RU37265U1

RU37265U1 - Стенд измерения гидроакустических помех на судне

Info

Publication number: RU37265U1
Application number: RU2003130589/20U
Authority: RU
Inventors: С.М. Величкин (RU); С.М. Величкин; Р.Ц. Гулиянц (RU); Р.Ц. Гулиянц; Л.Е. Шейнман (RU); Л.Е. Шейнман; Е.Л. Шейнман (RU); Е.Л. Шейнман
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2004-04-10

Description

Стенд измерения гидроакустических помех на судне

Полезная модель относится к гидроакустической измерительной технике.

Гидроакустические системы (ГАС), установленные на судах, прием полезных сигналов осуществляют на фоне гидроакустических помех корабельного происхождения, а также суммарных помех как корабельного происхождения, так и из-за шумов моря (технических, динамических шумов, шумов судоходства, биологических шумов и др.). Под гидроакустическими помехами работе ГАС, при этом, понимаются шумы, не несущие полезной информации.

Известно устройство определения и контроля гидроакустических помех регламентированное «Руководством по контролю и нормированию шумов надводных кораблей, 1983г., содержащее приемный тракт гидроакустической станции, включающей в себя последовательно соединенные приемную гидроакустическую антенну, многоканальный приемный тракт, блок быстрого преобразования Фурье, формирователь характеристик направленности, автомат сопровождения цели, обнаружитель, систему отображения информации, регистрации, документирования (СОРД). Помехи определяются по выходу тракта и искусственно приводятся ко входу антенны с использованием расчетного значения коэффициента концентрации К, предположения о спаде спектра 6 дб на октаву и измеренной электроакустической чувствительности антенны у, т. е. приводятся, к так называемому, эквивалентному полю. Таким образом, осуществляется приведение к стандартным условиям по формуле.

Недостатками этого устройства является малая достоверность измерения поля помех, связанная с условностью приведения к эквивалентному полю с использованием предположения о спаде спектра помех 6 дб на октаву и применением расчетного значения коэффициента концентрации К, т.к. приведенные уровни являются условной, а не физической величиной. Кроме того, процедура измерения электроакустической чувствительности антенны достаточно сложна, поскольку, как известно, между приемной гидроакустической антенной и вспомогательным излучателем должно быть расстояние

2003130589

G10K11/00

волны в морской среде. Например, при размере приемной антенны d 6м и рабочей частоте f 5кГц,т. е. при Л 0,3м, необходимо использовать расстояние ()м; при размере приемной антенны 0,8л и рабочей частоте f 22кГц, т. е. при /1 0,68л, необходимо .Л.В. Орлов, А.А. Шабров Расчет и проектирование антенн гидроакустических рыбопоисковых станций М, 1974г., с. 229

По технической сущности наиболее близким к предлагаемой полезной модели является стенд измерения гидроакустических помех на судне, содержащий последовательно соединенные всенаправленный гидрофон, усилитель и вольтметр среднеквадратических значений .м.В.М. Болгов, Д.Д. Плахов, В.Е. Яковлев Акустические шумы и помехи на судах Л. 1984г., с. 162

При использовании такого стенда результаты измерения шумов в камере обтекателя судна не зависят от свойств гидроакустической приемной антенны. Однако применение одиночного гидрофона не позволяет определить полевые характеристики помех, в частности взаимоспектральные функции между разными точками шумового поля. Кроме того, отсутствует возможность определить основные источники гидроакустических помех.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение измерения гидроакустических помех на судне, их идентификацию и выявление источников гидроакустических помех, а также обеспечение градуировки стенда без использования трактов гидроакустической станции.

