МЕНЮ


Фестивали и конкурсы
Семинары
Издания
О МОДНТ
Приглашения
Поздравляем

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ


  • Инновационный менеджмент
  • Инвестиции
  • ИГП
  • Земельное право
  • Журналистика
  • Жилищное право
  • Радиоэлектроника
  • Психология
  • Программирование и комп-ры
  • Предпринимательство
  • Право
  • Политология
  • Полиграфия
  • Педагогика
  • Оккультизм и уфология
  • Начертательная геометрия
  • Бухучет управленчучет
  • Биология
  • Бизнес-план
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Банковское дело
  • АХД экпред финансы предприятий
  • Аудит
  • Ветеринария
  • Валютные отношения
  • Бухгалтерский учет и аудит
  • Ботаника и сельское хозяйство
  • Биржевое дело
  • Банковское дело
  • Астрономия
  • Архитектура
  • Арбитражный процесс
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Административное право
  • Авиация и космонавтика
  • Кулинария
  • Наука и техника
  • Криминология
  • Криминалистика
  • Косметология
  • Коммуникации и связь
  • Кибернетика
  • Исторические личности
  • Информатика
  • Инвестиции
  • по Зоология
  • Журналистика
  • Карта сайта
  • Реферат: Антенна излучающая

    Реферат: Антенна излучающая

    Пояснительная записка к курсовому проекту 08.092.54ИС1

    Выполнил: студент группы 54ИС1 Новицкий Андрей

    Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет

    Кафедра 50

    Санкт-Петербург

    2003

    Введение

    К одной из важнейшей научно-технической проблеме современности можно отнести освоение водного пространства.  

    Освоение океана повлекло множество технических проблем. Одной из них являлась невозможность заглянуть в глубины океана, узнать особенности дна, наличие и особенности подводных обитателей. С появлением судов и устройств, способных пребывать под водой более или менее долго, возникла проблема передачи информации: связь с другими объектами, сканирование окружающего пространства и прочее.

    Акустические (звуковые) волны, благодаря своей природы, свойствам водной среды, способны возбуждаться при сравнительно малых затратах энергии, и распространяться на большие расстояния, при некоторых условиях на тысячи и десятки тысячи километров.

    С помощью гидроакустических средств (ГАС) производят картографирование дна морей и океанов и обнаруживают предметы (эхолоты и гидролокаторы бокового обзора), осуществляют водную связь (средства гидроакустической связи), обеспечивают безопасность плавания судов, измерение скорости хода и глубины под килем (средство судовождения), производят поиск скопления рыб, управление автономными подводными приборами, доставляющими информацию о состоянии подводной обстановки (средств телеметрии и телеуправления), обнаруживают и определяют координаты подводных объектов.  

    Процесс преобразования электрической энергии в акустическую выполняют подводные электроакустические излучатели и приёмники, входящие в состав антенны, и называемые гидроакустическими преобразователями (ГАП).

    Конструкцию антенны определяют, в основном, её назначение и местоположение. Так, антенны судовых гидроакустических систем можно размещать на корпусе судна, буксировать или опускать за борт; антенны стационарных гидроакустических станций устанавливают на фундаментальных опорах в прибрежных районах, у входов в порты, в районах рейдовых стоянок и т.п.

    Техническими параметрами гидролокационных станций (ГАС) являются: рабочая частота (от единицы до десятков килогерц), излучаемая акустическая мощность (от сотен ватт до сотен киловатт), ширина диаграммы направленности антенны в режимах излучения и приема в главных плоскостях, форма и длительность излучаемых импульсов, уровень усиления приемного тракта, ширина полосы частот приемного тракта. ГАС, которые не излучают акустическую энергию и предназначены для обнаружения и определения пеленга (курсового угла) подводного объекта по производимому им шуму, в частности движущегося судна, относят к пассивным средствам ШПС – полоса рабочих частот, ширина диаграммы направленности антенны, коэффициента усиления приемного тракта.

    В данной работе для обеспечения ХН с малыми боковыми максимумами предлагается ромбический поршень, у которого величина бокового максимума меньше 5%.

    Основная часть:

    1. Выбор формы, определения размеров антенны и направленности

    Для обеспечения малой величины бокового максимума (10%) выбираем излучающую пластину в форме плоского ромба, характеристика направленности которого выражается формулой

    R()=, (1) 

    где - длина диагонали, - длина волны в воде.

     м

    По заданию, в осевой диагональной плоскости угловая ширина главного лепестка на уровне 0,7 в плоскости х0z равна, а в плоскости у0z .

