Приемная антенна прибора гидроакустической связи (стр. 2 из 3)

4 Расчет электроакустических параметров на резонансной частоте

Пьезоэлектрический диск с использованием пьезоэффекта – продольного:

D=2*a=0,276 м

Рис. 3

По учебному пособию [4] условие электромеханического резонанса при продольном пьезоэффекте – для сплошного стержня:

где:

l – размер стержня в направлении колебаний

Из условия при продольном пьезоэффекте, получается:

– резонансный размер преобразователя.

Коэффициент электромеханической трансформации (КЭМТ). При продольном пьезоэффекте:

Электромеханическая добротность:

где

(из справочника [4])

Ширина полосы пропускания:

Электрическая емкость:

где:

Электрический импеданс преобразователя:

при

активное сопротивление и импеданс:

и

где:

активное электрическое сопротивление потерь

активное электрическое сопротивление механическое

где:

r – сопротивление активное механическое,

где:

-

- безразмерный коэффициент активного сопротивления излучения,

-

- волновое сопротивление воды,

-

- акустико-механический КПД преобразователя,

Следовательно, активное сопротивление:

Электрический импеданс:

Активная составляющая: 2,165 Ом

Реактивная составляющая:

Ом

Электромеханический КПД при резонансе

5 Расчет чувствительности

Чувствительность приёмника при электромеханическом резонансе [4]:

где:

- Коэффициент электромеханической трансформации:

-

-

- безразмерный коэффициент активного сопротивления излучения

-

- волновое сопротивление воды

-

где:

Следовательно:

6 Определение толщины обтекателя

В качестве обтекателя антенны выберем звукопроводящую резину С-572, которая не создает дополнительных препятствий для прохождения звуковой волны. Свойства и применение резины: маслостойкая, электроизоляционные. Герметизация пьезоблоков, вводов, и соединений проводов и кабелей, уплотнительные прокладки, диафрагмы компенсаторов.

Данный выбор марки резины сделан на основании того факта, что она полностью удовлетворяет требованиям задания, скорость звука в ней близка к скорости звука в воде, а ее волновое сопротивление близко к (rc) воды и обеспечивает почти полное прохождение звука с минимальными потерями, которыми можно пренебречь. Кроме того, эту резину можно использовать на глубине до 400 метров, что удовлетворяет условию исходных данных, так как по заданию величина погружения 50 метров.

Толщину резины (dр) выбирается в зависимости от частоты. На частотах более 100 кГц (dр) ³ 5 мм. Примем толщину резины 10 мм с технологическим запасом.

,[2]

где

=1591,74 – волновое число

tp – коэффициент прохождения волны

h – толщина обтекателя

7 Описание конструкции антенны

Антенна с общим контуром герметизации делятся на антенны силовой и компенсированной конструкции. Контур герметизации антенны силовой конструкции полностью воспринимает на себя внешнее гидростатическое давление, и преобразователи антенны такой конструкции находятся при одном и том же давлении независимо от глубины погружения.

Преобразователь, входящий в состав проектируемой антенны, имеет силовую конструкцию. Внутренняя полость преобразователя заполнена воздухом.

Конструкция антенны изображена на сборочном чертеже и (рис 4), где :

1 – активный элемент;

2 – электроизоляционное основание, акустически мягкий экран – пористая резина марки 51-1415 (для глубин до 300 м);

3 – металлическое основание;

4 – обтекатель;

5 – защитная решетка;

6 – уплотнительная трубка;

7 – гайка;

8 – кольца уплотнительные;

9 – винты крепления защитной решетки;

10 – шайба;

11 – кабель соединительный.

Колебательная система состоит из пьезокерамического стержня.

В силовых конструкциях (рис. 4) забортное гидростатическое давление благодаря механической трансформации вызывает в активном элементе одностороннее напряжение (сжатие), т.к. внутренний объем корпуса заполнен воздухом при нормальном атмосферном давлении.

Данный пьезоэлектрический преобразователь представляет собой полуволновой электромеханический активный стержень, т.е. стрежневую систему с одной приемной накладкой, которая выполняет герметизацию внутренней полости преобразователя (силовой конструкции), которую заполняют воздухом или каким либо инертным газом, например элегазом (шестивтористой серой). Газ, заполняющий внутреннюю полость преобразователя, обеспечивает хорошую акустическую экранировку остальных элементов колебательной системы.

Рис. 4 Стержневой пьезокерамический преобразователь

8 Описание технологии сборки антенны