"Dacă, în timp ce vă aflați pe mare, lăsați gaura în țeava în apă și puneți celălalt capăt la ureche, atunci veți auzi navele care se depărtează în depărtare." Aceste cuvinte aparțin geniului lui Leonardo da Vinci, dar a durat secole să găsească o aplicație practică pentru acest fenomen.
Că zgomotul subacvatic de nave, submarine oferă testare auzi mult mai bine decât la suprafață, testerii observat imediat. Cu toate acestea, direcția de a le poate fi determinată cu o precizie de 90 °: un cap, de la pupa, din dreapta sau din partea stângă. De aceea, efectul bunei conductivități a apei a fost folosit pentru siguranța navigației și apoi pentru comunicarea subacvatică.
Schema stației hidrofonice a uzinei baltice este de aproximativ 1907:
1 - pompa de apă; 2 - conducte; 3 - regulator de presiune; 4 - obturator hidraulic electromagnetic (supapă telegrafică); 5 - cheie telegraf; 6 - Emițător hidraulic cu membrană; 7 - bordul navei; 8 - rezervor cu apă; 9 - microfon sigilat
În special, pentru a preveni pericolele de aterizare nave aground sau pietre în vizibilitate redusă a creat o subacvatice lovituri de clopot care ascultă prin coca navei, iar mai târziu cu un microfon carbon. Adevărat, gama clopotului nu a fost grozavă, iar în curând ideea a fost abandonată.
Primele stații de serie pentru comunicarea acustică a designului fabricii baltice în anii 1909-1910. instalat pe submarinele "Carp", "Pescher", "Sterlet", "Macrou" și "Perch". La instalarea stațiilor pe submarine pentru a reduce interferențele, receptorul a fost amplasat într-o pavilion specială tras în spatele pupiei prin cablu. Pentru o astfel de decizie britanicii au venit numai în timpul Primului Război Mondial. Această idee a fost uitată și numai la sfârșitul anilor 1950 a fost folosită din nou în diferite țări atunci când a fost creat un post de sonar sonar sonor.
În timpul utilizării stațiilor hidrofoane, a fost posibil să se detecteze zgomotul provenit de la navele care le utilizează. În ajunul primului război mondial, în experimentele din estuarul Bug zgomot barci mic port la o auditie 5 cabluri. Activitatea desfășurată în această direcție a condus la apariția în 1915 a primelor instrumente interne, prototipurile stațiilor de localizare a zgomotului. Hidrofoanele utilizate în aceste instalații au fost plasate în dispozitive speciale în formă de sabie, amplasate sub fundul navei. Instrumentele Fabrică din Marea Baltică, precum și firmele străine, ar putea funcționa numai la picioarele navei, iar distanța până la țintă nu a fost măsurată.
Primul război mondial în toate puterile navale, cu excepția Rusiei, a stimulat dezvoltarea hidroacustică. Rezultate deosebit de notabile au fost obținute de Germania și Marea Britanie. În Uniunea Sovietică, primii căutători de zgomot au apărut abia la începutul anilor 1930.
Traductor electroacustic
Elementul principal al oricărui sonar este un traductor electroacustic, care este denumit în mod obișnuit ca un vibrator, sau receptor, în funcție de direcția în care stația, sonare sau shumopelengatornuyu, el intră.
Principiul convertirii energiei fonice în energie electrică și în spate se bazează pe fenomene cunoscute din efectele fizice piezoelectrice și magnetostrictive. Efectul piezoelectric este posedat de unele tipuri de cristale. Consta in faptul ca cristalele isi schimba dimensiunile sub influenta tensiunii electrice aplicate si, invers, elibereaza sarcinile electrice daca cristalele sunt dimensionate prin comprimare sau stretching in anumite directii. Din cristale naturale acest efect este posedat de cuart și turmalină, din cristale artificiale - sare Rochelle și dihidrogenfosfat de amoniu. Deși sarea Rochelle se caracterizează printr-un efect piezoelectric pronunțat, se rupe la o temperatură de peste 55 ° C. Cuartul are o putere mult mai mare.
Efectul magnetostrictiv are așa-numitele materiale feromagnetice - fier, nichel, cobalt și aliajele lor. O tijă din material feromagnetic, introdusă într-un câmp magnetic, se deformează, adică dimensiunile sale scad sau se diminuează. Acest fenomen se numește efect de magnetostricție directă.
Diferitele materiale feromagnetice sunt deformate într-un câmp magnetic inegal: unele dintre ele sunt întinse, altele sunt comprimate. În acest fel, dobândesc proprietățile unui magnet. Când câmpul de magnetizare este îndepărtat, proprietățile magnetice ale tijei nu dispar, ci rămân pentru o lungă perioadă de timp (histerezis). O astfel de tijă magnetizată creează un câmp magnetic în jurul său. Rezistența acestui câmp este mai mare, cu atât mai mult a fost magnetizată tija. Dacă o astfel de tijă este supusă la deformare - la compresiune sau tensiune, atunci intensitatea câmpului magnetic în spațiul din jur se va schimba, și anume atunci când gradul de deformare a tijei ca și în cazul în care modificările magnetizare. Fenomenul schimbării gradului de magnetizare a tijei feromagnetice în timpul deformării sale se numește efect de magnetostricție inversă.
