RU125425U1

RU125425U1 - COMBINED HYDRO-ACOUSTIC RECEIVER

Info

Publication number: RU125425U1
Application number: RU2012143580/28U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Ковалев
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2013-02-27

Abstract

Полезная модель представляет собой комбинированный гидроакустический приемник соколеблющегося типа с встроенными в корпус гидрофонами и позволяет измерять как вектор колебательного ускорения, так и скалярное давление в поле акустической волны. Приемник включает корпус из двух частей шатровой формы, между которыми установлено центральное кольцо с двумя противоположно расположенными в корпусе держателями. Кольцо снабжено четырьмя равномерно распределенными по окружности отверстиями, закрытыми крышками, свод которых опирается на пьезокерамические кольца, попарно установленные так, чтобы поляризация одной пары была противоположна поляризации другой пары, образуя гидрофонный канал. Каждый из трех векторных канала, оси чувствительности которых ортогональны, состоит из двух симметрично расположенных относительно центра корпуса чувствительных элементов, выполненных в виде набора пьезокерамических колец, одним концом опирающихся на расположенную в центре корпуса инерционную массу. Вторые концы чувствительных элементов горизонтальных каналов опираются на центральное кольцо, а вертикального канала - на держатели. Каналы подключены к дифференциальным усилителям, платы которых установлены на инерционной массе The utility model is a combined hydroacoustic receiver of a falciform type with hydrophones built into the body and allows you to measure both the vector of oscillatory acceleration and the scalar pressure in the field of an acoustic wave. The receiver includes a housing of two parts of a hip form, between which there is a central ring with two holders located oppositely located in the housing. The ring is provided with four holes evenly distributed around the circumference, with closed lids, the arch of which rests on piezoceramic rings, which are installed in pairs so that the polarization of one pair is opposite to the polarization of the other pair, forming a hydrophone channel. Each of the three vector channels, whose sensitivity axes are orthogonal, consists of two sensitive elements symmetrically located relative to the center of the case, made in the form of a set of piezoceramic rings, one end of which is based on the inertial mass located in the center of the case. The second ends of the sensing elements of the horizontal channels rest on the central ring, and the vertical channel on the holders. The channels are connected to differential amplifiers, the boards of which are mounted on an inertial mass

Description

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована для проведения векторно-скалярных измерений параметров гидроакустических полей в морях и океанах.The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used for vector-scalar measurements of parameters of hydroacoustic fields in the seas and oceans.

Известен комбинированный гидроакустический приемник, содержащий корпус, инерционную массу, расположенную в центре корпуса, гидрофонный канал из четырех пьезоэлектрических сегментов корпуса, и три векторных канала, каждый из которых выполнен в виде двух пьезоэлементов, установленных центрально симметрично между корпусом и грузом, а также четыре предварительных усилителя, расположенных на плате (п.РФ №89794 U1). Однако данный приемник относится к высокочастотным приемникам и обладает невысокой чувствительностью на низких (ниже 1000 Гц) частотах. Кроме того, сегменты, образующие гидрофонный канал, имеют одинаковую поляризацию и не могут подключаться дифференциально, с целью подавления синфазной наводки.A combined hydroacoustic receiver is known, comprising a housing, an inertial mass located in the center of the housing, a hydrophone channel of four piezoelectric body segments, and three vector channels, each of which is made in the form of two piezoelectric elements installed centrally symmetrically between the body and the load, as well as four preliminary amplifier located on the board (p. RF №89794 U1). However, this receiver belongs to high-frequency receivers and has low sensitivity at low (below 1000 Hz) frequencies. In addition, the segments forming the hydrophone channel have the same polarization and cannot be connected differentially to suppress the common-mode pickup.

Известен комбинированный гидроакустический приемник (КГП), принятый за прототип, содержащий сферический полый корпус, гидрофонный канал подключенный выходом к усилителю, три векторных канала, каждый из которых выполнен в виде двух последовательно соединенных биморфных пьезоэлектрических элементов, расположенных внутри сферического корпуса и подключенных к усилителям. Биморфные пьезоэлектрические элементы каждого векторого канала попарно установлены на корпусе напротив друг друга, а оси чувствительности векторных каналов образуют декартову систему координат. Гидрофонный канал выполнен в виде двух полых пьезоэлектрических элементов, закрепленных снаружи сферического корпуса напротив друг друга и электрически соединенных параллельно (п.РФ №88237, МПК H04R 1/44).Known combined sonar receiver (CGP), adopted for the prototype, containing a spherical hollow body, hydrophone channel connected to the output of the amplifier, three vector channels, each of which is made in the form of two series-connected bimorph piezoelectric elements located inside the spherical body and connected to amplifiers. The bimorph piezoelectric elements of each vector channel are pairwise mounted on the body opposite each other, and the sensitivity axes of the vector channels form a Cartesian coordinate system. The hydrophone channel is made in the form of two hollow piezoelectric elements mounted outside the spherical body opposite each other and electrically connected in parallel (item RF 88237, IPC H04R 1/44).