Для достижения указанного технического результата в стенд измерения гидроакустических помех на судне, содержащий последовательно соединенные первый гидрофон и усилитель с системой предварительной обработки информации (СПО) и индикатор введены новые признаки, а именно: в него введены п-1 гидрофонов, образующих с первым гидрофоном блок гидрофонов, размещенный в камере обтекателя гидроакустической антенны судна или вдоль бортов судна, и п-1 усилителей с СПО, образующих с первым усилителем с СПО многоканальный приемный тракт с СПО, первый анализатор энергетических и взаимных спектров и блок измерения и контроля гидроакустических помех при этом электрические выводы гидрофонов блока гидрофонов электрически соединены со входами многоканального приемного тракта с СПО , а его выход с первым входом первого анализатора энергетических и взаимных спектров, первый выход последнего соединен со входом блока измерения и контроля гидроакустических помех, выход которого соединен с первым входом индикатора, также введены последовательно соединенные блок вибродатчиков, установленных на кафердаме обтекателя гидроакустической антенны судна, многоканальный приемный тракт вибродатчиков с СПО, второй анализатор энергетических и взаимных спектров, также введены последовательно соединенные кормовой гидроакустический приемник, приемный тракт кормового гидроакустического приемника с СПО, третий анализатор энергетических и взаимных спектров, также введен блок определения вкладов шумов, первый вход которого соединен со вторым выходом первого анализатора энергетических и взаимных спектров, второй вход соединен с выходом второго анализатора энергетических и взаимных спектров и третий вход соединен с выходом третьего анализатора энергетических и взаимных спектров, а выход соединен со вторым входом индикатора, также введен блок градуировки гидрофонов, первый вход которого выполнен с возможностью подсоединения к электрическому выводу любого гидрофона блока гидрофонов, второй вход блока градуировки гидрофонов соединен с третьим выходом первого анализатора энергетических и взаимных спектров, а выход соединен с третьим входом индикатора, также введен блок управления, синхровходы и синхровыходы которого соединены с соответствующими синхровходами и синхровыходами первого, второго и третьего анализаторов энергетических и взаимных спектров, блока измерения и контроля гидроакустических помех, блока определения вклада шумов, индикатора и блока градуировки гидрофонов.

Наилучшие результаты могут быть достигнуты, если

-гидрофоны блока гидрофонов расположены эквидистантно относительно апертуры гидроакустической антенны судна, на среднем расстоянии между ее апертурой и оболочкой обтекателя этой гидроакустической антенны;

-гидрофоны блока гидрофонов выполнены сферической формы с диаметром в 4 - 5 раз меньшим длины волны звука на верхней рабочей частоте гидроакустической антенны судна;

-гидрофоны расположены в виде креста, причем пять из них на расстоянии одной длины волны на верхней рабочей частоте гидроакустической антенны судна друг от друга, а остальные - через две - три длины волны на верхней

рабочей частоте гидроакустической антенны судна равномерно эквидистантно ее апертуре;

-сферические гидрофоны выполнены с резонансной частотой в два - три раза более высокой, чем верхняя рабочая частота гидроакустической антенны судна;

-гидрофоны выполнены виброустойчивыми, а в соединительных проводах применены самоуплотняющиеся разъемы;

-вибродатчики на кафердаме обтекателя гидроакустической антенны судна расположены в виде креста, причем пять из них на расстояниях одной длины изгибной волны в кафердаме на верхней рабочей частоте гидроакустической антенны судна друг от друга, а остальные - через две - три длины волны на верхней рабочей частоте равномерно по кафердаму;

-кормовой гидроакустический приемник выполнен из двух половин с максимумом суммарной характеристики направленности на уровне 0,7 по акустическому давлению 9 120° на средне - геометрической частоте рабочего диапазона гидроакустической антенны судна;

-частота гидроакустической антенны судна кормовой гидроакустический приемник имеет резонансную частоту в 1,5 раза выше, чем верхняя рабочая

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-4, при этом на фиг.1 приведена блок-схема стенда измерения акустических помех на судне, на фиг 2 приведена блок-схема блока измерения и контроля гидроакустических помех, на фиг 3 приведена блок-схема блока определения вкладов шумов, на фиг.2 приведено пояснение к работе полезной модели.

