Báo cáo: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo Thiết bị liên lạc thuỷ âm ppt

Bộ quốc phòng trung tâm khoa học kỹ thuật & công nghệ quân *** b¸o c¸o TỉNG KÕT KHOA HọC Và Kỹ THUậT Đề tài: "Nghiên cứu ứng dụng số cảm biến siêu âm để thiết kế chế tạo hệ thống phát hiện, đo đạc tham số vật bay không thiết bị truyền tin dới n−íc phơc vơ kinh tÕ - x∙ héi, an ninh - quốc phòng." M số: KC.01.24 Quyển III Nghiên cứu thiết kế, chế tạo Thiết bị liên lạc thuỷ âm Chủ nhiệm đề tài: Đại tá-PGS.TS Bạch Nhật Hồng 6213-2 25/11/2006 Hµ néi, 5-2006 MỞ ĐẦU Chương - LÝ THUYẾT THUỶ ÂM .5 1.1 Phương trình lan trun sóng âm nước 1.2 Vận tốc lan truyền sóng âm nước biÓn 1.3 Phản xạ khúc xạ sóng âm 10 1.4 HÊp thụ lượng âm nước .12 1.5 HÊp thụ lượng sóng âm phản xạ b mt vật rắn 14 1.6 Đặc trng lan truyền sóng âm nước biĨn 15 1.6.1 Đặc trng lan truyền sóng âm điều kiện đẳng nhiệt 15 1.6.2 Đặc trng lan truyn sóng âm vùng nước nơng 16 1.6.3 Đặc trng lan truyền sóng âm vùng nớc sâu .18 1.7 Vài nét thuỷ âm biển Việt Nam .23 Chương - ĂNG TEN THỦY ÂM 26 2.1 Khái niệm .26 2.2 Mơ hình biến đổi điện-âm 26 2.3 Nguyên lý biến đổi Điện-Âm .28 2.3.1 Nguyên lý biến đổi điện tĩnh 28 2.3.2 Nguyên lý biến đổi áp điện 28 2.3.3 Nguyên lý biến đổi điện động 30 2.3.4 Nguyên lý biến đổi điện từ 30 2.4 Sơ đồ điện tương đương kiểu biến đổi 31 2.5 Vật liệu thông dụng để chế tạo biến đổi 32 Chương 3- ỨNG DỤNG THUỶ ÂM TRONG QUÂN SỰ 35 3.1 Mét sè khác biệt sóng siêu âm sóng điện từ 35 3.2 Phân loại thiết bị thuỷ âm 36 3.3 Các hướng ưu tiên nghiên cứu phát triÓn thiÕt bị thuỷ âm 37 3.3.1 Phát triển thuỷ âm tàu ngầm 37 3.3.2 Phát triển thuỷ âm tàu chiến 37 3.4 Một số thiết bị thuỷ âm Mỹ Nga 39 3.4.1 Thiết bị thuỷ âm tàu chiến (Mỹ) 39 3.4.2 Thiết bị thuỷ âm tàu ngầm (Mỹ) 40 3.4.3 Các thiết bị thuỷ âm không quân kiểu thả, kéo (Mỹ) 41 3.4.4 Các thiết bị thuỷ âm không quân kiểu phao (Mỹ) 42 3.4.5 Các trạm thuỷ âm cố định (Mỹ) 42 3.4.6 Thiết bị thuỷ âm dùng cho ngư lôi (Nga) 43 Chương - PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ THIẾT BỊ LIÊN LẠC THỦY ÂM 45 4.1 Lựa chọn tần số liên lạc 45 4.2 Phân tích lựa chọn cảm biến siêu âm 48 4.2.1 Hiệu suất biến đổi 48 4.2.2 Độ bền biến đổi 49 4.2.3 Kết cấu biến đổi .49 4.3 Kết cấu vỏ chịu áp lực chống nước 50 4.4 Phân tích thiết kế mạch xử lý tín hiệu 51 Chương - HỒ SƠ THIẾT KẾ THIẾT BỊ LIÊN LẠC THỦY ÂM 53 5.1 Đặc trưng kỹ thuật máy thông tin thủy âm 54 5.1.1 Tính kỹ thuật máy mặt nước 54 5.1.2 Tính kỹ thuật máy mặt người lặn 55 5.2 Sơ đồ mạch điện 56 5.3 Mạch điều khiển vi xử lý cho máy người lặn 65 5.3 Mạch điều khiển vi xử lý cho máy người lặn 66 Chương - KẾT QUẢ ĐO ĐẠC THỬ NGHIỆM .76 