Недостатками прототипа является параллельное подключение гидрофонов к электрическому усилителю, что не дает возможности компенсировать электрические наводки на гидрофонный канал, расположение гидрофонов вне корпуса приемника, что увеличивает его габаритные размеры, а также необходимость наносить на корпус металлическое покрытие, увеличивающее стоимость изготовления и требующая наличие специального оборудования, а также сложная технология прессования сферического корпуса,The disadvantages of the prototype is a parallel connection of hydrophones to an electric amplifier, which makes it impossible to compensate for electrical interference on the hydrophone channel, the location of the hydrophones outside the receiver, which increases its overall dimensions, as well as the need to apply a metal coating on the case, which increases the cost of manufacture and requires special equipment , as well as the complex technology of pressing a spherical body,

Техническим результатом, получаемым от внедрения полезной модели, является подавление электрической наводки на гидрофонный канал за счет соответствующей ориентации пьезокерамических колец в корпусе приемника и попарно дифференциальному подключению их ко входу электрического усилителя, увеличение чувствительности приемника при сохранении его габаритных размеров и средней плотности за счет размещения печатных плат усилителей каналов непосредственно на инерционной массе, упрощение изготовления корпуса, не требующее специального оборудования.The technical result obtained from the introduction of the utility model is the suppression of electrical interference on the hydrophone channel due to the corresponding orientation of the piezoceramic rings in the receiver body and their differential connection to the input of the electric amplifier in pairs, increasing the receiver sensitivity while maintaining its overall dimensions and average density by placing printed boards of channel amplifiers directly on the inertial mass, simplifying the manufacture of the case, which does not require special orudovaniya.

Данный технический результат достигается комбинированным гидроакустическим приемником, представляющий собой полый корпус из двух частей шатровой формы, между которыми установлено центральное кольцо с двумя противоположно расположенными в корпусе держателями, снабженное четырьмя равномерно распределенными по окружности отверстиями, закрытыми крышками, свод которых опирается на пьезокерамические кольца, попарно установленные так, чтобы поляризация одной пары была противоположна поляризации другой пары, образуя гидрофонный канал, подключенный к предварительному усилителю, три векторных канала, оси чувствительности которых ортогональны, а каждый векторный канал состоит из двух симметрично расположенных относительно центра корпуса чувствительных элементов, выполненных в виде набора пьезокерамических колец, одним концом опирающихся на инерционную массу, расположенную в центре корпуса, а вторым концом чувствительные элементы горизонтальных каналов опираются на центральное кольцо, а вертикального канала - на держатель, при этом в качестве предварительных усилителей используют дифференциальные усилители, платы которых установлены на инерционной массе.This technical result is achieved by a combined sonar receiver, which is a hollow body of two parts of a hip form, between which a central ring with two holders oppositely located in the body, fitted with four holes uniformly distributed around the circumference, closed with lids, the arch of which rests on piezoceramic rings, pairs set so that the polarization of one pair is opposite to that of the other pair, forming a hydrophone channel, Connected to the preamplifier, three vector channels, the sensitivity axes of which are orthogonal, and each vector channel consists of two symmetrically positioned relative to the center of the case sensitive elements, made in the form of a set of piezoceramic rings, one end resting on the inertial mass located in the center of the case, and the second the end of the sensing elements of the horizontal channels rest on the central ring and the vertical channel on the holder, while at the same time as Lei use differential amplifiers, whose boards are installed on the inertial mass.

Полезная модель поясняется чертежом (Фиг, а и б), на котором представлена конструктивная схема заявляемого комбинированного гидроакустического приемника (КГП), где а - сечение по вертикали, б - по горизонтали.The utility model is illustrated in the drawing (Figs, a and b), which shows the structural scheme of the inventive combined sonar receiver (CGF), where a is the vertical section and b horizontally.

