ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ АНТЕННА - устройство, обеспечивающее пространственно-избирательное или приём звука в водной среде. Обычно Г. а. состоит из электроакустических преобразователей (элементов антенны), акустич. экранов, несущей конструкции акустич. развязок, амортизаторов и линий электрокоммуникаций. По способу образования пространственной избирательности Г. а. можно разделить на интерференционные, фокусирующие, рупорные и параметрические.

Пространственная избирательность . Г. а. обусловлена интерференцией акустич. , создаваемых в нек-рой точке пространства разл. участками колеблющейся поверхности антенны (режим излучения) или интерференцией электрич. на выходах отд. преобразователей антенны при падении на неё звуковой волны (режим приёма). Интерференц. Г. а. подразделяются на непрерывные, нормальная составляющая колебат. скорости активной поверхности к-рых меняется непрерывно от точки к точке (напр., антенны, излучающие через общую металлич. накладку), и дискретные, на активной поверхности к-рых могут наблюдаться разрывы ф-ции, описывающей распределение нормальной составляющей колебат. скорости. Дискретные антенны часто наз. антенными решётками

Пространственная избирательность фокусирующих Г. а. (см. Фокусировка звука )образуется с помощью отражающих или преломляющих границ или сред, производящих фокусировку звуковой энергии, сопровождающуюся преобразованием фронта волны (напр., из сферического в плоский).

В рупорных антеннах также используются отражающие поверхности, однако преобразования фронта волны не происходит и роль отражающих границ сводится к ограничению части пространства, в к-рую осуществляется излучение звука.

Активные поверхности параметрич. антенн совершают колебания на двух близких частотах; пространственная избирательность образуется в результате разностной частоты, возникающей при нелинейном взаимодействии первичных излучённых волн (т. н. волн накачки).

Осн. параметры, определяющие пространственную избирательность Г. а.,- характеристика направленности и коэф. концентрации (см. Направленность акустических излучателей и приёмников). Способность Г. а. преобразовать энергию (обычно из электрической в акустическую при излучении и акустической в электрическую при приёме) характеризуется чувствительностью, излучаемой мощностью и уд. излучаемой мощностью.

Антенны не только обеспечивают формирование пространственной избирательности, но и позволяют управлять ею. В случае наиб. распространённого типа Г. а.- решёток - такое управление осуществляется введением амплитудно-фазового распределения, т. е. созданием заданного распределения амплитуд и фаз колебат. скоростей активных поверхностей преобразователей в режиме излучения. В режиме приёма введение амплитудно-фазового распределения обеспечивается подбором комплексных коэф. передачи устройств, включённых в каждый канал антенны между приёмником и сумматором. Введением фазового распределения можно обеспечить сложение звуковых давлений, развиваемых отд. преобразователями Г. а. в любом заданном направлении пространства, и тем самым управлять направлением макс. излучения (а в режиме приёма - направлением макс. чувствительности). Антенны, в каналы к-рых введено указанное фазовое распределение, наз. компенсированными.

Управление положением гл. максимума характеристики направленности в пространстве можно осуществлять не только посредством изменения фазового распределения, но и путём механич. поворота Г. а. или путём изменения положения компенсированного рабочего участка криволинейной поверхности (напр., круговой, цилиндрич. Г. а.). Амплитудное распределение позволяет менять форму характеристики направленности, получая желаемые соотношения между разл. элементами характеристики направленности, в частности между шириной её осн. максимума и уровнем добавочных.

