Гидроакустическая буксируемая антенна для геофизических работ


 


Владельцы патента RU 2568055:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в морях, океанах, пресноводных водоемах в качестве геофизической косы для проведения исследований в обеспечении инженерно-геофизических работ на морском дне. Техническим результатом изобретения является снижение диаметра антенны, повышение помехозащищенности от гидродинамических помех на низких частотах, а также снижение структурных помех, возникающих при изгибах и продольных деформациях антенны при буксировке. Технический результат достигается за счет того, что в гидроакустической буксируемой антенне для геофизических работ, содержащей внешнюю эластичную кабельную оболочку, в которую вмонтирован выполненный в виде сетчатой оплетки армирующий силовой элемент, размещенный внутри оболочки набор приемников, каждый из которых состоит из двух одинаковых чувствительных пьезоэлементов, выполненных из электрически поляризованной пьезоэлектрической пленки с нанесенными на ее поверхности и прочно сцепленными с ней электродами, герметичных корпусов с вмонтированными в них электронными платами с дифференциальными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, цифровой линии связи и линии питания, причем к входам дифференциальных усилителей противофазно подключены чувствительные пьезоэлементы, а к выходам - аналого-цифровые преобразователи, выходы которых подключены к цифровой линии связи, линия питания и линия связи объединены в единую кабельную сборку, дополненную корделями в виде эластичных полимерных жил до придания сборке круглой формы, пленочные пьезоэлементы выполнены в виде двух лент с противоположной ориентацией поляризации, навитых под углом на поверхность кабельной сборки, при этом кабельная сборка закреплена с противоположных сторон на опорных шайбах с продольными вырезами, в которых пропущены дополнительные силовые элементы в виде сверхпрочных шнуров, а все внутреннее пространство под кабельной оболочкой заполнено вязким липким материалом, например, полиизобутиленом. 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в морях, океанах, пресноводных водоемах в качестве геофизической косы для проведения исследований в обеспечении инженерно-геофизических работ на морском дне, включая морскую сейсморазведку полезных ископаемых.

Известно устройство гидроакустической буксируемой антенны, содержащее наружную герметичную оболочку из поливинилхлорида, внутри которой расположен силовой элемент в виде якоря-фала с концевым телом, датчики курса и глубины, антенные модули в виде расположенных вдоль оси гидрофонов из пьезокерамики, соединенные с блоком фильтрации и усиления, блоки частотного или временного уплотнения и линию связи (Ю.А. Корякин и др. ФГУП «ЦНИИ» Морфизприбор», Корабельная гидроакустическая техника, изд-во «Наука», Санкт-Петербург, 2004 г., стр. 191-193).

Недостатками известного устройства являются неудобства при операциях постановки и выборки антенны из-за большого диаметра и веса, нестойкость к ударным нагрузкам из-за хрупкости пьезокерамики, а также необходимость использования большого количества каналов передачи информации.

Известно устройство гидроакустической буксируемой антенны, в которой сокращено количество каналов передачи информации за счет того, что она содержит ряд объединенных в одном шланге линейных эквидистантных субантенн, в каждую из которых входят гидроакустические преобразователи, фазовые центры которых размещены на расстоянии, равном половине длины волны верхней частоты диапазона субантенны, предварительные усилители и линии передачи информации к бортовой аппаратуре, при этом каждый преобразователь, усилитель и линия передачи соединены последовательно, образуя приемный канал, а каждая субантенна поделена на определенное число эквидистантных групп с определенным числом приемных каналов в группе ( авт. свид. СССР №1840453 A1, МПК G01S 7/52, 2007 г.).

Недостатками этого устройства являются неудобства при операциях постановки и выборки антенны из-за большого диаметра и веса, нестойкость к ударным нагрузкам из-за хрупкости пьезокерамики.

Известна гидроакустическая буксируемая антенна для геофизических работ, содержащая пьезоэлектрические приемники, состоящие из двух одинаковых чувствительных пьезоэлементов, герметичных корпусов с вмонтированными в них электронными платами с дифференциальными усилителями, к входам которых противофазно подключены чувствительные пьезоэлементы, а к выходу аналого-цифровые преобразователи, выходы которых подключены к цифровой линии связи, линию питания и силовой трос из прочных эластичных нитей (Цифровая кабельная антенна, Сборник трудов ИПФ РАН, Нижний Новгород, Изд-во ИПФ РАН, 2002 г., стр.50-57).

