АНТЕННАЯ СИСТЕМА ЭХОЛОТА И ГИДРОЛОКАТОРА БОКОВОГО ОБЗОРА

Настоящая полезная модель относится к области конструирования гидроакустической аппаратуры, в частности, антенных устройств эхолотов и гидролокаторов бокового обзора.
Для выполнения промерных работ и обследования дна в морях и внутренних водоемах используются эхолоты, с помощью которых производится измерение глубины под судном - носителем аппаратуры, и гидролокаторы бокового обзора (ГБО), позволяющие обнаруживать находящиеся на дне объекты в стороне от судна (см., например, А.В. Богородский, Г.В. Яковлев, Е.А. Корепин, А.К. Должиков. «Гидроакустическая техника исследования и освоения океана». - Л.: Гидрометеоиздат, 1984). В состав эхолотов и ГБО входят аппаратные части, располагающиеся на борту судна, и гидроакустические антенны, обеспечивающие пространственно - избирательные излучение и прием звуковых колебаний в водной среде.
При размещении указанной аппаратуры на средних и малых судах широко применяется установка гидроакустических антенн на забортных устройствах, позволяющая избежать дорогостоящих доковых работ и оперативно сменять антенны.
Пространственная избирательность антенны определяется ее характеристикой направленности, форма и ширина которой зависит от рабочей частоты, размеров рабочей поверхности активной части антенны и от системы экранирования нерабочих поверхностей активной части - тыльных и боковых акустических экранов, обеспечивающих преимущественное излучение (прием) звука в заданном направлении.
В промерном эхолоте используется осесимметричная или близкая к таковой характеристика направленности шириной 5°-15°, ось которой при эксплуатационном положении антенны перпендикулярна к поверхности воды. Такая ширина характеристики направленности обеспечивается при волновых размерах рабочей поверхности активной части антенны порядка 12λ-4λ, где λ - длина звуковой волны в воде на рабочей частоте. Активная часть антенны промерного эхолота при относительно высокой (порядка 50 кГц и более) рабочей частоте в общем случае содержит набор пьезоэлектрических электроакустических преобразователей и акустические экраны, которые совместно с преобразователями образуют блок преобразователей эхолота. Электрические выводы преобразователей блока соединяются между собой и с выводами блока преобразователей. При рабочей частоте порядка 200 кГц и более активная часть может содержать один плоский преобразователь, который совместно с акустическими экранами образует блок преобразователя.
В ГБО используются характеристики направленности, обладающие выраженной асимметрией:
- в плоскости, параллельной направлению движения носителя ГБО, характеристика направленности имеет ширину порядка 1,5° и менее, что соответствует волновому размеру рабочей поверхности активной части антенны не менее 30 λ;
- в плоскости, перпендикулярной направлению движения носителя ГБО, ширина характеристики направленности лежит в пределах 40°-70°, что соответствует волновому размеру рабочей поверхности активной части антенны λ-0,5 λ. При эксплуатационном положении антенны ГБО ось этой характеристики направленности направлена (наклонена) под некоторым углом к поверхности воды (обычно этот угол лежит в пределах от 10 до 25 градусов).
При таких размерах активная часть антенны ГБО содержит набор пьезоэлектрических электроакустических преобразователей, расположенных вдоль одной линии, и акустические экраны, которые совместно с преобразователями образуют блок преобразователей ГБО.
После герметизации блок преобразователей эхолота превращается в гидроакустическую антенну эхолота, блок преобразователей ГБО - в гидроакустическую антенну ГБО.
Таким образом, при использовании эхолота и ГБО с установкой их антенн на забортном устройстве необходима установка на указанном устройстве двух антенн - антенны эхолота и антенны ГБО, а также прокладка от каждой антенны линии электрической связи (кабельной трассы) к надводной части аппаратуры.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание антенной системы эхолота и ГБО как единого устройства, акустически активными элементами которого являются блок преобразователей (преобразователя) эхолота и блок преобразователей ГБО.
Технический результат полезной модели достигается тем, что антенная система эхолота и гидролокатора бокового обзора содержит блок электроакустических преобразователей (преобразователя) эхолота, блок электроакустических преобразователей гидролокатора бокового обзора, основание и общий электрический вывод указанных блоков в виде многожильного кабеля, указанные блоки прикреплены к основанию и совместно с основанием герметизированы полимерным материалом. К основанию может быть прикреплена втулка, которая выведена из полимерного материала и имеет фланец, предназначенный для крепления антенной системы, а кабель введен в полимерный материал через указанную втулку.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков и проявляющимся при использовании заявляемой полезной модели, является уменьшение количества устанавливаемых на забортном устройстве антенных устройств и кабельных трасс.
Полезная модель поясняется чертежами, приведенными на Фиг. 1 и Фиг. 2, а также фотографией, приведенной на Фиг. 3.