Стенд измерения гидроакустических помех на судне содержит последовательно соединенные блок гидрофонов 1 в камере обтекателя, многоканальный приемный тракт 2 гидрофонов с СПО, первый анализатор 3 энергетических и взаимных спектров :, блок измерения и контроля гидроакустических помех 4, индикатор 5, также содержит последовательно соединенные блок вибродатчиков 6 на кафердаме обтекателя антенны, многоканальный приемный тракт 7 вибродатчиков с СПО, второй анализатор 8 энергетических и взаимных спектров, блок 9 определения вкладов шумов, вход которого соединен со вторым входом индикатора 5, второй выход первого анализатора 3 энергетических и взаимных спектров соединен со вторым входом блока 9 определения вкладов

шумов, второй выход блока измерения и контроля гидроакустических помех соединен с третьим входом блока 9 определения вкладов шумов, также содержит последовательно соединенные кормовой приемник 10, приемный тракт 11 кормового приемника с СПО, третий анализатор 12, выход которого соединен с блоком 9 определения вкладов шумов, также содержит блок 13 градуировки гидрофонов, вход которого соединен с выходом первого анализатора 3 энергетических и взаимных спектров, выход соединен с блоком 1 гидрофонов в камере обтекателя, а второй выход соединен с индикатором 5, также содержит блок управления 14, синхровходы и синхровыходы которого соединены с блоками 3, 8,12,4,9,5,13.

Блок4 измерения и контроля гидроакустических помех (фиг. 2), содержит последовательно соединенные блок 15 памяти энергетических спектров, вход которого соединен с выходом блока 3, блок 16 учета чувствительности /,(/),,

вычислитель 17 измеренных помех G(/) и сопоставления с С,„Д/), выходы

которого соединены со входами блоков 5 и 9, также содержит последовательно соединенные блок памяти 18 взаимных спектров, -1 вход которого соединен с блоком 15, блок 19 сопоставления взаимных спектров с изотропным полем и блок 20 определения направления «(/), выход которого соединен со вторым

входом блока 17.

Блок 9 определения вклада шумов (фиг. 3), содержит последовательно соединенные блок 21 памяти энергетических спектров вибраций, блок 22 учета чувствительности 5,„,йр(/), вычислитель 23 средней вибрации, блок 24 сопоставления вкладов и их взаимного анализа, второй вход которого соединен с блоком 4, а третий вход которого соединен с блоком 3, выход соединен с блоком 5, также содержит последовательно соединенные блок 25 памяти взаимных спектров вибраций, вход которого соединен с выходом блока 21, блок 26 сопоставления спектров с заданными вибрациями, блок 27 определения поправки для вибраций, выход которого соединен со вторым входом блока 23, также содержит последовательно соединенные блок 28 памяти энергетического спектра кормового приемника, вход которого соединен с блоком 12, блок 29 учета чувствительности кормового приемника 30 и блок сопоставления с заданным винтовым шумом, выход которого соединен с блоком 24.

Работа стенда измерения и контроля гидроакустических помех работе приемной гидроакустической антенны (фиг. 4) осуществляется следующим образом, п - гидрофонов блока 1 воспринимают шумы - помехи в камере обтекателя. Используются гидрофоны блока 1 заранее отградуированные по частотной характеристике чувствительности, т.е. на каждый из п гидрофонов имеются

данные о y,(f},i ,n. Кроме того, перед началом измерений с помощью блока

13 градуировки гидрофонов методом взаимности с использованием групп по три гидрофона проверяется их частотная характеристика чувствительности в реальном расположении (см., например, Э.С. Таранов, A.M. Тюрин, А.П. Сташкевич Гидроакустические измерения в океанологии Л. 1972г.с. 100-110).

Шумы, принятые гидрофонами 1 в блоке 2 усиливаются, фильтруются в рабочем диапазоне частот приемной гидроакустической антенны судна и дискректизуются. В блоке 3 определяются энергетические спектры по тракту каждого гидрофона СД/), / 1,и. Количество гидрофонов п определяется их размещением эквидистантно относительно апертуры антенны, на средние расстояния между апертурой антенны и оболочкой обтекателя. При этом в носовой оконечности пять гидрофонов располагаются на расстояниях в одну длину волны на верхней рабочей частоте приемной гидроакустической антенны, остальные - через две - три волны равномерно вдоль антенны. Такое расположение гидрофонов позволяет при анализе в блоке 3 определять взаимоспектральные характеристики поля помех. Причем, поскольку обычно нижняя рабочая частота

... „ „ sin га;

примерно в 10 раз меньше верхней, то на верхней частоте -. при

d тЛ, т 1,2,3, равно нулю, а на нижней частоте близко к единице.