Недостатками этого устройства являются высокая средняя плотность гидроакустического приемника, выполненного из пьезокерамики, и, как следствие, отрицательная плавучесть, т.е. невозможность достижения на ее основе малого диаметра антенны из таких приемников, и небольшая глубоководность из-за недостаточной прочности пьезокерамики.

Известна гидроакустическая буксируемая антенна для геофизических работ, содержащая внешнюю эластичную кабельную оболочку с размещенными внутри нее приемниками, состоящими из двух одинаковых чувствительных пьезоэлементов, выполненных из электрически поляризованной пьезоэлектрической пленки с нанесенными на ее поверхности и прочно сцепленными с ней электродами, герметичных корпусов с вмонтированными в них электронными платами с дифференциальными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, цифровой линией связи и линией питания, причем к входам дифференциальных усилителей противофазно подключены чувствительные пьезоэлементы, а к выходам - аналого-цифровые преобразователи, выходы которых подключены к цифровой линии связи, а также силовой элемент из прочных эластичных нитей, при этом герметичные корпуса выполнены в виде тонкостенных цилиндров из прочного пластика, к внутренней поверхности которых прикреплены соответственно чувствительные пленочные пьезоэлементы сторонами с противоположными знаками полюсов электрической поляризации, причем направление вытяжки пленки направлено по окружности, а торцы герметичных корпусов закрыты крышками, при этом крышки имеют цилиндрические поверхности, которые находятся в контакте с внутренними поверхностями корпусов, пленочные пьезоэлементы выполнены в виде двух колец, прикрепленных к внутренней поверхности корпусов со стороны соответствующих крышек противоположными полюсами поляризации, а силовой элемент выполнен в виде троса из эластичных нитей и пропущен по оси корпусов через герметично закрепленные в крышках корпусов трубки (Патент России №2458359, МПК G01S 7/52, G01V 1/38, приоритет 06.07.2011 г.).

Недостатками данного устройства являются низкая чувствительность из-за торможения торцов цилиндрических оболочек корпусов приемников крышками при его колебаниях и сильная зависимость чувствительности от глубины погружения из-за увеличения силы прижатия крышек при увеличении давления, а также большой диаметр из-за центрального расположения силового элемента.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к предлагаемому устройству является гидроакустическая буксируемая антенна для геофизических работ, содержащая внешнюю эластичную кабельную оболочку с размещенными внутри нее приемниками, состоящими из двух одинаковых чувствительных пьезоэлементов, выполненных из электрически поляризованной пьезоэлектрической пленки с нанесенными на ее поверхности и прочно сцепленными с ней электродами, герметичные корпуса с вмонтированными в них электронными платами с дифференциальными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, цифровой линией связи и линией питания, причем к входам дифференциальных усилителей противофазно подключены чувствительные пьзоэлементы, а к выходам - аналого-цифровые преобразователи, выходы которых подключены к цифровой линии связи, а также силовой элемент из прочных эластичных нитей, при этом герметичные корпуса выполнены в виде тонкостенных цилиндров из прочного пластика, к внутренней поверхности которых прикреплены соответственно чувствительные пленочные пьезоэлементы сторонами с противоположными знаками полюсов электрической поляризации, причем направление вытяжки пленки направлено по окружности, а торцы цилиндрических корпусов закрыты крышками, на внешних поверхностях крышек выполнены кольцевые канавки, в которых установлены уплотнительные кольца, между крышками внутри герметичных корпусов установлены опорные жесткие элементы, пленочные пьезоэлементы выполнены в виде двух полуцилиндрических оболочек, прикрепленных с зазором к внутренней поверхности корпусов противоположными полюсами поляризации по всей их длине, а силовой элемент выполнен в виде сетчатой оплетки, вмонтированной в качестве армирующего элемента в эластичную внешнюю кабельную оболочку (Заявка на изобретение №2012143983/28 от 16.10.2012 г., МПК G01S 7/52, по которой принято решение о выдаче патента от 08.11.2013 г.).

Недостатком прототипа является достаточно большой диаметр антенны, низкая помехозащищенность из-за малой протяженности приемного элемента и высокий уровень структурных помех.

Техническим результатом изобретения является снижение диаметра антенны, повышение помехозащищенности от гидродинамических помех на низких частотах за счет увеличения протяженности приемного элемента, а также снижение структурных помех, возникающих при изгибах и продольных деформациях антенны при буксировке, за счет малого шага навива пьезопленочных элементов и их ориентировки под большим углом к оси антенны.