Часто термин "антенна" используется в более широком смысле, охватывающем как саму антенну, так и способ обработки сигналов от её отд. элементов. В таком понимании Г. а. подразделяют на аддитивные, мультипликативные, самофокусирующиеся, адаптирующиеся и т. д. Аддитивными наз. антенны, сигналы от элементов к-рых подвергаются линейным операциям (усилению, фильтрации, временному или фазовому сдвигу) и затем складываются на сумматоре. В мультипликативных Г. а. сигналы в каналах отд. приёмников подвергаются не только линейным, но и нелинейным операциям (умножению, возведению в степень и пр.), что при малых помехах увеличивает точность определения положения источника. Самофокусирующимися наз. антенны, приёмный тракт к-рых производит автоматич. введение распределений, обеспечивающих синфазное сложение сигналов на сумматоре антенны при расположении источника звука в произвольной точке пространства. Приёмный или излучающий тракт адаптирующихся антенн производит автоматич. введение амплитудно-фазовых распределений, обеспечивающих максимизацию нек-рого, наперёд заданного параметра (помехоустойчивости, разрешающей способности, точности пеленгования и др.).

От выбора места установки антенн эхолотов зависит уровень шумов, сопрово-ждающих полезный сигнал, коэффициент полезного действия антенны, максималь-ная глубина, которую практически можно измерить в существующих условиях пла-вания, а порой и сама возможность проведения измерений.

Основными источниками гидроакустических помех, воздействующих на антен-ны, являются судовые машины и механизмы, гребные винты, турбулентный погра-ничный слой, а также другие гидроакустические системы, одновременно работаю-щие на судне. Каждый из источников помех создает шумы определенного спектра, которые попадают на антенну, распространяясь непосредственно по корпусу судна, в воде вдоль корпуса судна, отражаясь от объектов рассеяния в морской среде или от дна. Особое влияние на работу антенн оказывают пузырьки воздуха, рассеянные в слое воды, омывающей антенну. Неоднократно было замечено на практике, что при движении судна в балласте, когда в его придонной области имело место интен-сивное образование пузырьков, эхолот переставал измерять даже относительно не-большие глубины. При снижении скорости перемещения судна или его остановке работа эхолота восстанавливалась. Это явление можно объяснить тем, что пузырьки воздуха с одной стороны интенсивно рассеивают и поглощают энергию, с другой – изменяют физические свойства среды, непосредственно соприкасающейся с антен-нами, снижая ее эквивалентную жесткость, что, в свою очередь, влияет на настройку системы антенна – среда, снижая эффективность преобразования электрического сигнала в механический и обратно.

С целью уменьшения влияния возмущающих факторов на работу эхолота антен-ны следует устанавливать в местах, удовлетворяющих следующим требованиям :

изменение гидродинамического давления в месте установки антенны при изме-нении скорости судна должно быть минимальным;
место установки антенны должно располагаться как можно дальше от машинного отделения, гребных винтов, подруливающих устройств, а также от помещений, в которых расположены сильно шумящие машины и механизмы;
в районе размещения антенн (на расстоянии до 3-5 м) не должно быть водоза-борных и отливных устройств, так как это может вызвать резкое увеличение пропусков или полное пропадание показаний эхолотов, особенно работающих на низкой частоте;
в непосредственной близости от антенны, в особенности в направлении к носу судна, не должно быть выступающих судовых конструкций и выстреливающих устройств, которые могут мешать работе эхолота;
на пути излучения и приема сигнала, в пределах 60° от вертикали, не должно быть частей, которые могут создавать отражение акустических колебаний;
место установки антенны должно быть максимально удалено от других гидро-акустических систем, имеющихся на судне;
рекомендуется обеспечивать удобный доступ к антенне для ее осмотра, проведе-ния профилактических работ и замены.
После определения возможных мест установки антенн эхолота с учетом выше-перечисленных требований необходимо на основании предварительной оценки уровня шумов в местах предполагаемого расположения антенн выбрать место с наименьшим уровнем акустического шума.
При выборе места размещения антенны эхолота необходимо учитывать на-правление вращения судового винта. Так, при использовании винта правого шага в левую часть кормовых обводов судна ударяет возмущенный им поток воды. Вследствие этого возникает вибрация обшивки, распространяющаяся главным образом в левой части днища судна. Эта вибрация корпуса судна вызывает до-полнительные акустические помехи. В связи с этим при гребном винте право-го шага антенну эхолота рекомендуется устанавливать по правому борту, а при гребном винте левого шага - по левому борту.

