3.2.2. Магнітострикційні перетворювачі
Якщо в постійне магнітне поле внести стрижень (рис. 5.24) з якого-небудь феромагнітного матеріалу (нікелю, кобальту і т.п.) так, щоб магнітні силові лінії пронизували стрижень уздовж його довжини, то під дією цього поля стрижень змінить свою довжину на величину Δl, тобто деформується (прямий магнітострикційний ефект).
Рис. 5.24. Прямий магнітострикційний ефект
Якщо той же стрижень (рис. 5.25) заздалегідь намагнітити так, щоб магнітні силові лінії були паралельні довжині, і піддати його деформації, то напруженість поля Ho зміниться на величину ΔН. Явище зміни магнітного стану матеріалу стрижня при деформації його під дією зовнішньої сили називається зворотним магнітострикційним ефектом.
Рис. 5.25. Зворотний магнітострикційний ефект |
Рис. 5.26. Відносна деформація різних матеріалів |
Залежність відносної деформації Δl/l стрижня від величини магнітної індукції B зображена на рис. 5.26, з якого видно, що найбільш яскраво магнітострикційні властивості виражені у нікелю, який і використовується частіше за все для виготовлення перетворювачів.
На практиці для створення магнітного поля замість постійних магнітів використовують електромагніти, по обмоткам яких пропускають струм. В даний час для виготовлення гідроакустичних перетворювачів використовують ферити, які за своїми електричними властивостями відносяться до напівпровідників.
3.3. Структурні схеми авіаційних гідроакустичних систем
Гідроакустичні системи (ГАС) можуть бути розділені на пасивні, працюючі в режимі шумопеленгування, і активні, працюючі в режимі лунопеленгування. Іноді використовується змішаний принцип роботи, при якому спочатку система працює в пасивному режимі, а при визначенні дальності від джерела звуку переводиться в активний звуковий режим. Конструктивно гідроакустичні системи виконуються в двох варіантах:
- вертолітні ГАС;
- літакові ГАС.
В першому випадку зв'язок між приймачем звуку і індикаторними пристроями здійснюється по дротах. У разі літакового варіанту для цієї мети використовується радіоканал.
Структурна схема вертолітної ГАС показана на рис. 5.27.
Рис. 5.27. Структурна схема вертолітної ГАС
Станція складається з двох зв'язаних кабелем частин: бортової I і що опускається на кабелі II.
Частина II, що опускається, включає:
- п'єзоелектричний приймач звуку – гідрофон 6;
- індукційний датчик 5 для визначення положення приймача щодо магнітного меридіана;
- сельсин-датчик 4, який видає сигнал про кутове положення приймача звуку щодо корпусу частини, що опускається.
Бортова частина станції I складається з наступних елементів:
- підсилювача 3;
- індикатора звуку 2;
- сельсин-приймача з індикатором пеленга на ціль 1.
Робота ГАС відбувається таким чином. Приймач звуку, що володіє направленою дією, опускається з вертольота у воду і приводиться в обертання від двигуна, що знаходиться на корпусі частини, що опускається. Звуковий сигнал, сприйнятий приймачем звуку, перетворюються в електричний сигнал, який по екранованому кабелю подається на підсилювач, а потім на стрілочний індикатор і телефон.
За сигналами, що поступають з сельсина-датчика і індукційного датчика, визначається напрям, звідки прийшов звуковий сигнал, тобто пеленг на ціль. Така ГАС працює в пасивному режимі, тому координати цілі можуть бути визначені лише при одночасній пеленгації цілі з двох або більш точок.
Більш ефективними є ГАС, працюючі в пасивному і активному режимах. В них при роботі в пасивному режимі визначається пеленг на ціль, а потім в напрямі на знайдену ціль посилається звуковий імпульс (активний режим). Відображена від цілі звукова хвиля сприймається гідрофоном. Дальність до цілі визначається за часом між посилкою імпульсу і його прийомом. Як індикатор в таких системах звичайно використовується електронно-променева трубка (ЕПТ). На екрані ЕПТ в пасивному режимі спостерігається лінія, що світиться, напрям якої дає пеленг на ціль. Дальність визначається по відстані від центру екрану трубки до точки, що світиться, яка має назву «мітка цілі».
Як джерело і приймач звуку служить один і той же пристрій, в якому використовується принцип оборотності п'єзоелектричного або магнітострикційного ефектів.
До комплекту літакової ГАС входить бортова частина (УКХ приймач) і комплект гідроакустичних буїв (до 20 шт.), що скидаються з літака у воду в районі спостереження цілі.
Гідроакустичний буй призначений для одноразової дії. Його структурна схема показана на рис. 5.28.
Рис. 5.28. Структурна схема гідроакустичного буя
Звуковий сигнал від цілі сприймається за допомогою магнітострикційного приймача звуку 1, де він перетвориться в електричний сигнал у вигляді напруги звукової частоти, яка поступає на вхід підсилювача низької частоти 2. Після посилення сигнал подається на вхід модулятора 3, в якому коливання високої частоти модулюються спектром шумів цілі (5-10 кГц). З виходу модулятора сигнал поступає на передавач 4.
Радіобуй може працювати в одному з двох режимів:
При приводнюванні буя включається тільки підсилювач низької частоти, а модулятор і передавач включаються за допомогою автопуску 5 при перевищенні сигналом на виході підсилювача заданого рівня шумів.
При приводнюванні одночасно включається підсилювач низької частоти, модулятор і передавач (автопуск при цьому не працює).
Для того, щоб можна було визначити, в районі якого з буїв знаходиться ціль, передавач кожного буя працює на своїй фіксованій хвилі. Живлення усіх елементів буя здійснюється від джерела, час дії якого складає декілька десятків годин.
Гідроакустичний буй забезпечений механізмом самоліквідації, що затопляє його через певний час. Для полегшення пошуку буя, що працює в режимі передачі, він забезпечений пакетом з фарбником, що створює навкруги буя яскраву забарвлену пляму, видиму з літака на відстані до 2 км.
Установка буїв проводиться скиданням їх в районі нагляду з висоти 200 м на швидкостях польоту до 500 км/год. Скидання здійснюється за допомогою парашута, який у момент зіткнення буя з поверхнею воли відділяється і тоне. Одночасно з цим висувається антена і відділяється приймач звуку (гідрофон), який під дією сили тяжіння занурюється на глибину, яка визначається довжиною кабелю, що сполучає гідрофон з буєм.