ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ БУКСИРУЕМАЯ АНТЕННА ДЛЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАБОТ
HYDROACOUSTIC TRAILING ANTENNA FOR GEOPHYSICAL WORK

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в морях, океанах, пресноводных водоемах в качестве геофизической косы для проведения исследований и обеспечения инженерно-геофизических работ на морском дне.
Известно устройство гидроакустической буксируемой антенны, содержащее наружную герметичную оболочку из поливинилхлорида, внутри которой расположен силовой элемент в виде якоря-фала с концевым телом, датчики курса и глубины, антенные модули в виде расположенных вдоль оси гидрофонов из пьезокерамики, соединенные с блоком фильтрации и усиления, блоки частотного или временного уплотнения и линию связи. (Ю.А.Корякин и др. ФГУП «ЦНИИ» Морфизприбор», Корабельная гидроакустическая техника, изд-во «Наука», Санкт-Петербург, 2004 г., стр.191-193).
Недостатками известного устройства являются неудобства при операциях постановки и выборки антенны из-за большого диаметра и веса, нестойкость к ударным нагрузкам из-за хрупкости пьезокерамики, а также необходимость использования большого количества каналов передачи информации.
Известно устройство гидроакустической буксируемой антенны, в которой сокращено количество каналов передачи информации за счет того, что она содержит ряд объединенных в одном шланге линейных эквидистантных субантенн, в каждую из которых входят гидроакустические преобразователи, фазовые центры которых размещены на расстоянии, равном половине длины волны верхней частоты диапазона субантенны, предварительные усилители и линии передачи информации к бортовой аппаратуре, при этом каждый преобразователь, усилитель и линия передачи соединены последовательно, образуя приемный канал, а каждая субантенна поделена на определенное число эквидистантных групп с определенным числом приемных каналов в группе (Патент РФ №1840453 А1, МПК G01S 7/52, 2006 г.).
Недостатками этого устройства являются неудобства при операциях постановки и выборки антенны из-за большого диаметра и веса, нестойкость к ударным нагрузкам из-за хрупкости пьезокерамики.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к предлагаемому устройству является гидроакустическая буксируемая антенна для геофизических работ, содержащая пьезоэлектрические приемники, состоящие из двух одинаковых чувствительных пьезоэлементов, герметичных корпусов с вмонтированными в них электронными платами с дифференциальными усилителями, к входам которых противофазно подключены чувствительные пьзоэлементы, а к выходу - аналого-цифровые преобразователи, выходы которых подключены к цифровой линии связи, линию питания и силовой трос из прочных эластичных нитей (Цифровая кабельная антенна. Сборник трудов ИПФ РАН, Нижний Новгород, Изд-во ИПФ РАН, 2002 г., стр.50-57).
Недостатком этого устройства является высокая средняя плотность гидроакустического приемника, выполненного из пьезокерамики и, как следствие, отрицательная плавучесть, т.е. невозможность достижения на ее основе малого диаметра антенны из таких приемников, и небольшая глубоководность из-за недостаточной прочности пьезокерамики.
Техническим результатом изобретения является снижение диаметра антенны при повышенной помехозащищенности от электромагнитных помех повышенной глубоководности.
Технический результат достигается за счет того, что в гидроакустической буксируемой антенне для геофизических работ, содержащей пьезоэлектрические приемники, состоящие из двух одинаковых чувствительных пьезоэлементов, герметичных корпусов с вмонтированными в них электронными платами с дифференциальными усилителями, к входам которых противофазно подключены чувствительные пьзоэлементы, а к выходам аналого-цифровые преобразователи, выходы которых подключены к цифровой линии связи, линию питания и силовой трос из прочных эластичных нитей, чувствительные элементы выполнены из пьезоэлектрической пленки с нанесенным на ее поверхности и прочно сцепленным с ними электропроводящим покрытием - электродами, корпуса выполнены в виде тонкостенных цилиндров из прочного пластика, на внутреннюю поверхность которых наклеены соответственно два одинаковых чувствительных пленочных пьезоэлемента из электрически поляризованной пьезоэлектрической пленки, при этом направление вытяжки пленки направлено по окружности, причем пленки приклеены к внутренней поверхности цилиндров сторонами с противоположными знаками полюсов электрической поляризации, а торцы цилиндрических корпусов закрыты крышками.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез отрезка антенны и приемников.