    Обозначим аргумент функции (1) через a, то есть . Получаем уравнение

     , откуда

     , (2) 

    Построим графики  и 0,84; корень уравнения  находится в точке пересечения обоих графиков, которой соответствует значение . Следовательно , длина диагонали  .  

     

     

    Для м.

    Для м.

    Проверка решения уравнения (2). Подставляем  с очень малой погрешностью.

    Таким образом, волновые размеры диагоналей равны  и . Соответствующие выражения для характеристик направленности имеют вид , .

    В формуле  угол  отчитывается от оси z, проходящей через точку пересечения диагоналей ромба, в плоскости x0z; в формуле  угол  также отсчитывается от оси z, но в плоскости y0z. 

    Излучающая пластина совмещена с плоскостью х0у, которой ось z перпендикулярна.

     

    Нули в направлениях, определяемых из уравнений

    , m=1,2,3...... (3)

     ,  ,  ,  и т.д.

    Направления боковых максимумов (приближенно):

     Þ ; ;  и т.д.

    Аналогично все повторяется для , формулы те же.

    Коэффициент осевой концентрации, учитывая немалые размеры излучающей поверхности, рассчитывается по формуле

     или  , (4)

    где S – активная площадь антенны

    Подставляя значения  и , получаем

     

    Для плоскости х0z ( ДН содержит только один главный лепесток:  и , а  , то есть последующих нулевых направлений нет. В плоскости y0z  значения углов  и величины боковых максимумов даны в следующей таблице 1: 

    Таблица 1

     

     

     

     

     

     

     

    7,8 11,8 15,8 19,9 24,1 28,5 33,0

     

     

     

     

     

     

     

    0 0,045 0 0,016 0 0,008 0

    Таблица 2

     , град.

    1 2 2,5 3 4 5

    0,94 0,89 0,70 0,60 0,38 0,20

    В плоскости х0z () значения углов  и величины боковых максимумов дана в следующей таблице 2: 

    Таблица 3

     

     

     

    32 54 90

     

     

     

    0 0,0055 0

    Таблица 4

     ,град.

    5 10 15 20

     

    0,91 0,71 0,44 0,20

    Как видно из таблиц, наибольший боковой максимум равен 0,045, то есть составляет 4,5%. Следовательно, требования задания выполнено, что обеспечено выбором формы антенны, при которой амплитуда колебаний уменьшается от середины к краю.

    2. Колебательная система преобразователя

    По заданию, колебательная система преобразователя – полуволновая, то есть пьезо-

    керамическая поршневая пластина не нагружена накладками (рис.5). Боковые размеры пластины велики по сравнению с ее толщиной. Электроды наложены на большие грани, перпендикулярные оси z.

     

    Необходимые расчетные формулы даны в §9.6 [1] и в пособии [2].

    Резонансная частота при продольном пьезоэффекте определяется из уравнения

    ,

    где - скорость распространения волны в пластине, измеренная при разомкнутых электродах.

    Для дальнейших расчетов требуется знать конкретный пьезоэлектрический материал, марку пьезокерамики.

    3. Чувствительность излучателя

    Эффективность излучателя можно оценить давлением P, которое он создает в точке, в направлении главного максимума при определенном электрическом напряжении U на входе. Такая оценка называется чувствительностью излучателя и определяется по формуле

    , (6)

    где r – расстояние до точки измерения давления. Если принять r=1м и U=1В, то величина .

    Для определения акустического давления воспользуемся известным соотношением между излучаемой мощностью  и давлением на оси

     

    Допустимая удельная мощность излучения ограничивается порогом кавитации , величина которого тем выше, чем меньше длительность импульса  и больше гидростатическое давление (заглубление  антенны). При  и  [2]. Зависимость от  определяется формулой

     

    По заданию, =100м, получаем . С учетом длительности  можем принять . Тогда , - излучаемая площадь антенны.

     

    Из выражения (4) находим звуковое давление

     

    Таким образом, чувствительность излучателя

    Выбор активного материала и расчет электрических параметров

    Основным назначением рассматриваемой антенны является излучение акустической энергии. Известно, что при одинаковой напряженности электрического поля наибольшая мощность излучения будет у преобразователей из пьезокерамики составов ЦТБС-3, ЦТС-19 и ЦТСНВ-1 [1]. Следовательно, для получения наибольшей удельной акустической мощности при наименьшей величины напряжения целесообразно использовать указанные активные материалы. Остановимся на ЦТБС-3, приведем значения ее постоянных:

     

    Толщину пьезокерамической пластины определим, принимая заданную частоту 250 кГц за частоту резонанса, так как антенна излучающая, тогда

     

    Статическая электрическая емкость пластины

    ,

    где - площадь электрода.