Технический результат достигается за счет того, что в гидроакустической буксируемой антенне для геофизических работ, содержащей внешнюю эластичную кабельную оболочку, в которую вмонтирован выполненный в виде сетчатой оплетки армирующий силовой элемент, размещенный внутри оболочки набор приемников, каждый из которых состоит из двух одинаковых чувствительных пьезоэлементов, выполненных из электрически поляризованной пьезоэлектрической пленки с нанесенными на ее поверхности и прочно сцепленными с ней электродами, герметичных корпусов с вмонтированными в них электронными платами с дифференциальными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, цифровой линии связи и линии питания, причем к входам дифференциальных усилителей противофазно подключены чувствительные пьезоэлементы, а к выходам - аналого-цифровые преобразователи, выходы которых подключены к цифровой линии связи, линия питания и линия связи объединены в единую кабельную сборку, дополненную корделями в виде эластичных полимерных жил до придания сборке круглой формы, пленочные пьезоэлементы выполнены в виде двух лент с противоположной ориентацией поляризации, навитых под углом на поверхность кабельной сборки, при этом кабельная сборка закреплена с противоположных сторон на опорных шайбах с продольными вырезами, в которых пропущены дополнительные силовые элементы в виде сверхпрочных шнуров, а все внутреннее пространство под кабельной оболочкой заполнено вязким липким материалом, например, полиизобутиленом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез отрезка антенны и приемников и поперечный разрез по А-А.

Гидроакустическая буксируемая антенна для геофизических работ содержит внешнюю эластичную кабельную оболочку 1, в которую вмонтирован выполненный в виде сетчатой оплетки армирующий силовой элемент 2, размещенный внутри оболочки набор приемников, каждый из которых состоит из двух одинаковых чувствительных пьезоэлементов 3 и 4, выполненных из электрически поляризованной пьезоэлектрической пленки с нанесенными на ее поверхности прочно сцепленными с ней электродами, герметичных корпусов 5 с вмонтированными в них электронными платами с дифференциальными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями 6, цифровой линии связи 7 и линии питания 8, причем к входам дифференциальных усилителей противофазно подключены чувствительные пьезоэлементы 3 и 4, а к выходам - аналого-цифровые преобразователи, выходы которых подключены к цифровой линии связи 7, причем линия питания 8 и линия связи 7 объединены в единую кабельную сборку 9, дополненную корделями 10 в виде эластичных полимерных жил до придания сборке круглой формы, пленочные пьезоэлементы 3 и 4 выполнены в виде двух лент с противоположной ориентацией поляризации, навитых под углом на поверхность кабельной сборки 9, при этом кабельная сборка 9 закреплена с противоположных сторон на опорных шайбах 11 с продольными вырезами, в которых пропущены дополнительные - силовые элементы 12 в виде сверхпрочных шнуров, а все внутреннее пространство под кабельной оболочкой 1 заполнено вязким липким материалом 13, например, полиизобутиленом.

Устройство работает следующим образом.

При расположении антенны в воде на нее падают акустические волны, создавая за счет пьезоэффекта в чувствительных пьезоэлементах 3 и 4, выполненных из электрически поляризованной пьезопленки в виде двух лент с противоположной ориентацией поляризации, навитых под углом на цилиндрическую поверхность кабельной сборки 9, закрепленной с противоположных сторон на опорных шайбах 11 с продольными вырезами, в которые пропущены дополнительные силовые элементы 12 в виде сверхпрочных шнуров, а все внутреннее пространство под кабельной оболочкой и под чувствительными элементами 3 и 4 заполнено вязким липким материалом 13, например, полиизобутиленом, который поглощает структурные помехи (колебания - дрожание буксируемой антенны в потоке).

На пьезопленочных чувствительных элементах 3 и 4 появляются сигналы, пропорциональные амплитуде колебаний в этой волне, при этом сигналы с каждого из двух пьезопленочных чувствительных элементов 3 и 4 противофазны вследствие их противоположной поляризации, следовательно, на выходе дифференциальных усилителей печатной платы 6, регистрирующих разность сигналов, сигналы складываются, так как имеют противоположные знаки, сигналы же электромагнитных помех, попадающие на входы дифференциальных усилителей - синфазны (одинаковы по знаку) и они вычитаются. С выходов дифференциальных усилителей сигналы подаются на входы аналогово-цифровых преобразователей, оцифровываются и передаются в цифровом виде по цифровой линии связи 7 к бортовой аппаратуре обработки. Силовой элемент 2 из эластичных нитей типа «кевлар» в виде сетчатой оплетки, вмонтированной в эластичную внешнюю кабельную оболочку 1, обеспечивает прочность и герметичность эластичной внешней кабельной оболочки 1 при силовых воздействиях на антенну во время буксировки, цифровая линия связи 7 и линия питания 8, например, в виде коаксиальных кабелей или витых пар, протянуты между приемниками, составляя вместе с корделями 10 и слоем вязкого липкого материала 13, например, полиизобутилена, заполняющего пространство под навитыми пьезопленочными элементами, охватываемых внешней эластичной кабельной оболочкой. Линия питания 8 обеспечивает питание плат с дифференциальными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, которые соответственно, усиливают принятые гидроакустические сигналы, преобразуют их в цифровые сигналы и передают их по цифровой линии связи к аппаратуре обработки информации.

Таким образом, за счет использования тонких ленточных пьезоэлементов, навитых на кабельную сборку, обеспечено снижение диаметра антенны, повышена помехозащищенность от гидродинамических помех на низких частотах за счет возможности навивки чувствительных элементов большой протяженности, а также снижение структурных помех, возникающих при изгибах и продольных деформациях антенны при буксировке, за счет малого шага навива пьезопленочных элементов и их ориентировки под большим углом к оси антенны.

Гидроакустическая буксируемая антенна для геофизических работ, содержащая внешнюю эластичную кабельную оболочку, в которую вмонтирован выполненный в виде сетчатой оплетки армирующий силовой элемент, размещенный внутри оболочки набор приемников, каждый из которых состоит из двух одинаковых чувствительных пьезоэлементов, выполненных из электрически поляризованной пьезоэлектрической пленки с нанесенными на ее поверхности и прочно сцепленными с ней электродами, герметичных корпусов с вмонтированными в них электронными платами с дифференциальными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, цифровой линии связи и линии питания, причем к входам дифференциальных усилителей противофазно подключены чувствительные пьзоэлементы, а к выходам - аналого-цифровые преобразователи, выходы которых подключены к цифровой линии связи, отличающаяся тем, что линия питания и линия связи объединены в единую кабельную сборку, дополненную корделями в виде эластичных полимерных жил до придания сборке круглой формы, пленочные пьезоэлементы выполнены в виде двух лент с противоположной ориентацией поляризации, навитых под углом на поверхность кабельной сборки, при этом кабельная сборка закреплена с противоположных сторон на опорных шайбах с продольными вырезами, в которых пропущены дополнительные силовые элементы в виде сверхпрочных шнуров, а все внутреннее пространство под кабельной оболочкой заполнено вязким липким материалом, например, полиизобутиленом.



 

Похожие патенты:

Использование: изобретение относится к технике, использующей излучение и отражение акустических волн для поиска смотровых колодцев трубопроводов, покрытых слоем земли, асфальта, снега и т.п.

Изобретение относится к измерительной технике и преимущественно предназначено для использования в системах контроля и измерения скорости и расхода жидких и газообразных продуктов.

Изобретение относится к измерительной технике, метрологии и гидроакустике и может быть использовано для бездемонтажной проверки рабочего состояния гидроакустического тракта в натурных условиях.

Использование: геология, гидроакустика. Сущность: в акустическом устройстве определения дальности увеличивается точность определения дальности благодаря введению генератора подстраиваемой частоты, индикатора, максимального сигнала, блока определения заднего фронта сигнала, панели выдачи кода поправки и вычитателя, при этом выход генератора подстраиваемой частоты соединен с входом индикатора и с входом акустического широкополосного приемника низкочастотного диапазона, а вход генератора соединен с выходом этого приемника, соединенного также входом индикатора максимального сигнала и через блок определения заднего фронта сигнала со вторым входом преобразователя временного рассогласования, группа выходов которого соединена с первой группой входов вычитателя, имеющего вторую группу входов, соединенную с группой выходов панели выдачи кода поправки и имеющего группу выходов, соединенную с группой входов индикатора.

Использование: в технических средствах для оперативного освещения подводной обстановки в акваториях Мирового океана. Сущность: предлагается использовать устройство, представляющее собой синтез транспортировочного модуля, укомплектованного электрической энергосиловой установкой (ЭСУ) и бортовой электронной аппаратурой (БЭА), осуществляющей управление системами АНПА, включая ЭСУ и систему БЭА.