Гидроакустическая буксируемая антенна для геофизических работ содержит пьезоэлектрические приемники, состоящие из двух чувствительных пьезоэлементов 1 и 2, выполненных из электрически поляризованной пьезопленки, приклеенных к внутренней цилиндрической стороне выполненных из прочного полимерного материала, например капролона, корпусов 3 сторонами с разными полюсами поляризации, корпуса закрыты крышками 9, внутри корпусов 3 располагаются также платы 4 дифференциальных усилителей и платы 5 аналого-цифровых преобразователей, чувствительные пьезоэлементы 1 и 2 подключены к входам дифференциальных усилителей 4, выходы которых подключены ко входам аналого - цифровых преобразователей 5, а их выходы подключены через герметичные контакты 6 к жгуту линий связи и питания 7, силовой элемент 8 в виде троса из эластичных нитей типа «кевлар» пропущен по оси корпусов 3 через герметично закрепленную в крышках 9 корпусов 3 трубки 10 при этом в полости корпусов 11 остается достаточно заполненного воздухом пространства, что обеспечивает плавучесть, близкую к нейтральной самого пьезоэлектрического приемника в целом, сами корпуса снаружи покрыты герметизирующим слоем 12, например, из полиуретана, при этом все элементы антенны помещены во внешнюю кабельную оболочку 13, заполненную герметизирующим электроизоляционным вязким материалом 14, например резиновой смесью на основе каучука.
Устройство работает следующим образом. При расположении антенны в воде на поверхности цилиндрических приемников падают акустические волны, создавая за счет пьезоэффекта в чувствительных пьезоэлементах 1 и 2, выполненных из электрически поляризованной пьезопленки, приклеенных к внутренней цилиндрической поверхности корпусов 3 сторонами с разными полюсами поляризации электрический сигнал, пропорциональный деформации цилиндрического корпуса и, соответственно, приклеенной к нему пьезопленки. При этом сигналы с каждого из двух пьезопленочных чувствительных элементов 1 и 2 противофазны и, следовательно, в дифференциальных усилителях 4, регистрирующих разность сигналов, складываются, т.к. имеют противоположные знаки, сигналы же электромагнитных помех, попадающие на входы дифференциальных усилителей 4 синфазны (одинаковы по знаку) и они вычитаются. С выходов дифференциальных усилителей 4 сигналы подаются на входы аналогово-цифровых преобразователей 5, оцифровываются и передаются в цифровом виде по линии связи к бортовой аппаратуре обработки. Силовой элемент 8 (трос из сверхпрочных нитей, например, кевлара) расположен по оси антенны, жгуты линии связи и питания 7 (витые пары) протянуты между приемниками и подключены через герметичные контакты 6 к соответствующим проводящим дорожкам плат дифференциальных усилителей 4 и аналого-цифровых преобразователей 5. Цилиндрические участки между приемниками заполнены вязкой и липкой резиновой смесью на основе каучука, которая держит форму, сохраняя один и тот же диаметр по всей длине антенны перед нанесением методом экструзии эластичной оболочки, например, из эластолана. Это позволяет изготовить антенну малого диаметра без выступающих частей. За счет меньшей плотности эластичных пьезоматериалов антенна легче и может иметь при сохранении нейтральной плавучести в несколько раз меньший диаметр, чем антенны на основе пьезокерамики, занимая при той же длине в несколько раз меньший объем. Использование пьезопленки, наклеиваемой на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса из прочного легкого полимерного материала, например капролона, позволяет достигать большей глубоководности не только при сохранении чувствительности, но и за счет трансформации механических напряжений увеличения ее в отношении радиуса к толщине цилиндра при близких модулях Юнга материалов пьезопленки и корпуса. При использовании более легких и тонких антенн при буксировке требуется меньшая сила, а следовательно, достаточны маломерные суда для работы с такими антеннами, что составляет большую экономию средств на соответствующие дорогостоящие геофизические работы.