Экспериментальный комплекс для исследования возможностей использования гидроакустических датчиков в системах подводного видения
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-4-54-64Ключевые слова:
подводное видение, экспериментальный комплекс, гидроакустический волновод, опытовый бассейн, характеристика гидроакустического датчикаАннотация
Приведено описание лабораторного измерительного экспериментального комплекса, включающего линейную аквасреду в виде протяженного цилиндрического резервуара (гидроволновода) и опытовый бассейн, оснащенные системой генерации испытательных гидроакустических сигналов, набором электроакустических и акустоэлектрических преобразователей, системой усиления и оцифровки принимаемых сигналов. Представлены результаты экспериментальных исследований гидроакустических пьезодатчиков и особенностей распространения генерируемых ими волн в описываемом комплексе. В число этих результатов входят: оценка чувствительности датчиков; оценка частотных характеристик датчиков; исследование АЧХ системы из двух датчиков, закрепленных в торцах горизонтального гидроволновода; сравнение результатов измерений АЧХ датчиков в трубе и бассейне; сравнение затягивания сигнала во времени в трубе и бассейне; исследование работы датчиков в режиме сонара. Наиболее значимыми результатами, иллюстрирующими поведение гидроакустических сигналов и потенциал лабораторного измерительного экспериментального комплекса, являются установленные возможности определения резонансных особенностей электроакустических преобразователей и детальность характеристик отражения акустических сигналов от объектов в условиях водной среды. Основными исследованными характеристиками гидроакустических датчиков являются: чувствительность, частотные характеристики исследуемых датчиков, амплитудно-частотные характеристики системы из передающего и приемного датчиков и особенности работы датчиков в режиме сонара. По результатам исследований получены характеристики чувствительности датчиков и оценки разброса показателей чувствительности для однотипных представителей различных партий. Исследование частотных характеристик датчиков сосредоточено на исследовании зависимости модуля и фазы сопротивления датчика от частоты и на определении резонансных особенностей датчиков. Установлено наличие резонансов (минимумы сопротивления) и антирезонансов (максимумы сопротивления) в нескольких частотных областях. При исследовании датчиков в режиме сонара отчетливо наблюдалась бликовая структура эхосигналов от составляющих сложного объекта (сфера, подвешенная на нити), разделенных промежутками времени 12,3 мкс. Задержка сигнала, отраженного от нити, по отношению к сигналу отражения от передней стенки сферы обусловлена бóльшим на два радиуса сферы расстоянием, преодолеваемым отраженным от нити сигналом. Выполнение исследований в условиях двух экспериментальных ситуаций (линейный гидроволновод и опытовый бассейн) позволяет оценить степень адекватности получаемых результатов в смысле сравнения аналогичных экспериментов в разных условиях.Библиографические ссылки
Леньков С. В., Широков В. А. Исследование тест-объектов и гидроакустических датчиков ультразвукового диапазона в одномерном гидроакустическом волноводе // Доклады XVII Школы-семинара им. акад. Л. М. Бреховских «Акустика океана». М. : Институт океанологии им. П. П. Ширшова, 2020. 408 с.
Исследование гидроакустических свойств материалов / М. В. Иванов, С. А. Гаврильев, С. А. Трофимов, Б. С. Ксенофонтов, О. А. Иванова // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2018. № 4. С. 71-83.
Стенд для определения влияния неоднородностей, находящихся в воде, на ее акустические свойства, и результаты исследований / А. Н. Греков, Н. А. Греков, Е. Н. Сычев, В. Ж. Мишуров, В. А. Рязанов, К. А. Кузьмин // Системы контроля окружающей среды. 2020. № 3. С. 114-123.
Afolayan M.O., Yawas D.S., Folayan C.O., Aku1 S.Y. Modal Analysis of 27 mm Piezo Electric Plate for Small-Scale Underwater Sonar-Based Navigation. Journal of Engineering, vol. 2013, Article ID 549865. URL: https://doi.org/10.1155/2013/549865
Шарапов В. М., Мусиенко М. П., Шарапова Е. В. Пьезоэлектрические датчики. М. : Техносфера, 2006. 632 с.
Sharapov V., Sotula Z., Kunickaya L. Piezo-Electric Electro-Acoustic Transdusers. Springer, 2014. ISBN: 978-3-319-01197-4. DOI: 10.1007/978-3-319-01198-1.
Lowe M.J.S. Generation of Ultrasound. Encyclopedia of Vibration. Imprint Academic Press, 2001. ISBN: 978-0-12-227085-7.
Развитие акустических приборов для исследования водной среды INSITU / А. Н. Греков, Н. А. Греков, Е. Н. Сычев, К. А. Кузьмин // Системы контроля окружающей среды. 2019. № 2. С. 22-29.
Исаев А. Е., Хатамтаев Б. И. Определение фазочастотной характеристики гидрофона по амплитудно-частотной характеристике // Измерительная техника. 2021. № 7. С. 48-53.
Фатеев В. Я. Измерение резонансной частоты амплитудным и фазовым методами с помощью цифрового частотного сканирования // Измерительная техника. 2021. № 6. С. 51-58.
Система многочастотного акустического зондирования для исследования акустических характеристик верхнего слоя моря / В. А. Буланов, И. В. Корсаков, С. Н. Соседко, А. В. Стороженко // Приборы и техника эксперимента. 2020. № 3. С. 131-136.
Урик Роберт Дж. Основы гидроакустики. Л. : Судостроение, 1978. 448 с.
Кранц В. З. Система многопозиционной частотной телеграфии для многолучевого канала // Гидроакустика. 2011. № 14. С. 57-63.
Бреховских Л. М., Лысанов Ю. П. Теоретические основы акустики океана. Л. : Гидрометеоиздат, 1982. 264 с.
Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. М. : Наука, 1973. 343 с.
Андреева И. Б. Физические основы распространения звука в океане. Л. : Гидрометеоиздат, 1975. 192 с.
Картирование звукорассеивающих объектов в северной части Баренцова моря и их геологическая интерпретация / С. Ю. Соколов, Е. А. Мороз, А. С. Абрамова, Ю. А. Зарайская, К. О. Добролюбова // Океанология. 2017. Т. 57, № 4. С. 655-662.
Распознавание и обследование малоразмерных подводных объектов с помощью автономных необитаемых подводных аппаратов / А. В. Инзарцев, А. М. Павин, О. А. Лебедко, М. А. Панин // Подводные исследования и робототехника. 2016. № 2 (22). С. 36-43.
Обнаружение и обследование локальных донных объектов с помощью группы специализированных автономных подводных роботов / А. В. Инзарцев, А. М. Павин, Г. Д. Елисеенко, М. А. Панин // Известия ЮФУ. Технические науки. 2018. № 1 (195). С. 40-51.
Коноплин А. Ю., Юрманов А. П. Система поддержки деятельности операторов манипуляторов, установленных на подводных аппаратах // Подводные исследования и робототехника. 2021. № 2 (36). С. 18-27.