Результаты замеров уровней шумов в различных точках корпуса свидетельству-ют о том, что наименьший уровень шумов, как правило, наблюдается в носовой час-ти судна . Поэтому антенну эхолота рекомендуется устанавливать возмож-но ближе к носу судна (в области положительного давления) с учетом недо-пустимости ее оголения при качке. Антенну рекомендуется устанавливать возможно ближе к диаметральной плоскости судна.

Уменьшить влияние помех можно с помощью установки специальных экранов.

Монтаж остальных приборов комплекта эхолота осуществляется в соответствии с требованиями технической документации на изделие и с учетом удобства работы с прибором.

• Tutorial

Привет, глубокоуважаемые!

Значит кто-то из вас недорабатывает! (С) Полковник одного ведомства

Если в обычной жизни для излучения звука мы используем динамики (такие, как например у вас в ноутбуке или автомобиле) а для записи звука - микрофон, то спешу вас обрадовать: под водой и воспроизведение (мы говорим “излучение”) и запись звука (преобразование) выполняются зачастую одним и тем же устройством, которое и называется гидроакустической антенной.

В подавляющем большинстве случаев гидроакустическая антенна представляет собой один или несколько пьезоэлементов: пластин, дисков, колец, сфер, полусфер и т.п.
Пьезоэлементы обладают т.н. пьезоэффектом: если подавать на элемент переменный электрический сигнал, то элемент начинает колебаться, а если элемент колебать, ну например, акустической волной, то на нем начинает вырабатываться переменный электрический сигнал.

То есть, пьезоэлемент преобразует электрический сигнал в акустические волны (механические колебания) и наоборот - акустические волны в электрический сигнал.

Как говорится: теория без практики мертва! Давайте не будем терять времени и сделаем пару гидроакустических антенн.

Материалы, которые нам понадобятся:

• пара пьезопищалок Ф35мм (мы купили 10 штук за 100 рублей на Алиэксперссе)
• 10-ти метровый отрезок кабеля RG-174
• два коннектора Jack 3.5 мм стерео
• медная/латунная/нержавеющая пластина шириной 50х100 мм толщиной 1-2 мм
• эпоксидный клей
• силиконовый герметик (безуксусный)
• припой и флюс
• спирт для обезжиривания и протирки IP-пакетов
• два любых резистора с номиналами ~100 Ом и другой 470 - 1000 кОм (мы взяли MF25 0.25 Вт)
• два диода 1N4934

• дрель и сверла Ф3 и 2.5 мм (чтобы сверлить медную пластику)
• ножовка по металлу или дремель (чтобы пилить медную пластину)
• наждачная бумага 200-600 грит (чтобы зачистить медную пластину)
• нож, кусачки (для зачистки проводов)
• паяльник или паяльная станция
• стоматологическая лопатка для разравнивания герметика

Для того, чтобы неподключенная антенна не накапливала заряд ей в параллель ставится резистор номиналом 0.5 - 1 МОм (R1).

В приемной антенне, для ограничения максимального напряжения можно собрать простейший пороговый ограничитель из диодов D1, D2 и резистора 100 Ом (R2). В качестве диодов можно взять 1N4934, а резисторы R1, R2 мы взяли MF25 номиналом 470 кОм. Обратите внимание, если планируется подключать приемную антенну в микрофонный вход (а не в линейный), то дополнительно потребуется конденсатор C1 номиналом 0.1… 1 uF, иначе питание, подаваемое звуковой картой на электретный микрофон окажется коротко замкнуто через диод D1.

Нехитрая схема подключения пьезы

Сами пьезоэлементы нужно приклеить на металлические пластины при помощи эпоксидки. Это, во-первых, понизит резонансную частоту пьезоэлемента (добавили неподрессоренную массу), а во-вторых, будучи приклеенной одной стороной к жесткой металлической пластине пьезоэлемент не сможет сжиматься и растягиваться и ему придется изгибаться.

