УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИНФРАНИЗКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ В МОРСКОЙ ВОДЕ
DEVICE FOR DETECTING INFRALOW FREQUENCY VIBRATIONS IN SEA WATER

Настоящее предлагаемое изобретение относится к морской технике, к гидроакустическим приборам.
Известно устройство для регистрации механических волн в жидких средах, содержащее электрод, находящийся в металлическом корпусе, потенциал которого регистрируется (1). Известное устройство имеет недостатки, которые заключаются в его низкой чувствительности и практически невозможности регистрировать частоты ниже 10 Гц.
Известно устройство для контроля микроперемещений водной среды, содержащее электроды, контактирующие с водой и включенные с регистратором в схему электрического моста (2). Данное устройство хотя и позволяет регистрировать инфранизкочастотные колебания, но также имеет низкую чувствительность, кроме того, известное устройство практически не имеет диаграммы направленности.
Целью настоящего изобретения является повышение чувствительности и сужение диаграммы направленности даже при регистрации колебаний ниже 0,01 Гц. Поставленная цель достигается тем, что электроды выполнены в виде прямоугольных сеток, расположенных параллельно себе и фронту акустической волны и находящихся в электропроводящем корпусе в виде короба (цилиндра), открытые концы которого перпендикулярны фронту волны. Кроме того, снаружи корпуса расположены полюса магнита, магнитное поле которого перпендикулярно направлению волны и параллельно длинной стороне электродов.
Расположение системы сеточных электродов, которые имеют большую площадь, в магнитном поле позволяет, используя силу Лоренца, регистрировать большие потоки ионов при перемещении волны в объеме датчика, что повышает чувствительность устройства, а помещение электродов в электропроводящий корпус позволяет сформировать сколь угодно узкую диаграмму направленности и устранить влияние внешних электрических полей, что в конечном итоге также увеличивает чувствительность устройства.
Возможность реализации
На Фиг.1 показан чертеж устройства для регистрации инфранизкочастотных колебаний в морской воде, оно содержит: три сеточных электрода - 1, расположенных параллельно друг другу и фронту распространения акустической волны Р. Электроды находятся в электропроводящем корпусе - 2 (показан пунктиром), открытом в направлении прохождения волны. Полюса постоянного магнита - 3 S и N образуют магнитное поле Н, в зазорах электродов, перпендикулярное распространению волны давления Р. Центральный электрод соединен с источником питания - 4 (Фиг.2), противоположный полюс которого через резисторы - 5 соединен с боковыми электродами, к которым подключен регистратор - 6.
На Фиг.2 показан чертеж, на котором изображен разрез электродов - 3 в плоскости, перпендикулярной магнитному полю, кружочками изображены положительные ионы морской воды.
Устройство работает следующим образом. При прохождении акустической волны через зону электродов частицы воды - ионы (поскольку в морской воде растворены соли) колеблются синхронно с волнами сжатия-растяжения вокруг центральной точки параллельно волне. Однако, поскольку движение происходит в магнитном поле, ионы отклоняются в соответствии с законом Лоренца и их траектория становится криволинейной (показано стрелками). Дополнительно благодаря источнику питания в межэлектродном промежутке существует постоянное электрическое поле (показано прямыми стрелками), которое усиливает эффект разложения продольной упругой волны в поперечную электрическую волну, адекватную механическим перемещениям частиц воды в пространстве электродов и магнитного поля. Таким образом, на крайних электродах возникает напряжение, отражающее прохождение акустической волны через описываемое устройство.
На Фиг.3 показана его эквивалентная электрическая схема, она представляет собой традиционный электрический мост, составленный резисторами - 5 и резисторами - 7, отражающими сопротивление межэлектродных промежутков. В диагональ моста включен регистратор - 6.
Предлагаемое устройство способно регистрировать акустическую волну любой частоты. Но в его названии сделан акцент именно на инфранизких частотах по той причине, что амплитуда продольного смещения частиц во фронте волны (при одинаковых энергетических параметров колебаний) обратно пропорциональна их частоте. Отклонение траектории частиц будет также пропорционально их продольному перемещению, которое отражает напряжение на электродах.
Необходимо указать на определенные ограничения, накладываемые электрохимическим характером устройства. Материал электродов должен быть из металлов платиновой группы, или химически нейтральным к морской соли (например, уголь). В противном случае произойдет их быстрое разрушение.
Чувствительность устройства будет определяться величиной магнитного поля и расстоянием между электродами. От первого - у него пропорциональная зависимость, от второго - обратно пропорциональная. Расстояние между электродами будет также определять диаграмму направленности при условии, что электроды будут находиться в электропроводящем корпусе (последний необходим для защиты как от электрических полей, так и от механических возмущений). Соотношение длины волны и продольного размера корпуса определит диаграмму направленности. Корпус устройства может иметь любую форму, в том числе и цилиндрическую, это определяется технологией изготовления.
Для дальнейшего увеличения чувствительности и сужения диаграммы направленности целесообразно выполнить устройство секционным, т.е. расположить во фронте волны несколько секций, показанных на Фиг.1.
Источники информации
1. Патент России №2129707.
2. Патент России №2390784.