Гидролокатор бокового обзора

Визуальное представление полученных и обработанных данных возможно на мониторе, термопринтере, видеомагнитофоне, а при наличии локальной сети или сети Интернет, на любом удалённом устройстве.

Качество и достоверность полученной с помощью гидроакустических приборов информации зависит, прежде всего, от технических параметров самого гидроакустического прибора и ППА. Однако нельзя не учитывать сложные физические и геометрические законы распространение звуковых волн в водном пространстве. Скорость распространения звука в воде величина непостоянная и изменяется в пределах от 1470 до 1550м/с, это обусловлено изменением солёности, температуры и гидростатического давления различных слоёв воды. Расположения ППА по отношению к поверхности воды или морскому дну без учёта направления излучения акустических сигналов может вызвать так называемые зоны "поверхностной или донной засветки" на мониторах гидроакустических приборов. Но даже при соблюдении всех условий и внесении необходимых поправок в систему обработки данных, велико влияние на ППА посторонних шумов от двигателя судна и естественных морских шумов.

Основными параметрами гидроакустических приборов и устройств является частота излучаемого акустического сигнала и угол обзора (диаграмма направленности). Диапазон частот лежит в пределах от единиц килогерц до мегагерц, чем больше частота, тем меньше дальность проникновения сигнала. Диаграмма направленности определяет тип и область применения гидроакустического устройства и различается величиной углов в вертикальной и горизонтальной плоскости.

По количеству излучаемых ППА сигналов различают однолучевые и многолучевые системы. Многолучевые системы производят одновременное сканирование с помощью нескольких десятков гидроакустических сигналов. Они позволяют покрыть большую площадь при сканировании в единицу времени и за счет применения большого количества сигналов с узкой диаграммой направленности получить изображение с высоким разрешением. С использованием компьютерных технологий для обработки и фильтрации данных возможно получение изображений с фотографической чёткостью. В настоящее время многолучевые системы становятся всё более популярными, несмотря на их высокую (сотни тысяч долларов) стоимость.

ППА однолучевых систем способна излучать и принимать только один гидроакустический сигнал в единицу времени. Однако благодаря их надёжности, простоте в эксплуатации и относительно низкой стоимости, однолучевые системы продолжают интенсивно развиваться и находят широкое применение в различных сферах деятельности.

На основе рассмотренной информации можно разработать структурную схему устройства, данная схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема гидролокатора бокового обзора

Сигнал тракта излучения, полученный на генераторе и усиленный, поступает в приёмно-передающую антенну, которая излучает посылку в морскую среду. Отраженный от дна и ослабленный во много раз сигнал поступает на приёмно-передающую антенну и далее вход приемного тракта, состоящего из коммутатора приёма-передачи. Усиленный и приведенный к заданному виду сигнал поступает на устройство обработки, где происходит считывание. Полученный цифровой код передается в ЭВМ и выводится.

Разработанная мною схема показывает принцип работы гидролокатора бокового обзора, данная схема представлена в обобщенном виде и может видоизменятся в зависимости от типа гидролокатора бокового обзора.

 

3 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ

 

После рассмотрения структуры гидролокатора бокового обзора и создания структурной схемы устройства, я получил достаточное представления о принципе работы и составных блоках устройства. Обобщенно гидролокатор бокового обзора можно разбить на три составляющие приемоизлучающая антенна, блок усиления и фильтрации, блок обработки. Каждая из этих частей играет важную роль в работе устройства. В данной работе мы рассмотрим блок фильтрации. Задачи блока фильтрации удаление помех и не в ходящих в диапазон рабочих частот. В зависимости от назначения и параметров гидролокатора возможны модификации блока фильтрации, его усложнение или упрощение. В данной работе я буду освещать портативные гидролокаторы, работающие высоких частотах. Исходя из данных, я разработаю схему фильтра нижних частот представленную на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема фильтра нижних частот

 

Я буду разрабатывать фильтр нижних частот с единичным коэффициентом усиления и частотой среза 50кГц.