На Фиг. 1 изображен вид заявляемой антенной системы со стороны рабочей поверхности блока электроакустических преобразователей ГБО, на Фиг. 2 - вид со стороны одного из торцов (по стрелке А Фиг. 1); на Фиг. 3 приведена фотография одной из изготовленных заявителем антенных систем.
Антенная система содержит блок электроакустических преобразователей 1 эхолота и блок электроакустических преобразователей 2 гидролокатора бокового обзора. Указанные блоки прикреплены к общему основанию 3 таким образом, что их рабочие поверхности располагаются под углом, обеспечивающим необходимый наклон оси ХН ГБО (на Фиг. 2 направление оси характеристики направленности блока преобразователей 1 эхолота обозначено стрелкой «Э», оси характеристики направленности блока преобразователей 2 ГБО - стрелкой «ГБО»).
Блоки 1 и 2 герметизированы совместно с основанием 3 полимерным материалом 4. На Фиг. 1 и Фиг. 2 внешний контур полимерного материала 4 (контур герметизации) показан пунктиром, полимерный материал показан прозрачным. Для герметизации используется материал, величина акустического сопротивления которого близка к величине акустического сопротивления воды (например, полиуретан). С целью снижения нагрузки на штангу забортного устройства контуру герметизации придана обтекаемая форма (цилиндр с полусферическими торцевыми окончаниями).
Электрический вывод антенной системы является общим для обоих блоков 1 и 2 и выполнен в виде кабеля 5, имеющего необходимое количество жил, с которыми в полимерном материале электрически соединены выводы блоков (выводы блоков на Фиг. З и Фиг. 4 не показаны).
Из контура герметизации выведена втулка 6 с фланцем 7, предназначенным для крепления антенной системы к ответному фланцу штанги судового забортного устройства. Кабель 5 вводится в полимерный материал через втулку 6 и фланец 7 и, таким образом, может быть расположен внутри трубчатой штанги забортного устройства, что позволяет исключить повреждения кабеля водой и находящимися в ней предметами при движении антенной системы.
Конструкция антенной системы, приведенная на Фиг. 1 и Фиг. 2, содержит один блок преобразователей ГБО, соответственно, при ее использовании обеспечивается боковой обзор по одному траверзу судна. Для обеспечения бокового обзора по обоим траверзам антенная система может содержать два расположенных симметрично блока преобразователей ГБО.
Форма контура герметизации, количество и устройство блоков преобразователей, а также конструкция элементов крепления антенной системы не влияют на возможность использования заявляемой модели.
Заявляемая антенная система работает следующим образом.
Э
При подведении к блоку преобразователей 1 эхолота электрического напряжения частоты F в воду через полимерный материал 4 излучаются гидроакустические сигналы той же частоты. Вернувшиеся к блоку преобразователей 1 отраженные от дна гидроакустические сигналы преобразуются в электрические сигналы, транслирующиеся в аппаратную часть эхолота, где измеряется промежуток времени между временами излучения и приема гидроакустических сигналов, использующийся после обработки для определения и визуализации глубины под антенной эхолота.
ГБО
При подведении к блоку преобразователей 2 ГБО электрического напряжения частоты F в воду излучаются через полимерный материал гидроакустические сигналы той же частоты. К блоку преобразователей 2 возвращаются гидроакустические сигналы, представляющие суперпозицию полезных сигналов, отраженных от находящихся в воде (в том числе на дне) объектов, и паразитных сигналов, обусловленных реверберацией (донной, объемной и поверхностной). Эти сигналы преобразуются в электрические сигналы, транслирующиеся в аппаратную часть ГБО, где производится их обработка, направленная на выделение полезных сигналов, и визуализация.
Э
ГБО
Для исключения взаимных помех частоты F и F должны отличаться настолько, чтобы была возможна частотная фильтрация принятых сигналов в приемных трактах.
В соответствии с настоящей полезной моделью заявителем изготовлены две антенные системы:
- антенная система эхолота с рабочей частотой 200 кГц и ГБО с рабочей частотой 100 кГц, в которой антенна эхолота имеет характеристики направленности шириной 5°×8°, антенна ГБО имеет характеристики направленности шириной 1,4×45°; длина антенной системы 750 мм, диаметр 100 мм;
- антенная система эхолота с рабочей частотой 270 кГц и ГБО с рабочей частотой 200 кГц, в которой антенна эхолота имеет характеристики направленности шириной 8°×10°, антенна ГБО имеет характеристики направленности шириной 1,3×40°; длина антенной системы 510 мм, диаметр 65 мм.
Фотография одной из указанных антенных систем приведена на Фиг. 3.
Обе антенных системы успешно прошли лабораторные и морские испытания в составе эхолотов и ГБО с указанными рабочими частотами.
Полезная модель может найти применение при разработке эхолотов и гидролокаторов бокового обзора, антенные устройства которых устанавливаются на судовых забортных устройствах.