Экспериментальный комплекс для исследования гидроакустических датчиков

Внедрение: 2021 г.

В статье [1] 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.

Цель исследования – изучение возможностей комплекса для оценки импульсных характеристик датчиков, их чувствительности, характеристик рассеяния гидроакустических сигналов на подводных объектах, детальности измерения АЧХ системы «излучатель – приемник» и АЧХ модуля комплексного электрического сопротивления датчика. Эти исследования необходимы для экспериментальной проверки технических решений при разработке систем подводного видения.

Электронный тракт комплекса включает многоканальные схемы генерации сигналов заданной конфигурации и усиления/фильтрации/преобразования/оцифровки сигналов датчиков. Для визуализации и анализа особенностей генерации и распространения волновых гидроакустических пакетов использовалась цифровая регистрация и обработка сигналов в ПО WinПОС и MatLab. Общие схемы измерений в горизонтальном гидроволноводе и в бассейне приведены на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1. Общая схема измерений в линейном гидроволноводе.

Рисунок 2. Размещение датчиков в опытовом бассейне, вид сверху.

Параметры комплекса:
• диапазон частот гидроакустических сигналов – 10 кГц … 1 МГц;
• задающий генератор JDS6600;
• АЦП E20‑10 – 14 бит, частота оцифровки – до 10 МГц;
• динамический диапазон комплекса 110 дБ в полосе частот 10 кГц … 1 МГц и может быть увеличен частотной или согласованной фильтрацией сигнала;
• размеры горизонтального цилиндрического гидроволновода – 110×3,4×3000 мм;
• расположение датчиков гидроволновода – в торцах и/или в наблюдательных окнах (5 окон равномерно по длине трубы);
• размер опытового бассейна – 3×1,5×0,75 м;
• расположение датчиков – на подвесах в объеме бассейна (рисунок 2).

Комплекс позволяет выполнять:
• измерение и регистрацию гидроакустических сигналов, передаваемых от излучателя к приемнику (включая сигналы многократных переотражений от торцевых заглушек и помещенных в волновод объектов, а также сигналы отражений от стенок, дна и водной поверхности бассейна и размещенных в бассейне неподвижных и движущихся объектов);
• определение амплитудно-частотных характеристик системы «излучатель – гидросреда – приемник»;
• определение амплитудно-частотных характеристик электрического сопротивления датчика.

Измеряемые параметры и характеристики:
• частотная характеристика проводимости датчика выполняется в нагруженном (в гидросреде) и/или ненагруженном (в воздухе) состоянии датчика;
• чувствительность датчика на частотах обнаруженных резонансов;
• амплитудно-частотная характеристика датчика;
• импульсная характеристика датчика;
• скорость и характеристики поглощения звука;
• акустические характеристики отражения звуковых волн от тест-объектов.

В ходе работ на представляемом комплексе были выполнены исследования различных типов датчиков – дисковых, прямоугольных, пьезокерамических, пленочных.

Источник:
Широков В.А., Милич В.Н. Экспериментальный комплекс для исследования возможностей использования гидроакустических датчиков в системах подводного видения // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2021. Т. 24, № 4. С. 54‑64. DOI:10.22213/2413-1172-2021-4-54-64.

Разработчик: Широков В.А., Милич В.Н. (УдмФИЦ УрО РАН, Ижевск)