Пояснительная записка к курсовому проекту. ПРИЕМНАЯ АНТЕННА ПРИБОРА ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Пояснительная записка к курсовому проекту

ПРИЕМНАЯ АНТЕННА ПРИБОРА ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

 

группа 53ИС1Т

Студент: Сёмин И.В.

 

 

Преподаватель: Огурцов Ю.П.

 

Санкт-Петербург

2005

Содержание

 

Введение

1 Расчет характеристик направленности и коэффициента осевой концентрации антенны

2 Выбор и обоснование колебательной системы

3 Выбор активного материала и определение размеров колебательной системы

4 Расчет электроакустических параметров на резонансной частоте

5 Расчет чувствительности

6 Определение толщины обтекателя

7 Описание конструкции антенны

8 Описание технологии сборки антенны

9 Расчет эффективности антенны

10 Описание методики измерения параметров и характеристик антенны: направленности

Заключение

Список литературы

 

Введение

 

Акустические волны – единственный вид излучения, способный распространяться в воде на большие расстояния благодаря сравнительно малому затуханию. Используя устройства, в основу которых положен принцип использования гидроакустического поля, можно решить массу технических задач: измерение глубины, определение рельефа дна, безопасность судовождения, добыча полезных ископаемых, коммуникация в водной среде и многое другое.

Для излучения и приема акустических волн в водной среде используют тела, поверхности которых способны совершать акустические колебания.

Процесс преобразования электрической энергии в акустическую выполняют подводные электроакустические излучатели и приемники, входящие в состав антенны, и называемые гидроакустическими преобразователями. (ГАП)

В данной курсовой работе необходимо рассчитать и разработать конструкцию приемной гидроакустической антенны для навигационной системы. Носителем антенны является подводный пловец, максимальная глубина погружения 50 метров. Конструкция антенны силовая, по типу одиночный преобразователь с пьезоэлектрическим типом преобразования. Колебательная система – стержневая.

 

Расчет характеристик направленности и коэффициента осевой концентрации антенны

 

Направленность антенны представляет зависимость ЭДС на выходе (или чувствительности) приемника от направления падающей на его диафрагму плоской волны.

Направленность антенны можно рассматривать как её способность принимать звуковую энергию в определенном телесном угле.

По исходным данным известно, что вид характеристики направленности – осе симметричная, следовательно рабочая поверхность круглая и для расчета характеристики направленности будем использовать следующую формулу [1]:

 

 

Где:

J1 – функция Бесселя;

λ – длина волны в воде на частоте резонанса;

а – радиус диафрагмы;

 

l =  =  = 0, 004 м

 

по заданию:

c = 1500 м/с

f = 380 кГц

[3]

 

а=0, 138м

 

Рис.1 Диаграмма направленности антенны при θ 0-90°

Рис.2 Диаграмма направленности антенны при θ 0-2°

 

Коэффициент осевой концентрации антенны характеризует направленные свойства приемника при падении на его диафрагму волн со всех направлений, например от источников помех. Эта величина, К0 показывает во сколько раз меньшая энергия помех от равномерно распределенных источников в окружающем пространстве воздействует на направленный приемник, чем на ненаправленный. Иначе, К0 оценивает степень подавления помех, т.е. помехоустойчивость ГАП в режиме приема.

Коэффициент осевой концентрации – отношение квадрата чувствительности в максимальном направлении к среднему квадрату чувствительности во всех направлениях.

 

К0 =

Где:

S – площадь рабочей поверхности излучателя

= 0, 004 м

 

 

К0 = 48160

 

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

 

 

 

Расчет чувствительности

 

Чувствительность приёмника при электромеханическом резонансе [4]:

 

где:

- Коэффициент электромеханической трансформации:

 

-

- - безразмерный коэффициент активного сопротивления излучения

- - волновое сопротивление воды

-

где:

 

Следовательно:

 

 

Рис. 4 Стержневой пьезокерамический преобразователь

Заключение

В данном курсовом проекте была разработана приемной антенны прибора гидроакустической связи. Данная антенна обладает хорошей чувствительностью при приеме, характеристикой направленности и коэффициентом осевой концентрации.

Технические характеристики:

- Диапазон рабочей частоты 380 кГц;

- Полоса частот 7, 427 кГц;

- Осе симметричный вид направленности;

- Пьезоэлектрический принцип преобразования;

- Конструкция антенны силовая;

- Тип антенны одиночный преобразователь;

- Стержневая полуволновая колебательная система;

- Материал излучателя пьезокерамики ЦТБС-3;

- Носителем антенны является подводный пловец.

- Чувствительность в режиме приема ;

В технологии сборки были приложены все усилия, чтобы система работала эффективно, без сбоев, и прослужила долгое время.

Но недостатки все-таки существуют. Самый существенный из них, который снижает эффективность антенны, это то, что активный диск сделан из составных частей. Конечно, влияние также оказывает тот факт, что сроки работы данной антенны будут снижены из-за несовершенства материалов, которые были использованы при изготовлении, а также представителей морской флоры, которые, со временем, будут закрепляться на ее поверхности.

Но в целом, данная антенна отвечает всем требованиям и обещает выполнять свои функции эффективно, качественно и длительное время.

Список литературы

 

1. Г.М. Свердлин «Прикладная гидроакустика»

a. Издательство «Судостроение», 1990 год.

2. Г.М. Свердлин «Прикладная гидроакустика», 1990 г.

3. Г.М. Свердлин «Гидроакустические преобразователи и антенны», Издательство «Судостроение», 1987год.

4. Учебное пособие «Расчет преобразователей» Г.М. Свердлин, Ю.П. Огурцов. Издательство ЛКИ, 1976 год.

5. Подводные электроакустические преобразователи. Справочник.

a. Издательство «Судостроение», 1983 год.

6. А.Е. Колесников «Акустические измерения» Издательство «Судостроение», 1983 год.

Пояснительная записка к курсовому проекту

123Следующая ⇒

Поделиться: