КОМБИНИРОВАННЫЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК
COMBINED HYDROACOUSTIC RECEIVER

Изобретение относится к измерительной технике и гидроакустике и может быть использовано для измерения интенсивности гидроакустических шумов в натурных условиях.
Известен комбинированный гидроакустический приемник (КГП), содержащий гидрофон и приемник градиента давления, в состав которого входят сферический полый корпус, пьезоэлементы и груз, контактирующий с корпусом через пьезоэлементы, установленные на одинаковых расстояниях от центра сферического корпуса по трем взаимно ортогональным осям по два пьезоэлемента на каждый канал, а также регистраторы трех компонент колебательной скорости и звукового давления / А. С. СССР №1014154, кл. H04R 1/06, 1983/.
Данный КГП принят за прототип.
Недостатком прототипа является наличие в первичном преобразователе КГП пространственно разнесенных гидрофона и трех приемников компонент колебательной скорости звуковой волны.
Это усложняет конструкцию первичного преобразователя и вносит погрешности в результаты измерений.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является упрощение первичного преобразователя КГП за счет устранения из его конструкции гидрофона без потери измерительной информации о параметрах звуковой волны.
Данный технический результат достигают за счет того, что известный комбинированный гидроакустический приемник, содержащий сферический полый корпус с элементами упругого подвеса, пьезоэлементы и груз, контактирующий с корпусом через пьезоэлементы, установленные на одинаковых расстояниях от центра сферического корпуса по трем взаимно ортогональным осям по два пьезоэлемента на каждый канал, а также регистраторы трех компонент колебательной скорости и звукового давления, дополнительно содержит сумматор, три вычитающих устройства по одному на каждый канал и шесть предварительных усилителей, три из которых выполнены с регулируемым коэффициентом усиления, при этом все пьезоэлементы выполнены с одинаковой полярностью, в каждый канал входят предварительный усилитель и предварительный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, положительные электроды каждой пары пьезоэлементов соединены через соответствующие предварительные усилители с входами соответствующего вычитающего устройства и подключены к входам сумматора, а отрицательные соединены с землей, причем выходы вычитающих устройств подключены к входам регистраторов, соответствующих компонент колебательной скорости, а выход сумматора - к регистратору звукового давления.
КГП дополнительно может содержать конденсаторы, установленные на электрической плате, электрическая емкость которых равна электрической емкости соответствующего пьезоэлемента, при этом конденсаторы и пьезоэлементы каналов выполнены с возможностью их подключения к соответствующим усилителям.
Сферический корпус может быть расположен в корзине, выполненной из упругих колец, соединенных в ячейки. При этом упругие кольца корзины выполнены из резины.
Упругие элементы подвеса сферического корпуса могут быть выполнены из резины.
Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 представлена схема приемника, на фиг. 2 - его электрическая схема.
КГП содержит центрально симметричный полый корпус 1, контактирующий как в прототипе с грузом 2 через пары пьезоэлементов 3, 4, 5, установленных на равных расстояниях от центра в трех взаимно ортогональных направлениях X, Y, Z по два на каждый измерительный канал (на фиг. 1 оцифрован только один пьезоэлемент 3, а на фиг. 2 оцифрованы все пьезоэлементы 3, 4, 5).
Корпус 1 соединен с элементами упругого подвеса 6.
КГП содержит также кабель 7 и разъем 8.
Сферический корпус 1 КГП расположен в корзине, выполненной из упругих колец, соединенных в ячейки из резины (на чертеже не показаны).
Упругие элементы подвеса также выполнены из резины и закреплены между жесткой рамой (отдельно не оцифрованной) и корпусом 1.
Электрическая схема (фиг. 2) КГП помимо пар пьезоэлементов 3, 4, 5 включает в себя шесть предварительных усилителей 9, 10, 11, 12, 13, 14, три из которых 9, 11, 13 выполнены с регулируемым коэффициентом усиления.
Имеется также три вычитающих устройства 15, 16, 17 и сумматор 18.
Схема электрических соединений представлена на фиг. 2.
Все пьезоэлементы КГП выполнены с одинаковой полярностью и соединены через предварительные усилители с входами вычитающих устройств.
Так положительные электроды пар пьезоэлементов 3 соединены через предварительные усилители 9, 10 с входами вычитающего устройства 15, выход которого подключен к регистратору канала колебательной скорости X (на фиг. 2 не показан).
Отрицательные электроды пьезоэлементов 3, 4, 5 попарно заземлены, как показано на фиг. 2 (на фиг. 1 показан заземляющий провод 19).
Аналогичные электрические соединения имеют место в каналах Y и Z.
Имеются также калибровочные конденсаторы, электрическая емкость которых равна электрической емкости соответствующего измерительного канала. При этом конденсаторы и пьезоэлементы каналов выполнены с возможностью их подключения к соответствующим усилителям каналов X, Y, Z.
КГП работает следующим образом.
Когда КГП находится в звуковой волне, на пьезоэлементы действует сила, складывающаяся из двух составляющих. Первая составляющая возникает из-за действия акустического давления, которое, деформируя корпус КГП, воздействует на пьезоэлементы. Вторая составляющая обусловлена действием акустического градиента давления, приводящего в движение КГП, при этом сила инерции груза воздействует на пьезоэлементы. Сигналы на пьезоэлементах, возникающие из-за действия давления, - одинаковой полярности. А сигналы, возникающие на паре пьезоэлементов, установленных вдоль каждой оси, - противоположной полярности.
Перед началом работы с помощью предварительных усилителей 9, 11, 13 устанавливаются одинаковые чувствительности пары преобразователей, установленных соответственно в каналах X, Y, Z.
В качестве тестового сигнала можно использовать, например, виброколебания (вибростенда).
x
y
z
p
Сигнал поступает после усилителей 9…14 на соответствующие вычитающие устройства 15, 16, 17. При этом после вычитающих устройств получаются сигналы U, U, U, пропорциональные величинам колебательных скоростей в звуковой волне в заданных направлениях X, Y, Z, а на выходе сумматора 18 формируется сигнал U, пропорциональный уровню звукового давления.
Для оценки электрической составляющей собственного шума и проверки работоспособности КГП в натурных условиях по всем каналам предусмотрено подключение к соответствующим усилителям электрических эквивалентов пьезоэлементов - конденсаторов, дополнительно установленных на электрической плате, электрическая емкость которых равна емкости соответствующих пьезоэлементов.
Таким образом, в отличие от прототипа в данном КГП получают тот же объем измерительной информации без присутствия в его конструктивной схеме гидрофона. Чем достигается поставленный технический результат.