Размечаем металлическую пластину по размеру пьезоэлемента

Мы выпилили две квадратные пластины 50 х 50 мм и просверлили отверстия под кабель (диаметром 3 мм) и два отверстия для крепления кабеля при помощи тонкой нейлоновой нити, получилось вот так:

Почти собранная антенна =)

Мы от купленного 10-ти метрового куска кабеля отрезали два куска по 3 метра, остальное оставили про запас.

Кабель заводим в отверстие, центральную его жилу припаиваем к металлизации пьезоэлемента, а экран - к его металлической подложке. В параллель, как договаривались, припаиваем резистор номиналом 470 кОм.

Другой конец кабеля зачищаем и собираем разъем:

Центральную жилу запаиваем в центральный контакт (самый кончик разъема), средний оставляем нетронутым, а корпус разъема припаиваем к оплетке кабеля. Я всегда забываю надеть корпус разъема на кабель и мне приходится все перепаивать по два раза - не повторяйте моей ошибки)

После пайки очень важно отмыть флюс - особенно на пьезоэлементе. Если этого не сделать, то со временем он разъест пайку.

Итак, мы подготовили две антенны (на одной из них стоит пороговый ограничитель). Теперь самое время замешивать эпоксидку и одевать латексные перчатки.

Перед приклейкой пьезоэлементов к медным пластинам и то и другое стоит тщательно обезжирить спиртом (этиловым или изопропиловым) или ацетоном. Ни к коем случае не используйте для этих целей что-либо другое - бензин или керосин - эти вещества оставляют жирные следы, ухудшающие адгезию.

Стоит напомнить, что все работы со спиртами, ацетоном и эпоксидкой нужно проводить в хорошо провертриваемом пощещении, защищать руки и глаза. Не пренебрегайте правилами техники безопасности!

Наносим эпоксидку

Пропитываем нейлоновую нить, крепящую кабель к пластине.

Продолжаем наносить эпоксидку

Для приклейки пьезоэлемента к пластине достаточно совсем немного эпоксидного клея. Не перебарщиваем - эпоксидка не должна попасть на верхнюю часть, иначе при полимеризации она может разрушить тонкий слой пьезокерамики, плюс ко всему эпоксидка портится в воде.

В итоге должно получиться примерно так:

Пьезоэлементы приклеены, оставляем все до полной полимеризации

Обычно эпоксидные клеи полностью полимеризуются за 24 часа. Мы например, так и сделали - оставили наши антенны до следующего дня.

….ждем 24 часа

Придя в лабораторию утром мы первым делом подключили первую антенну (без порогового ограничителя) в разъем наушников ноутбука. Если включить музыку и поднести нашу антенну к уху то можно убедится, что как минимум слышимый диапазон частот она воспроизводит совсем неплохо - есть даже намек на басы - так повлияла медная подложка.

Понятно дело, что в таком виде это уже акустическая передающая антенна, но еще все же не гидроакустическая. Чтобы исправить это недоразумение антенну нужно повторно обезжирить и покрыть тонким слоем герметика.

Важное замечание: не применяйте ацетатсодержащий санитарный герметик, содержащаяся в нем уксусная кислота разъест пайку, кабель и металлизацию пьезоэлемента.

Мы рекомендуем жидкую резину от KimTek, предназначенную для лодок и катеров. Если у кого уже есть в наличии вместо герметика можно воспользоваться отличными полиуретановыми компаундами от фирмы Smooth-On или 3M - так гораздо более технологично и модно.

Cиликоновый герметик на основе MS-полимера отлично подходит для наших целей

Для удобства мы сначала заполняем герметиком медицинский одноразовый шприц, и уже из него наносим герметик на пьезоэлемент и паяные соединения:

Начинаем наносить герметик, стараемся чтобы не было воздушных пузырей

После нанесения герметика разравниваем его стоматологической лопаткой или кому чем удобно (можно даже пальцем). В итоге у нас получилось так:

Эстетическое совершенство =)

Не стоит делать слой герметика слишком толстым - антенна потеряет чувствительность. Достаточно слоя толщиной 1 мм. Тщательно защищаем герметиком места пайки, резисторы и диоды.