Таким образом, удается определить взаимный спектр помех. Если взаимоспектральные спектры помех по парам гидрофонов близки к G,(/), где k волновое число: k , с - скорость звука в среде, d -расстояние между дву. 2л- ,

... sin а

kdd

2;г , sm - а

мя гидрофонами, то в блоке 4 (фиг.2) измеряемый спектр помех, воздействующих на гидроакустическую антенну, в виде

G(/) -I, (/)//(/).

Если взаимные спектры существенно отличаются от изотропного поля, то в блоке 4 спектр помех, воздействующих на гидроакустическую антенну принимают равным

G(n (f}G,(,

где а(/} - коэффициент, характеризующий отклонение уровня помех от

изотротчввпного поля. Коэффициент a(f) определяется либо расчетным путем, либо экспериментально путем сопоставления с уровнем помех на выходе приемной.

Для контроля за гидроакустическими помехами сопоставляют измеренное значение G(/) с заданным спектром Озадф- В случае если G(/)G,,)(/),

то принимают меры к снижению уровня помех.

Блок 1 гидрофонов в камере обтекателя воспринимает суммарные шумы: корабельного, гидродинамического происхождения, шумов моря и винтовой шум (фиг. 2). Он, совместно с трактом из блока 2, 3, 4, 5, является основным измерительным средством.

Гидрофоны блока 1 не должны «затенять приемную гидроакустическую антенну. Поэтому их размеры выбираются в 4-5 раз меньше длины волны на верхней рабочей частоте приемной гидроакустической антенны.

Гидрофоны должны быть всенаправленными. Поэтому целесообразно выполнить их сферической формы с резонансной частотой более высокой, чем верхняя рабочая частота приемной гидроакустической антенны. Они выполняются виброустойчивыми (нечувствительными к вибрации, например развязанные от корабельной вибрации механически..

На фиг. 4 схематически изображено воздействие основных помех на гидроакустическую антенну. Это гидроакустические шумы от пульсаций давления на оболочку обтекателя и шум буруна, винтовой шум, структурные помехи от шумов механизмов, а также шум механизмов, передающийся через воду.

Тракты блока вибродатчиков 6, 7, 8 и кормового приемника 10, 11, 12 служат для сопоставления в блоке 9 уровней реальных помех с уровнями помех, установленными при сдаче судна с отображением этой информации на индикаторе 5. В блоке 9 дополнительно определяют взаимоспектральные функции между шумами с гидрофонов, шумами с вибродатчиков и с шумами с кормового приемника. Если они не превышают 0,2 на всех частотах, то считается их вклад не существенным. Если более 0,2, то принимают меры к их снижению.

Кормовой приемник целесообразно выполнять с резонансной частотой выше верхней рабочей частоты приемной гидроакустической антенны. За счет этого обеспечивается прием шумов винта во всей рабочей полосе частот. Направленность кормового приемника 10 выбрана так, чтобы он воспринимал в основном только винтовой шум. Он выполняется плоского типа прямоугольной формы.

Блоки стенда измерения гидроакустическихжа судне известны из практики гидроакустики. Сферические гидрофоны описаны, например, в книге В.М. Болгов и др. Акустические помехи на судах, упомянутой ранее, с. 158, 159. Вибродатчики описаны , например, в книге Е.Я. Юдин и др. Борьба с шумом на производстве, Справочник.М., 1985, с. 373-375. Анализаторы энергетических и взаимных спектров описаны, например, в книге А.К. Новиков Статистические измерения в судовой акустике. Л. 1985г., с.127-158.

Таким образом, полезная модель обеспечивает заявленный технический результат: измерение и контроль помех, а также выявление основных источников повышенных помех. Метрологический анализ показал, что погрешность градуировки не превышает 1 дБ, погрешность градуировки вибродатчиков и кормового приемника - не превышает 1,5 дБ. Общая погрешность измерения гидроакустических помех работе приемной гидроакустической антенны - не превышает 2 дБ.