Приемник содержит полый корпус, состоящий из центрального кольца (1) и крышек шатровой формы (2). В центральном кольце (1) выполнены четыре отверстия, закрытые крышками (3), уплотняемые резиновыми кольцами (4). Крышки (3) опираются на пьезокерамические кольца (5), устанавливаемые попарно так, чтобы поляризация одной пары была противоположна поляризации другой пары (на чертеже направление поляризации указано символом «+»). Чувствительные элементы векторных каналов (6) опираются через инерционную массу (7) на центральное кольцо (1), образуя трехканальный акселерометр с ортогональными осями, при этом вертикальный канал опирается на держатели (11), прикрепляемые к кольцу (1) винтами. К инерционной массе (7) крепятся платы предварительных усилителей (8) посредством винтов (9). Выходные сигналы предварительных усилителей выводятся из корпуса через гермовводы 10. Зазор между крышками (2) и корпусом (1) уплотняется герметиком.The receiver contains a hollow body consisting of a central ring (1) and hip-shaped caps (2). In the central ring (1) there are four holes, closed by covers (3), sealed with rubber rings (4). The covers (3) are based on piezoceramic rings (5), which are installed in pairs so that the polarization of one pair is opposite to the polarization of the other pair (in the drawing, the direction of polarization is indicated by the “+” symbol). Sensitive elements of the vector channels (6) are supported through the inertial mass (7) on the central ring (1), forming a three-channel accelerometer with orthogonal axes, while the vertical channel rests on the holders (11) attached to the ring (1) with screws. To the inertial mass (7), the boards of preamplifiers (8) are fastened with screws (9). The output signals of the preamplifiers are output from the housing through the pressure conductors 10. The gap between the covers (2) and the housing (1) is sealed with a sealant.

КГП работает следующим образом.CGP works as follows.

При воздействии звуковой волны на КГП последний соколеблется с частицами жидкости и подвергается переменному акустическому давлению. При этом на пьезоэлементах гидрофонного канала (5) и пьезоэлементах векторных каналов (6) возникают электрические сигналы, пропорциональные соответственно акустическому давлению и проекциям колебательного ускорения частиц среды в звуковой волне на оси чувствительности векторных каналов.Under the influence of a sound wave on CHP, the latter is split with particles of a liquid and is subjected to a variable acoustic pressure. In this case, electrical signals appear on the piezoelectric elements of the hydrophone channel (5) and piezoelectric elements of the vector channels (6), which are proportional to the acoustic pressure and the projections of the vibrational acceleration of the medium particles in the sound wave on the sensitivity axes of the vector channels, respectively.

Принятые сигналы усиливаются предварительными усилителями и по проводным линиям (на чертеже не показаны) направляются на дальнейшую обработку с целью регистрации.The received signals are amplified by pre-amplifiers and sent via wire lines (not shown in the drawing) for further processing for the purpose of recording.

Был изготовлен опытный образец приемника со следующими основными характеристиками: радиус корпуса - 66 мм; масса 1,03 кг; вытесняемый объем 1,04 л; рабочий диапазон частот от 10 до 1000 Гц; потребляемый ток 0,12 А; напряжение питания 12 В. Эксплуатация приемника осуществлялась в составе специального модуля, имеющего упругие элементы подвеса, транспортно-арретирующие устройства и микропроцессорный блок с многоканальным аналого-цифровым преобразователем и картой памяти для хранения информации. Испытание приемника на маятниковом и гидроакустическом стенде показала чувствительность датчиков к силе составила 0,5-0,6 В/Н, а коэффициент деления характеристик направленности менялся от 18 до 32 дБ для различных частот и каналов.A prototype of the receiver was made with the following main characteristics: body radius - 66 mm; weight 1.03 kg; displaced volume of 1.04 l; working frequency range from 10 to 1000 Hz; current consumption 0.12 A; supply voltage of 12 V. The receiver was operated as part of a special module with elastic suspension elements, transport and arresting devices and a microprocessor unit with a multichannel analog-to-digital converter and a memory card for storing information. The test of the receiver on the pendulum and hydroacoustic bench showed the sensitivity of the sensors to the force was 0.5-0.6 V / N, and the division ratio of the directional characteristics varied from 18 to 32 dB for various frequencies and channels.

Claims

Combined sonar receiver, comprising a sealed hollow body made of two parts, a hydrophone channel, three vector channels, the sensitivity axes of which are orthogonal, and pre-amplifiers, the channels connected to the corresponding inputs, characterized in that the body is made of two parts of a hip form, which has a central ring with two oppositely located holders in the housing, provided with four evenly distributed holes around the circumference, closed to yshkami, which relies on a set piezoceramic rings, pairwise mounted so that one pair of polarization has the opposite polarization of the other pair to form a hydrophone channel; Each vector channel consists of two sensitive elements symmetrically located relative to the center of the body, made as a set of piezoceramic rings, one end resting on an inertial mass located in the center of the body, while the second ends of the sensitive elements of the horizontal channels rest on the central ring and the vertical channel on the holders, and as pre-amplifiers use differential amplifiers, the boards of which are mounted on an inertial mass.