Расчет фильтра я буду производить по системе разбиения на звенья. Выпишем коэффициенты для трех звеньев.[1]

 

 

Таблица 1 – Коэффициенты фильтров

Звено	а	b
Звено 1	1	0
Звено 2	1.6180	1

 

 

Затем определим для каждого звена номиналы конденсаторов и рассчитаем номиналы резисторов.[1]

 

Таблица 2 – Номиналы конденсаторов

Звено	Номинал С
Звено 1	С= 1нФ
Звено 2	С1= 820пФ, С2= 1.5нФ

 

 

Расчет первого звена:

R= a/2gfC=3.18кОм, (10)

Расчет второго звена:

 

, (11)

 

 

, (12)

 

 

После того как мы получили расчетные значения мы подберем ближайшие номиналы из ряда E96.

Таблица 3 – таблица номиналов резисторов

Звено	Номинал R из ряда Е96, кОм
Звено1	3.16
Звено2	1.87; 4.42

 

 

 

4 КОНСТРУИРОВАНИЕ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ АНТЕНЫ

4.1 Принцип работы

Антенна гидролокатора бокового обзора представляет собой вытянутую антенную решетку, обеспечивает формирование очень узкой диаграммы направленности вдоль антенны и значительно более широкой  диаграммы направленности в поперечной плоскости. Продольная ось антенны устанавливается вдоль диаметральной плоскости судна. Антенна жестко закреплена или буксируется на кабель-троссе в специальном обтекателе. По мере движения судна антенна излучает акустические посылки и сканирует морское дно узким лучом в направлении движения. При этом в направлении поперек курса ширина диаграммы оказывается  очень широкой и пользователь получает ответный сигнал, лимитированный только доступной дальностью его распространения. Этот процесс проиллюстрирован на рисунке 3.

Рисунок – 3 Мгновенное освещение морского дна с помощью единичной посылки ГБО [8]

На основе данного рисунка и справочных данных мы можем вычислить размер акустической освещенной площади, для вычисления есть все необходимые данные. Вычисления будем производить по формуле [8]:

 

F – частота акустического сигнала ГБО; W – обратная величина длительности импульса. Так же можно вычислить величину обратную рассеиванию, она вычисляется по формуле:

 

 

Sd – коэффициент обратного рассеивания; S0 – выход на исходном уровне.

Кроме рассеивания, другие факторы также оказывают воздействие на уменьшение силы возвращенного эхосигнала. Затухание и сферическое рассеивание вносят главный вклад в процесс. Делается допущение о плоском морском дне, а также о линейности затухания возвращенного сигнала по времени и дистанции. Для многолучевых гидролокаторов существует стратегия при решении данной задачи по созданию оптимальной модели обратного рассеивания

В моем курсовом проекте я буду освещать портативные ГБО с однолучевыми антеннами, данные к которым могут быть вычеслены по формулам приведенным ниже.

 

4.2 Конструкция гидроакустической антенны

Эргонометрические и габаритные параметры гидролокаторов бокового обзора и в частности гидроакустических антенн разнятся и довольно многообразны. На конструкторскую реализацию гидроакустической антенны влияют следующие факторы: рабочие параметры, место установки ( крепеж на судне или буксировка), место проведении сканирования.

В нашем случае будет рассматриваться портативный гидролокатор бокового обзора. Данный тип устройства предназначен для работы на малых судах и сканирования дна на малых глубинах. Так как устройство работает на малых глубинах, то его рабочие частоты будут много выше чем у более глубоководных аппаратов, это необходимо для получения более детализированной картинки дна.

Антенна ГБО состоит, как правило, из отдельных пьзоэлементов прямоугольной формы расположенных в ряд и установленных в общем корпусе. Размеры пьезоэлементов и излучающей поверхности антенны определяются ее рабочей частотой и шириной диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Пример разработанного сборочного чертежа гидроакустической антенны показан на рисунке 4.