Efectele magnetostricției directe și inverse sunt utilizate în dispozitivele de observare hidroacustică, sonerele de ecou și, în general, în hidroacustice pentru emisia și recepția de vibrații sonore.
Locație pentru localizarea zgomotului
Stația de localizare a zgomotului este un mijloc de observație pasivă, care nu permite radiații, ceea ce face posibilă detectarea unui obiect zgomotos pe apă și sub apă și determinarea direcției spre acesta. Principalul avantaj al unei stații de control al zgomotului este secretul absolut al funcționării sale. Prin urmare, cele mai răspândite posturi de control al zgomotului au fost obținute pe submarine, pentru care stealth este cheia pentru combaterea succesului.
Stațiile de localizare a zgomotului din perioada celui de-al doilea război mondial aveau un dispozitiv similar. Receptoarele de bază include opt la câteva zeci de receptoare, elementul principal din care este un cristal de sare Rochelle, sau o tijă din material feromagnetic pentru conversia bazei de date de intrare a sunetului în energie electrică pe principiul efectului magnetostrictiv sau piezoelectric.
Diagrama bloc tipică a stației de control al zgomotului:
Receptorul feroelectric este recrutat din plăci subțiri din sare Rochelle. Între plăci se pune o folie de metal subțire - electrod. Plăcile și garniturile metalice sunt adăugate împreună. Pachetul rezultat este fixat între corpul receptorului și membrana acestuia. Presiunea undei sonore de intrare este transmis de membrana cristalului, suprafețele laterale ale care sunt formate sarcini electrice - diferența de potențial. Acesta din urmă este îndepărtat cu ajutorul unor electrozi.
Receptoarele din bază sunt dispuse în jurul unui cerc, al unei elipse sau liniar. Baza receptoarelor este situată în partea de jos a nasului submarinului. Firele de la receptoarele de bază sunt construite printr-o glandă specială în corpul accidentat al submarinului, unde se atașează la ieșirea compensatorului.
Compensatorul este proiectat să adauge tensiunile electrice care apar în toate receptoarele de bază într-o forță electromotoare rezultată dintr-o fază. Valul sonor ajunge în același timp la toți receptoarele. În primul rând - un prim receptor, apoi al doilea și al optulea, apoi la al treilea și al șaptelea, al șaselea și al patrulea și în cele din urmă, a cincea, cea mai îndepărtată de la primul receptor.
Compensatorul compensează schimbarea de timp între momentele de sosire a undei sonore la diferite receptoare de bază, întârziind oscilațiilor electrice cauzate în primele receptoare în raport cu alta. Este clar că compensatorul în primul rând întârzie oscilațiile electrice care apar în receptoarele situate în baza diametral opusă, de exemplu, în primul și al cincilea.
1 - plăci din sare Rochelle; 2 - electrozi; 3 - carcasa receptorului; 4 - membrană; 5 - Omentum
Compensatorul constă dintr-un număr mare de circuite individuale, fiecare dintre care include o bobină condensator și auto-inducție. Circuitele electrice sunt conectate în serie și formează un circuit de compensare comun. Din bazele electrice cunoscute că dacă circuitul electric format din un condensator și auto-inducție, alimentate cu tensiune electrică alternativ, tensiunea la bornele de ieșire este deplasată în faza în raport cu tensiunea de alimentare. Pe această proprietate, munca lanțului de întârziere a compensatorului se bazează.
Principiul compensatorului:
Ieșirea compensatorului primește oscilații electrice la intrarea amplificatorului, în cazul în care acestea cresc în amplitudine, în sute de mii de ori (în funcție de câștigul de amplificator). Dacă receptoarele funcționează în gama de frecvențe ultrasonice, amplificatorul, de asemenea, transformă oscilațiile de la ultrasunete în unde sonore.
În submarine sovietice în timpul al doilea război mondial au fost shumopelengatornye stație „Mars“ 8 au primit hidrofoane pentru M 12 hidrofoane tip C de tip submarin și u, cu hidrofoane 16 de tip K și L.
Împreună cu metoda maximă de determinare a direcției de zgomot, considerată mai sus, se aplică metoda de fază. Se bazează pe stabilirea diferenței de timp dintre sosirea sunetului de la țintă la două receptoare sau la două grupe de receptoare. Dacă perpendicularul la baza celor două receptoare este îndreptat precis către sursa de zgomot, atunci undele sonore ajung la ambele receptoare simultan. Tensiunile de semnal egale în fază și amplitudine apar în înfășurările magnetostrictive ale receptorului. Aceste tensiuni sunt aplicate la intrarea unui amplificator cu două canale având două transformatoare de intrare.