Можно покрыть герметиком и обратную сторону пластины - на одной антенне мы так и сделали, а на другой не стали.

Если перенести резисторы и диоды ближе к кабелю, то пьезоэлемент намазывать герметиком будет гораздо удобнее и слой получится ровнее.

После завершения скульпторской работы опять оставляем антенны на 24 часа.

Давайте посчитаем чего нам стоили эти две антенны:

Правда, если брать в расчет стоимость эпоксидного клея, обезжиривателя и особенно силиконового герметика, 500 мл которого стоят 900 руб итоговые затраты оказываются немного больше.

P.S.

P.P.S.

"...Техническое устройство, осуществляющее прием или излучение гидроакустического сигнала и обеспечивающее совместно с аппаратной частью станции или комплекса его пространственную избирательность..."

Источник:

" ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ. ИЗМЕРЕНИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. Р 50.2.037-2004"

(утв. Постановлением Госстандарта РФ от 11.02.2004 N 55-ст)

• - комплекс мероприятий по снижению уровня внбро-акустнческнх характеристик систем и механизмов ПЛ и надводных кораблей...

  Словарь военных терминов

• - добывание сведений о противнике гидроакустическими средствами путём приёма, регистрации и анализа акустических колебаний, излучаемых или отражаемых кораблём, торпедой и др....

  Словарь военных терминов

• - комплекс акустических, электрических и электронных приборов для поиска, обнаружения и классификации морских целей, определения направления и расстояния до них, выдачи необходимых данных в приборы управления...

  Словарь военных терминов

• - комплекс акустич., электрич. и электронных приборов для излучения или приёма звуковых колебаний в воде. Различают Г. с. пассивные, только принимающие колебания, и активные, излучающие и принимающие колебания...

  Большой энциклопедический политехнический словарь

• - акустическое авиационное средство поиска подводных лодок. Представляет собой активно-пассивную гидроакустическую станцию, опускаемую с вертолета в толщу воды на кабель-тросе...

  Морской словарь

• - полоса наблюдения за подводной обстановкой, организованная с помощью гидроакустических средств...

  Морской словарь

• - скрытие подводных лодок и надводных кораблей от гидроакустических средств разведки противника...

  Морской словарь

• - вид технической разведки, в ходе которой добывается информация о противнике путем приема, регистрации, обработки и анализа принятых гидроакустических сигналов...

  Морской словарь

• - устройство, с помощью которого производится прием или излучение и последующий прием акустических колебаний в воде. широко применяются на кораблях, в авиации и в прибрежных районах для...

  Морской словарь

• - аппаратура, состоящая из излучателей звука, установленных в фиксированных точках моря, и корабельной приемоиндикаторной гидроакустической аппаратуры с хронометром и самописцем...

  Морской словарь

• - гидроакустическая станция, предназначенная для получения информации об обстановке под слоем скачка...

  Морской словарь

• - "...Техническое устройство, осуществляющее прием или излучение гидроакустического сигнала и обеспечивающее совместно с аппаратной частью станции или комплекса его пространственную избирательность.....

  Официальная терминология

• - ".....

  Официальная терминология

• - ".....

  Официальная терминология

• - "...Аварийная гидроакустическая связь: передача и прием речевых сигналов в режиме высокочастотной телефонной связи между силами поисково-спасательного обеспечения и аварийным подводным объектом.....

  Официальная терминология

• - совокупность схемно и конструктивно связанных акустических, электрических и электронных приборов и устройств, с помощью которых производится приём или излучение либо приём и излучение акустических...

  Большая Советская энциклопедия

"Гидроакустическая антенна" в книгах

Первая антенна