Датчик вертикального перемещения акустической системы для экологического мониторинга водной акватории

ДАТЧИК ВЕРТИКАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ВОДНОЙ

АКВАТОРИИ

В. А. Воронин, И. А. Кириченко

Development and investigation problems of designing a sensor for vertical moving compensations of an acoustic system for ecological monitoring of water systems are considered.

Развитие технических средств экологических исследований и повышение требований к проведению экологического мониторинга водной экосистемы приводит к расширению круга решаемых с помощью гидроакустических средств задач, поиску новых методов разработки аппаратуры, математических и физических моделей водной экосистемы. Эти требования можно также отнести и к вопросам, связанным с повышением достоверности информации о проводимых экологических исследованиях. Важное место в таких исследованиях занимает профилирование водной акватории. В реальных условия движение носителя и волнение поверхности водной акватории приводят к искажению получаемой информации за счет вертикальных перемещений акустической системы. Поэтому возникает задача измерения и компенсации вертикальных перемещений.

В основу измерения вертикального перемещения положен метод, базирующийся на измерении ускорения. 'Используется система биморфных элементов, равномерно нагруженных по краю круглой пластины и жестко опертых в центре на стержень. На выходе датчика вертикального перемещения (ДП) получаем напряжение, амплитуда которого пропорциональна ускорению объекта (в вертикальной плоскости), на которую установлен ДП. В данной схеме применена система из двух практически одинаковых биморфных пластин, отличие которых заключается лишь в полярности электрического соединения пьезокерамического кольца с общей шиной. Такое противофазное включение двух биморфных элементов позволяет в электронном блоке ДП использовать разностный усилитель, который позволяет существенно снизить уровень случайных шумов и синфазных помех, приведенных ко входу усилителя. Кроме того, такое включение позволяет увеличить в два раза величину сигнала на выходе разностного усилителя, так как полезные сигналы в этом случае являются противофазными и суммируются на нагрузке.

Так как электромеханическая часть ДП является широкополосной системой и позволяет принимать сигналы в диапазоне практически от 0 до 5000 Гц, а в качестве полезного сигнала использованы достаточно низкочастотные гармонические перемещения объекта, пропорциональные периоду качки, то после суммирования сигнал поступает на фильтр нижних частот с частотой среза порядка 2 Гц. На выходе фильтра получаем напряжение, амплитуда ко-

96

Всероссийская научная конференция с международным участие.^

торого пропорциональна только ускорению объекта, а все другие сигналы, принимаемые ДП (вибрации, электромагнитные наводки, сигналы, прошедшие по воздушному акустическому каналу) оказываются за пределами полосы пропускания фильтра ДП. Так как амплитуда напряжения на выходе ДП изменяет не только величину, но и полярность, относительно нулевого уровня, то выход фильтра соединен с инвертирующим входом второго разностного усилителя, на неинвертирующий вход которого подано постоянное опорное напряжение. В результате на выходе получаем напряжение положительной полярности, амплитуда которого в состоянии покоя ДП равна Uori , а при вертикальных перемещениях изменяется от 0 до 2 U0[7 Подавая этот сигнал на вход генератора, управляемого напряжением, можно получить сигнал, частота которого пропорциональна ускорению объекта установки ДП.

Лабораторные исследования ДП проводились с целью определения его чувствительности в условиях искусственной качки. Искусственная качка создавалась при следующих условиях: ДП закреплялся на конце рычага из металлического профиля на расстоянии 1 м от точки опоры рычага. Создавалось качание датчика с периодом порядка 2 с. Отклонение от положения покоя ДП составляло 0,5 м. На выходе ДП изменение амплитуды составило symbol 177 \f "Times New Roman" \s ! 2±0,02 В. Визуальное наблюдение изменение уровня напряжения на экране осциллографа показало, что у исследуемого датчика зависимость амплитуды выходного напряжения подвержена влиянию паразитных вибраций и толчков, которые присутствуют в условиях эксперимента. Применение фильтра нижних частот позволяет практически устранить влияние паразитных механических помех. Влияние помех после фильтра проявляется только при ударах непосредственно по-корпусу датчика.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ АКУСТИЧЕСКИХ АНТЕНН ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ВОДНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ

В. А. Воронин, И. А. Кириченко (ТРТУ, г. Таганрог.j

Results of theoretical and experimental investigations of using the parametric arrays for solving a problem of inverse volume diffusing a sound and results of hydrophysic fields of water ecosystem modeling are considered.

Одной из задач экологических исследований является дистанционное зондирование водной среды с целью измерения обратного объемного рассеяния звука как от самой водной среды, так и от донных осадков, которое всегда содержит обширную информацию о неоднородностях среды распространения звука.

97

Всероссийская научная конференция с международным участием