6.1 Xác định tham số kỹ thuật máy thông tin thủy âm 76 6.1.1 Các tham số điện 76 6.1.2 Các tham số học 77 6.1.3 Các tham số liên quan đến môi trường 77 6.2 Thử nghiệm 77 6.2.1 Thử nghiệm kín nước điều kiện áp lực cao 77 6.2.2 Thử nghiệm cự ly liên lạc 77 MỞ ĐẦU Trong kỷ 21 thơng tin sóng âm coi trọng Đối với Hải Quân sóng âm quan träng, thiếu khơng tàu chiến khơi [10] Ngồi quan sát mắt nhờ trợ giúp máy bay, vệ tinh, việc sử dụng sóng âm vào mục đích truyền thơng tin vấn đề sống cịn Hải Quân phương tiện quân biển Như ta biết, âm khả nghe tai người liên quan đến thuộc tính quan trọng nhất, tần số cường độ sóng âm Về tần số, thường từ 20Hz đến 20kHz Âm có tần số 20Hz thuéc dải hồng ngoại, từ 20kHz đến 10kHz thuéc dải sóng siêu âm Về cường độ, tai người phân biệt âm dải từ 30dB đến 100dB; Cá biệt, xuống đến 20dB lên tới 120 dB Tuy dải tần số cường độ nãi trªn tai người nhận biết được, điều kiện định, có tác động khủng khiếp tới người thiÕt bÞ Đó hướng phát triển loại vũ khí âm chiến tranh đại Sóng âm lan truyền mơi trường, nước môi trường truyền âm tốt Môi trường đàn hồi vận tốc lan truyền âm lớn (ví dụ, vận tốc truyền âm cao su 50m/giây, khơng khí 330m/giây, nước 1450m/giây, thép 5000m/giây) Tuy nhiªn, cịn nhiều yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc lan truyền âm như: nhiệt độ, áp suất, độ mặn, địa hình, vÞ trÝ nguồn âm v v Trong m«i trường khơng đồng sóng âm bị biến dạng, đổi hướng, lượng nú b hp th đáng kể Nội dung ti đề cập n lan truyền súng õm nc, n¬i sóng âm lan truyền víi đặc tính riêng, có ảnh hưởng đáng kể đến thiết kế chế tạo thiết bị thủy âm Thông thường người ta gọi thu õm tợng lan truyn sóng âm nước Song, tài liệu khoa học khái niệm thủ âm hiểu rộng Đó khoa học tượng xẩy nước, liên quan ®Õn phát, lan truyền thu sóng âm Khái niệm thuỷ âm bao hàm việc thiết kế, chế tạo thiết bị thuû âm [1] Ngay sau chiến tranh giới thứ II nhà khoa học Nga v Phng Tõy ó bắt đầu nghiờn cu sâu vỊ lý thuyết, ®· làm sáng tỏ nhiều tượng đặc biệt thủy âm Trên sở đó, on sn xut thit b quõn s cng đầu t− nghiên cứu chế tạo thiết bị thông tin thuỷ âm Sau chúng tơi tËp trung chó ý khía cạnh quan trọng vấn đề thơng tin nước Đó lý thuyết lan truyền sóng âm thiết bị th«ng tin thuỷ âm Chương - LÝ THUYẾT THUỶ ÂM 1.1 Phương trình lan trun sóng âm nước Khi phần tử chất lỏng chịu nén dao động với biên độ nhỏ xt hiƯn sóng ©m Do dao động nhỏ, nên vận tốc truyền âm v, thay đổi tương đối tỷ trọng áp suất chất lỏng nhỏ Vì thế, thừa số (v∇ )v phương trình Ơ-ler bỏ qua Cho áp suất tỷ trọng viết p = p0 + p ' , ρ = ρ0 + ρ ' ( 1.1.1) đó: ρ0, p0 - tỷ trọng áp suất cân chất lỏng, ρ’, p’ lượng thay đổi chúng sóng âm (ρ’