     

    Эквивалентное сопротивление электрических потерь

     ,

     

    Емкостное сопротивление


     

    Коэффициент электромеханической трансформации

     

    Сопротивление электрических потерь на резонансе

     

    Емкостное сопротивление на резонансной частоте

     

    Акустическая мощность излучения при резонансе

     

    Здесь - КПД, учитывающий механические потери; принимаем . Величина - активное сопротивление излучения, соответствует немалым волновым размерам пластины:

     

    Частотная зависимость акустической мощности вблизи резонанса

    ,

    где - механическая добротность

     

    При такой высокой добротности резонансная кривая мощности представляется весьма узкополосной: относительная ширина полосы  и

    Электрический импеданс преобразователя образован из сопротивлений электрической части и приведенных к ней механических:

      .

    На частоте механического резонанса  , сумма , так как

    >>; .

    Импеданс , Ом

    Конструкция антенны

    Кабель 3 марки ПГЭШ-1.0 вклеивается в хвостовик корпуса 2, выполненного из латуни Л-63. Хвостовик корпуса вместе с кабелем вулканизируется резиной. Сырьем для вулканизации служит сырая резина марки С-576. Текстолитовая шайба 5 и пенопластовая обойма 4 склеиваются клеем К-153. В обойму из полиуретана вклеивается пьезокерамический преобразователь 1 с припаянными проводниками. Провод укладывается в канал блока, он припаян к кабелю 3 и к преобразователю. Рабочую поверхность преобразователя и части образующей корпус 2 смазывают клеем. Затем осуществляется заливка компаундом

    6. Измерение характеристики направленности (ХН)

    Измерения характеристики направленности (ХН) излучателей и приемников звука является простой операцией, но требует выполнения ряда условий для получения правильных результатов.

    Испытуемый преобразователь (излучатель, приемник) поворачивается вокруг оси, перпендикулярной плоскости в которой определяется ХН. Расстояние  между излучателем и приемником следует выбирать так, чтобы ХН полностью сформировалась, то есть не зависят от дальнейшего увеличения . Обычно пользуются приближенной оценкой этой величины

    0,161м

    где L – максимальный габаритный размер преобразователя (антенны).

    Если за критерий взять среднюю фазовую ошибку, то относительная погрешность измерения  направленности антенны размером L будет равна

    = 

    Расстояние r по этому критерию оценивается неравенством

     

    Если же излучение и прием осуществляются излучателями заключительных размеров, то расстояние r отвечает неравенству

     

    Условия измерений должны соответствовать свободному полю, чтобы при каждом новом повороте регистрировался (измерялся) только прямой сигнал, распространяющийся от излучателя к приемнику.

    Поворот системы производится электромеханических приводом – двигателем и набором шестерней, обеспечивающих приемлемую частоту вращения, определяемую скоростью фиксации сигналов, характером среды и требуемой точностью структуры ХН.

    Для регистрации ХН в полярных координатах используют круглые бланки, поворачивающиеся синхронно с поворотом испытуемого преобразователя.  

    Синхронизация движения бумаги и вращения испытуемого преобразователя лучше всего обеспечивается сельсильной связью: ось сельсина – датчика механически соединяется с валом, непосредственно вращающим преобразователем, а ось сельсина – приемника – с осью вращения бланка. Сельсины обеспечивают точность передачи угла порядка 0,5°, что вполне достаточно для большинства акустических измерений.

    Заключение

    Спроектирован излучающий преобразователь в виде пьезокерамического поршня в форме ромба. Такая форма обеспечивает малый уровень боковых максимумов (4,5%). Эффективность преобразователя достаточна, благодаря применению пьезокерамического материала состава ЦТБС-3.

    Требования задания по направленности антенны выполнено с соответствующим выбором размеров (диагоналей) излучающей поверхности.

    Список литературы

    Свердлин Г.М. Прикладная гидроакустика. Л: Судостроение, 1990

    Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны Л.: Судостроение, 1988.

    Свердлин Г.М., Огурцов Ю.П. Расчет преобразователей. Учебное пособие. Л: ЛКИ, 1976.

    Кобяков Ю.С. и др. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. Л: Судостроение, 1986.

    Колесников А.Е. Акустические измерения. Учебник для вузов. Л: Судостроение, 1983.



    Приглашения

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хореографического искусства в рамках Международного фестиваля искусств «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хорового искусства в АНДОРРЕ «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»




    Copyright © 2012 г.
    При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.