Изобретение относится к области поисковых и подводно-технических работ при наличии сплошного ледового покрова в районе нахождения аварийного подводного объекта, например, подводной лодки.

Использование: приемник предназначен для проведения векторно-скалярных измерений параметров гидроакустических полей в морях и океанах. Сущность: приемник включает корпус с инерционной массой, расположенной в центре корпуса, шесть АЦП, микропроцессор и три измерительных канала, оси чувствительности которых расположены в пространстве согласно осям ортогональной системы координат.

Изобретение относится к области гидрографии, в частности к способам и техническим средствам определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора, и может быть использовано для выполнения съемки рельефа дна акватории.

Изобретение относится к области навигации, а более конкретно к способам определения местоположения измеренных глубин преимущественно посредством многолучевого эхолота.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и решает задачу выделения исследуемого сигнала из смеси с помехой. .

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к гидроакустическим средствам освещения подводной обстановки с высокой разрешающей способностью. Сущность: в гидроакустической системе освещения ближней обстановки, содержащей подводный модуль в виде герметичного корпуса, в котором размещены антенный блок, блок генерации излучаемого сигнала, содержащий последовательно соединенные генератор, многоотводную линию задержки и многоканальный усилитель, и блок обработки принятого сигнала, включающий последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, а также блок обработки и графического отображения, соединенный кабельной линией связи с выходом подводного модуля, подводный модуль снабжен многоканальным коммутатором, включенным между антенным блоком, многоканальным усилителем мощности и блоком приемных усилителей, а также блоком управления коммутатором, вход которого соединен с выходом блока аналого-цифровых преобразователей, а выход соединен с входом генератора, и интерфейсом, включенным между блоком управления коммутатором и кабельной линией связи, причем антенный блок выполнен в виде многоэлементной линейной антенны, блок обработки и графического отображения выполнен в виде надводного модуля, размещенного на плавучей платформе и включающего последовательно соединенные с выходом интерфейса блок распаковки, блок корреляторов, блок секционирования, блок фокусирующих задержек, блок формирователей характеристик направленности, блок формирования акустического изображения с графическим дисплеем и блок управления, при этом подводный модуль закреплен к надводной платформе посредством штанги с сервоприводом с возможностью вращения вокруг оси, а блок управления включен между сервоприводом и блоком формирования акустического изображения. Технический результат: увеличение скорости обзора пространства, увеличение ширины сектора обзора, увеличение разрешающей способности по углу, а также упрощение конструкции антенного блока. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для оценки регургитационного потока. Система содержит ультразвуковой датчик, содержащий матрицу преобразователей, процессор изображений, доплеровский процессор, процессор для вычисления потоков, выполненный с возможностью создания модели поля скоростей потока около местонахождения регургитационного потока и устройство отображения. Способ содержит этапы, на которых формируют изображения местонахождения регургитационного потока, создают модель поля скоростей потока, получают доплеровские ультразвуковые измерения скорости кровотока, сравнивают аппроксимированные значения скоростей потока, полученные из модели, корректируют параметр модели и отображают местонахождение регургитационного потока. Изобретение позволяет улучшить точность местонахождения регургитационного отверстия клапана. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к гидроакустическим средствам освещения подводной обстановки с высокой разрешающей способностью. Сущность: в гидроакустической системе освещения подводной обстановки, содержащей подводный модуль в виде герметичного корпуса, в котором размещены антенный блок, блок генерации излучаемого сигнала, содержащий последовательно соединенные генератор, многоотводную линию задержки и многоканальный усилитель, и блок обработки принятого сигнала, включающий последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, а также блок обработки и графического отображения, соединенный кабельной линией связи с выходом подводного модуля, антенный блок выполнен в виде многоэлементной линейной антенны с совмещенными режимами излучения и приема, при этом подводный модуль снабжен многоканальным коммутатором, включенным между линейной антенной, многоканальным усилителем и блоком приемных усилителей, блоком управления, вход которого соединен с выходом блока аналого-цифровых преобразователей, а выход соединен с входом генератора, и интерфейсом, включенным между блоком управления и кабельной линией связи, причем блок обработки и графического отображения выполнен в виде надводного модуля, включающего последовательно соединенные с выходом интерфейса блок распаковки, блок фокусирующих задержек, блок формирователей характеристик направленности, блок корреляторов и графический дисплей. Технический результат: увеличение скорости обзора пространства, увеличение разрешающей способности по углу, а также упрощение конструкции антенного блока. 1 ил.
Наверх