повышение избирательности и уменьшение собственных акустических помех антенны, что необходимо при приеме гидроакустических сигналов на фоне значительных шумовых помех и на больших удалениях от излучателя.

Указанная цель достигается тем, что гидроакустическая антенна указанного выше типа содержит также полуволновый металлический волновод-резонатор, который пересекает корпус в его передней, приемной части и закреплен в нем на участке своей узловой плоскости, а резонансный стержень укреплен с зазором на торцевой поверхности волновода-резонатора параллельно его продольной оси, например, с помощью нарезной шпильки.

Цельнометаллический волновод-резонатор имеет существенно более высокую добротность, чем составной резонатор из металла и керамики, как в прототипе, поскольку потери акустической энергии в металле незначительны (Бергман Л. Ультразвук. Л. 1957, с.398). Закрепление волновода-резонатора в корпусе антенны на участке узловой плоскости, также как крепление резонансного стержня непосредственно к волноводу-резонатору без механического контакта с другими элементами антенны, целесообразно с точки зрения дальнейшего снижения потерь акустической энергии. Избирательность резонансной системы, содержащей два полуволновых резонансных элемента волновод-резонатор и резонансный стержень, значительно выше, чем избирательность каждого из этих двух элементов, взятых по отдельности.

По имеющимся данным волноводы-резонаторы, выполняющие двойную функцию волновода для передачи акустических колебаний на основной резонансный стержень с преобразователем, а также первого плеча двойной резонансной системы, в гидроакустических антеннах ранее не использовались.

На чертеже приведена предлагаемая гидроакустическая антенна.

Полуволновый волновод-резонатор 1 выполнен в форме цилиндрического стержня и имеет длину λ/2 расчетной частоты. Диаметр его передней половины несколько больше диаметра задней половины. Он установлен в передней части металлического корпуса антенны 2. Место соединения снабжено кольцевым резиновым уплотнителем 3. На задней торцевой поверхности волновода-резонатора с помощью жесткой нарезной шпильки 4 укреплен полуволновый резонансный стержень 5, причем между торцевой поверхностью волновода-резонатора 1 и резонансного стержня 5 предусмотрен зазор. К свободной оконечности металлического резонансного стержня 5 приклеен активный пьезоэлектрический преобразователь 6. Электрический кабель 7, соединенный с электрическими обкладками пьезоэлемента, выведен через изолирующий вкладыш 8 в центральной части задней крышки 9 корпуса, снабженной герметизирующей кольцевой прокладкой 10.

Гидроакустическая антенна работает следующим образом.

Приходящие из водной среды звуковые колебания оказывают давление на наружную часть полуволнового волновода-резонатора 1, при этом через волновод-резонатор проходят колебания, совпадающие с его собственной резонансной частотой и частотами в узкой полосе вблизи резонанса. Эти колебания передаются через нарезную шпильку 4 на полуволновый резонансный стержень 5. Так как резонансный стержень находится в воздушной среде внутри корпуса антенны и не имеет механических контактов кроме волновода-резонатора, полоса рабочих частот вокруг его резонансной частоты еще более сужается. Благодаря этому полоса пропускания антенны уже, амплитуда колебаний при той же возбуждающей силе больше и, следовательно, выше чувствительность и помехозащищенность антенны. Колебания свободного торца резонансного стержня преобразуются в электрические колебания пьезоэлементов 6, которые выводятся по кабелю на усилитель.

Данная антенна имеет высокую избиpательность и малый уровень собственных шумов за счет хорошо выраженных резонансных свойств как волновода, так и резонансного стержня. Это позволяет производить прием акустических сигналов на больших расстояниях от источника и в зашумленных областях, например в кильватерной струе, где из-за сильной турбулентности воды велико затухание сигнала и высок уровень шумов. Эта антенна проста в изготовлении и настройке, обладает высокой надежностью и может использоваться при приеме сигналов от гидроакустических источников, работающих на фиксированных частотах в килогерцовом диапазоне.

Формула изобретения

ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ СТЕРЖНЕВАЯ РЕЗОНАНСНАЯ АНТЕННА, содержащая корпус и размещенный в нем полуволновый резонансный стержень, включающий металлическую накладку и активный пьезоэлемент, отличающаяся тем, что, с целью повышения избирательности и уменьшения собственных акустических помех, в нее введен полуволновый металлический волновод, соединенный с корпусом в своей узловой плоскости, торец волновода, расположенный внутри корпуса, и торец металлической накладки, свободный от пьезоэлемента, механически скреплены между собой с зазором.

РИСУНКИ

Рисунок 1