Рисунок 4 – Сборочный чертеж гидроакустической антенны

Акустические преобразователи 3 укреплены на основании антенны 4 и расположены таким образом, чтобы в горизонтальной плоскости они имели одинаковую диаграмму направленности, а в вертикальной плоскости сумма диаграмм направленности акустических преобразователей 3 с частотами f1 - fn перекрывала бы заданный сектор лоцирования. Для этого акустические преобразователи 3 укреплены на основании 4 с наклоном относительно друг друга на угол, равный половине суммы диаграмм направленностей соседних преобразователей на уровне 0,707. Причем, самые высокочастотные акустические преобразователи 3 излучают и принимают эхо-сигналы на минимальных дистанциях лоцирования, а самые низкочастотные акустические преобразователи 3 - на максимальных дистанциях лоцирования. Размеры В, С и D акустических преобразователей определяются соответственно шириной диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальных плоскостях, а также рабочей частотой f преобразователей.

Данный чертеж был разработан на основе визуализированной модели которая строилась на основе аналогов и данных из теоретических источников. Данная модель представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Визуализированная модель гидроакустической антенны

В данном разделе мы провели теоретический анализ гидроакустических преобразователей используемых в гидролокаторах бокового обзора. Мы рассмотрели процесс конструирования антенн ГБО и познакомились с особенностями конструирования устройств, создав сборочный чертеж гидроакустической антенны и ее визуализированной модели.

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 Технология производства

 

Производственные технологии основываются на использовании современных достижений науки и техники. Это требует привлечения знаний коммерсантов, товароведов–экспертов, экономистов самого высокого уровня. Только осведомленный в этой отрасли специалист может объективно оценить результаты производства, дать полезные рекомендации по их улучшению.

Производство в экономике является базовым звеном, основой существования любого общества независимо от вида собственности. Технология и экономика – неотъемлемые части единого механизма воспроизводства условий существования общества, а технологическое развитие производства база экономического роста.

Производственные технологии в большинстве своем сложны. Зачастую они представляют собой сочетание гидродинамических, тепловых, массообменных (диффузионных), биохимических, механических и других процессов. При разнообразии технологических процессов в промышленности многие из них являются общими для различных видов производств.

Технология производства гидролокаторов бокового обзора будут на прямую зависеть от назначения прибора и области его эксплуатации. К примеру если разрабатываемый прибор планируется использовать на больших глубинах то при изготовлении корпуса нужно учитывать давление, которое будет действовать на аппарат.

В нашем проекте мы рассматриваем портативные гидролокаторы бокового обзора. Их отличие будет малые глубины работы, небольшие габариты, не высокая стоимость. При технологическом производстве гидролокатор бокового обзора можно разбить на две составляющие: выбор приемоизлучающего устройства и разработка корпуса для устройства. Как уже было сказано выше для приемопередающего устройства мы выберем пьезодатчик. Наш выбор обусловлен тем, что данный тип датчиков наиболее распространен, большое разнообразие цен и параметров, что позволит подобрать наиболее оптимальный. Что касается технологического производства корпуса то тут мы будем руководствоваться условиями эксплуотации нашего устройства. Так как мы будем эксплуатировать устройство на малых глубинах, то требования к корпусу будут довольно демократичны, что в свою очередь будет удешевлять его стоимость. Корпус будет выполнен в кубической форме (форме ящика) из нержавеющей стали. Внутри стенки корпуса будут выложены звуконепроницаемым экраном. С верху мы будем заливать нашу антенну звукопрозрачной резиной, для того чтобы сохранить герметичность и предотвратить заливания антенны.

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В ходе курсового проекта я ознакомился с конструкциями гидролокаторов и разработал конструкцию антенны для гидролокатора бокового обзора. Так же на основе рассмотренных аналогов была разработана структурная схема и принципиальная электрическая схема блока фильтрации. После разработки конструкции антенны я так же познакомился с технологией производства данного типа устройств. Проанализировав полученную информацию, я рассмотрел технологию производства антенны с учетом моего типа устройств.

 

Список используемой литературы