1.3 Антенные устройства

В настоящее время во всех современных эхолотах используются пьезокерамические антенны, работа которых основана на пьезоэлектрическом эффекте, свойственном пьезокерамике на основе титаната бария, метаниобата свинца или цирконата свинца. Сущность эффекта заключается в том, что при подаче напряжения на электроды, нанесенные на поверхность пьезокерамических элементов, которые будем называть вибраторами, происходит их деформация и наоборот, если деформировать вибратор, то на его электродах появится потенциал, зависящий от величины этой деформации. Таким образом, указанные вибраторы можно использовать в качестве приемных и передающих антенн. Пьезокерамические вибраторы имеют хорошие эксплуатационные показатели, технологичны в изготовлении и надежны в работе. В связи с тем, что изготавливаются они из тонкодисперсионного порошка путем прессования с небольшой добавкой цементирующего материала и последующим обжигом, легко могут быть получены преобразователи любой формы и размеров.

Пьезокерамическая антенна, как правило, состоит из активного элемента (керамики), наклеенного на металлическую накладку (мембрану). При этом путем выбора акустических характеристик керамики и накладки можно в определенных пределах изменять параметры всей антенны.

В качестве примера рассмотрим конструкцию антенны эхолота типа НЭЛ-МЗБ (рис. 1.3). Основными ее частями являются блок 9 пьезоэлементов 7, корпус 1, крышка 2 и кабель 3. Соединение крышки с корпусом осуществляется с помощью болтов 5. Для герметизации антенны используется резиновая прокладка 10.

Б

Рис.1.3

лок пьезоэлементов состоит из металлической мембраны 6,завулканизированной в корпус, и наклеенных на нее пьезоэлементов 7. В корпусе имеются отверстия 11, в которые устанавливаются втулки для крепления антенны на судне. С целью обеспечения акустической развязки антенны от вибраций корпуса судна и изоляции мембраны от внешней среды корпус и блок пьезоэлементовзавулканизированы резиной. Для предохранения излучающей поверхности антенны от повреждений при транспортировке и хранении предусмотрен защитный щиток 8, который снимается после установки антенны на судне.

Кабель завулканизирован в металлическую втулку и крепится к крышке гайкой 4 кабельного ввода, которая одновременно защищает его от повреждения в месте крепления.

На качество работы эхолота оказывают место и способ установки антенн. Как правило, они устанавливаются в донной части судна таким образом, чтобы обеспечивался непосредственный контакт излучателя с морской водой. Конструктивные варианты корпуса антенны и приемника, в который она устанавливается, могут быть самыми разнообразными. Например, с этой целью может использоваться фланцевый тип монтажа. На рис 1.4 представлена фланцевая схема крепления антенны эхолота IES-10,разработанного корпорацией OceanDataEquipment(США). Антенна устанавливается в специальное установочное кольцо, которое чаще всего изготовляется из нержавеющей стали и приваривается в прорезь днища судна. Нижняя часть кольца прикрывается полиуретановой крышкой (на рисунке не показана), сквозь которую беспрепятственно проходит импульс посылки. В процессе эксплуатации следует поддерживать эту крышку в чистоте. Наличие крышки снижает турбулентность потока воды у антенны и уменьшает обрастание вибратора антенны. Фиксируется антенна крепежными болтами. Под фланец антенны прокладывается герметизирующий сальник, который исключает проникновение морской воды.Аналогичная установка может быть произведена с использованием обтекателя (fairingblock) (рис. 1.5). При этом обтекатель не должен затруднять работу вибратора антенны.

Такая схема использована, например, в изделии “BronzPlusDepth” производства EchoPilotMarineElectronicsLTD. Нередко антенны, устанавливаемые таким образом, имеют снабженный резьбой хвостовик 1 (рис. 1.6), что облегчает крепление антенны.

И меются варианты установки антенн в специальных танках, которые привариваются к днищу судна с вырезом для антенны. Один из возможных вариантов установки антенны в таком танке, использованный фирмой SkipperElectronics, представлен на рис. 1.7. Сам корпус 1 танка также является сварным. Внутри танка располагается центрирующий цилиндр 6, размеры которого подбираются под тип используемой антенны 10. Этот цилиндр крепится к танку с помощью винтов 2. Промежуточное кольцо 7, размещенное между антенной и цилиндром 6, фиксирует положение антенны вдоль оси танка. Его размеры также определяются типом используемой антенны. Фиксирует положение антенны наружное кольцо 9, крепящееся к цилиндру 6 винтами 8. Рассмотренный способ позволяет проводить обслуживание антенны с помощью водолазов, которые могут извлечь антенну с внешней стороны корпуса судна.

В отдельных случаях, когда условия плавания не позволяют использовать указанные варианты установки антенны в виду опасности ее разрушения, она монтируется без прорези днища судна.

В этом случае антенну 1 (рис. 1.8) устанавливают в танке 2, который заполняется касторовым маслом или другой химически неактивной жидкостью 3, имеющей такое же акустическое сопротивление, как и у морской воды. Акустическое сопротивление обшивки судна 4 значительно отличается от акустического сопротивления жидкостей, поэтому в пространстве между излучающей антенной и днищем судна образуется стоячая звуковая волна. Такая же волна возникает в обшивке судна. Для того чтобы обеспечить прохождение звуковой волны через обшивку необходимо так подобрать расстояния АВ и ВС, чтобы в точках В и С имели место пучности колебательной скорости. В этом случае обшивка корпуса судна, совершая резонансные колебания, передаст звук практически без потерь.

Нередко антенны устанавливаются в клинкетах, что позволяет производить их обслуживание и замену без постановки судна в док. Один из вариантов устройства клинкета представлен на рис. 1.9. К вырезу в донной части корпуса судна 1 приваривается установочный фланец 2, на который монтируется клинкет. Антенна 10 помещается в цилиндрический корпус 9 и вставляется в корпус клинкета. Верхний фланец 6 цилиндрического корпуса свинчен с крепежным фланцем 7, который, в свою очередь, соединяется с корпусом клинкета с помощью винтов или, как это показано на рисунке, с помощью предохранительных шпилек 4. Все места соединений снабжаются уплотняющими прокладками 3, предотвращающими протечку воды. С помощью маховика 8 перекрывается клинкет при извлечении из него антенного блока.

Д ля извлечения антенного блока необходимо переместить гайки, крепящие фланец 7 в верхнее положение (рис. 1.10), выдвинуть блок 9 до упора вверх и маховиком 8 перекрыть клинкет. После этого можно продолжить разборку.