Claims

1. Стенд измерения гидроакустических помех на судне, содержащий последовательно соединенные первый гидрофон и усилитель с системой предварительной обработки информации (СПО) и индикатор, отличающийся тем, что в него введены n-1 гидрофонов, образующих с первым гидрофоном блок гидрофонов, размещенный в камере обтекателя гидроакустической антенны судна или вдоль бортов судна, и n-1 усилителей с СПО, образующих с первым усилителем с СПО многоканальный приемный тракт с СПО, первый анализатор энергетических и взаимных спектров и блок измерения и контроля гидроакустических помех, при этом электрические выводы гидрофонов блока гидрофонов электрически соединены со входами многоканального приемного тракта с СПО, а его выход - с первым входом первого анализатора энергетических и взаимных спектров, первый выход последнего соединен со входом блока измерения и контроля гидроакустических помех, выход которого соединен с первым входом индикатора, также введены последовательно соединенные блок вибродатчиков, установленных на кафердаме обтекателя гидроакустической антенны судна, многоканальный приемный тракт вибродатчиков с СПО, второй анализатор энергетических и взаимных спектров, также введены последовательно соединенные кормовой гидроакустический приемник, приемный тракт кормового гидроакустического приемника с СПО, третий анализатор энергетических и взаимных спектров, также введен блок определения вкладов шумов, первый вход которого соединен со вторым выходом первого анализатора энергетических и взаимных спектров, второй вход соединен с выходом второго анализатора энергетических и взаимных спектров и третий вход соединен с выходом третьего анализатора энергетических и взаимных спектров, а выход соединен со вторым входом индикатора, также введен блок градуировки гидрофонов, первый вход которого выполнен с возможностью подсоединения к электрическому выводу любого гидрофона блока гидрофонов, второй вход блока градуировки гидрофонов соединен с третьим выходом первого анализатора энергетических и взаимных спектров, а выход соединен с третьим входом индикатора, также содержит блок управления, синхровходы и синхровыходы которого соединены с соответствующими синхровходами и синхровыходами первого, второго, третьего анализаторов энергетических и взаимных спектров, блока измерения и контроля гидроакустических помех, блока определения вклада шумов, индикатора и блока градуировки гидрофонов.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что гидрофоны блока гидрофонов расположены эквидистантно относительно апертуры гидроакустической антенны судна, на среднем расстоянии между ее апертурой и оболочкой обтекателя этой гидроакустической антенны.

3. Стенд по п.1 или 2, отличающийся тем, что гидрофоны блока гидрофонов выполнены сферической формы с диаметром в 4-5 раз меньшим длины волны звука на верхней рабочей частоте гидроакустической антенны судна.

4. Стенд по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что гидрофоны расположены в виде креста, причем пять из них - на расстоянии одной длины волны на верхней рабочей частоте гидроакустической антенны судна друг от друга, а остальные - через две-три длины волны на верхней рабочей частоте гидроакустической антенны судна равномерно эквидистантно ее апертуре.

5. Стенд по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что сферические гидрофоны выполнены с резонансной частотой в два-три раза более высокой, чем верхняя рабочая частота гидроакустической антенны судна.

6. Стенд по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что гидрофоны выполнены виброустойчивыми, а в соединительных проводах применены самоуплотняющиеся разъемы.

7. Стенд по п.1, отличающийся тем, что вибродатчики на кафердаме обтекателя гидроакустической антенны судна расположены в виде креста, причем пять из них - на расстояниях одной длины изгибной волны в кафердаме на верхней рабочей частоте гидроакустической антенны судна друг от друга, а остальные - через две-три длины волны на верхней рабочей частоте равномерно по кафердаму.

8. Стенд по п.1, отличающийся тем, что кормовой гидроакустический приемник выполнен из двух половин с максимумом суммарной характеристики направленности на уровне 0,7 по акустическому давлению θ_0,7 ≤ 120° на средне-геометрической частоте рабочего диапазона гидроакустической антенны судна.

9. Стенд по п.1 или 8, отличающийся тем, что кормовой гидроакустический приемник имеет резонансную частоту в 1,5 раза выше, чем верхняя рабочая частота гидроакустической антенны судна.