Locația stațiilor de localizare a sunetului: "Mars-8":
Într-un transformator sunt adăugate ambele tensiuni și amplificatorul amplifică tensiunea totală a canalului sum. Într-un alt transformator, o tensiune se scade din cealaltă, iar tensiunea diferențială este furnizat amplificatorului câștig al canalului diferență. Din canalul tensiunea sumă este furnizată la plăcile de deflexie pe verticală ale unui tub catodic, și de canal diferență - pe plăcile de deflexie pe orizontală. Deoarece tensiunea în acest caz, ambele receptoare egale în tensiune diferența de amplitudine și de fază este zero, iar la ecranul tubului este vizibil să fie linie dreaptă verticală. Dacă rotiți baza stânga sau din dreapta a receptorului la direcția sursei de zgomot, undele sonore ajung cele două receptoare non-simultane. Tensiunile de semnal care apar în receptoare vor diferi în fază. Cu cât unghiul de rotație al bazei, cu atât mai mare diferența de timp în trecerea vibrațiilor sonore către receptoare și cu atât mai mare faza mutat tensiune de receptoarele din stânga și dreapta. Amplitudinile de tensiune va rămâne aceeași, deoarece diferența de cale incomparabil mai mică decât distanța de la baza la sursa de sunet.
Principiul metodei fazei de control al zgomotului
Dispozitivul are un amplificator cu două canale (celula fazodvigayuschaya), care se mișcă ambele tensiuni în raport unul cu altul, la un unghi de 90 °. În consecință, la ieșirea canalului suma și o tensiune de diferență va fi întotdeauna în fază sau în antifază. Astfel, la rotirea bazei receptorului la un unghi apare la ieșirile amplificator două tensiuni nu sunt egale cu zero și nu aceeași mărime, dar, fie în fază sau decalate cu 180 °. Cu aceste tensiuni aplicate plăcilor de deflexie a tubului catodic, linia dreaptă înclinată apare pe ecranul său. Unghiul de înclinare al liniei depinde de raportul dintre amplitudinile de tensiune. În cazul în care amplitudinile sunt egale, unghiul de înclinare este de 45 ° (vectorul rezultant). Dacă una din tensiunile este zero, atunci linia situată respectiv vertical sau orizontal. partea panta ei arată în ce direcție în raport cu adevărata direcția axei țintă rotită de bază acustică. Astfel, pentru a determina direcția sursei de sunet (zapelengovat), suficientă pentru a stabili o bază într-o poziție în care tubul de pe ecran va fi vizibil linie dreaptă verticală. Unghiul de rotație al bazei la care linia este strict verticală și voință unghiul de schimb valutar la țintă.
Stația de stabilizare a sunetului Phoenix
Pentru a realiza metoda fazei de măsurare a direcției, este necesar să aveți fie o antenă mobilă plană, fie una cilindrică. De exemplu, prima post-război centrală de localizare a sunetului "Phoenix" avea ca sistem acustic o bază cilindrică de 132 receptoare magnetostrictive. Căutarea direcției nu se realizează prin rotația sa, ci prin compensarea electrică a diferenței de timp de sosire către receptoare a oscilațiilor sonore. În acest scop, legăturile circuitului de întârziere de la capacități și inductanțe sunt conectate între sistemul acustic și partea indicatoare a amplificatorului, care asigură întârzierea corespunzătoare a semnalelor electrice.
Schema bloc a controlorilor de zgomot cu urmărirea automată a țintei
Rotirea roții compensatorului și vizionarea o linie de pe ecran pentru a determina direcția de țintă, schema de hidrofoane introduce un număr de unități de întârziere care compensează pe deplin semnalele cale de diferență de la diferite receptoare. Pentru fiecare direcție de sosire a plății integrale a sunetului este numai într-o poziție specifică a săgeții compensatorului coincide cu lagărul exact al (unghi desigur) pe țintă. Apariția pe linia verticală a ecranului corespunde exact direcție.
La unele tipuri de regulatoare de zgomot, este prevăzut un dispozitiv pentru urmărirea automată a țintei. Se compune dintr-un sistem acustic, formarea unei caracteristici direcționale (compensator), a unui filtru de bandă, a unui indicator și, de asemenea, noduri și elemente care asigură urmărirea automată a țintei.
In lobul caz de hidrofoane din direcția țintă la un anumit unghi în Schema apare un semnal de eroare proporțional cu unghiul de deviație (eroare). După amplificare, semnalul este alimentat la elementele sistemului de urmărire și în motorul de acționare. Motor conectat mecanic cu un compensator, începe să se rotească, de cotitură direcția filei, astfel încât semnalul de eroare este adus la zero. Când fila are ca scop exact la țintă, semnalul de eroare va dispărea, iar motorul se oprește rotirea. În conformitate cu noua axa deviere de radiații de la motorul țintă începe să funcționeze din nou și întregul ciclu se repetă. Urmărirea sonar țintă automată facilitează foarte mult de lucru, care, în acest caz, pentru a găsi direcția sa nu este nevoie să se rotească compensatorul roata.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: