Устройство для подводной электромагнитной связи

Полезная модель относится к области электрорадиотехнике, а именно к подводной технике электромагнитной связи и может быть использовано для связи водолазов при работе между собой, а также с обеспечивающим судном.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для подводной электромагнитной связи, состоящее из закрепленного на шлеме водолазного снаряжения микрофона и лорингофона, а также связанного с ними приемопередатчика с преобразователем сигналов и с блоком питания, и соединенный с преобразователем сигналов телефон, расположенный в резиновых раковинах, прикрепленных к шлему водолазного снаряжения, при этом приемопередатчик с преобразователем сигналов выполнены электрическими, а устройство снабжено излучателями в виде пары ортогональных электрических диполей, выполненных из ткани на основе углерода и закрепленных на водолазном костюме и связанных с приемо-передатчиком, причем диполи передающей антенны питаются токами, одинаковыми по амплитуде, но сдвинутыми по фазе на 90°, при этом на обеспечивающем судне установлена судовая радиостанция, работающая в диапазоне частот 300-3400 Гц. к которой с двух сторон прикреплена электродная кабельная приемо-передающая антенна, опущенная с носовой и кормовой части судна в воду на расстоянии 2-10 метров, при этом первый электрод ортогонального излучателя равен 0,3 метра, второй 0,1 м, при этом мощность в антенне составляет 10 Вт, а эквивалентная напряженность поля шумов антенны выбрана из соотношения: , где k - постоянная Больцмана; Т - температура по шкале Кельвина; R - сопротивление антенны; f - полоса частот усиления, причем внутри корпуса подводного объекта установлены аналогичные судовые радиостанции, а на корпусе размещены приемопередающие антенны, аналогичные антеннам водолаза.

Полезная модель относится к области электрорадиотехники, а именно к подводной технике электромагнитной связи и может быть использовано для связи водолазов при работе между собой, с обеспечивающим судном, береговыми объектами и аварийным подводным объектом, а также для связи обеспечивающего судна с аварийным подводным объектом и межотсечной связи подводного объекта через водную среду..

Известно устройство для связи водолазов (аналог) Э.Р.Гольдин и др. «Подводно-технические, судоподъемные и аварийно-спасательные работы», М.: Транспорт, 1990, с.286.

Устройство содержит закрепленные на шлеме водолазного снаряжения микрофон и лорингофон, связанный с ними приемопередатчик с преобразователем сигналов и с блоком питания, и соединенный с преобразователем сигналов телефон, расположенный в резиновых раковинах, прикрепленных к шлему водолазного снаряжения.

Недостатком известного устройства является то, что оно обеспечивает связь между водолазами с помощью соединительных проводов на расстоянии порядка 40-50 м и не предназначено для обеспечения связи внутри группы водолазов, а также в труднодоступных местах (пещерах и т.п.), при этом провода затрудняют работу водолазов.

Известно устройство для связи водолазов (аналог) Патент РФ 2081027 от 1997 г., Кл. В63с 11/26. Устройство содержит: закрепленные на шлеме водолазного снаряжения микрофон и лорингофон, связанный с ними приемопередатчик с преобразователем сигналов, телефон, расположенный в резиновых раковинах, прикрепленных к шлему водолазного снаряжения, при этом приемо-передатчик с преобразователем выполнены оптическими.

Однако это устройство не обеспечивает связь между водолазом и обеспечивающим плавсредством или берегом. Не обеспечивается связь при наличии препятствий в воде - водорослей или подводных скал, а также внутри подводных пещер и затонувших кораблей. При этом связь зависит от состояния прозрачности водоема и обеспечивается на ограниченных расстояниях.

Известно устройство подводной электромагнитной связи для водолазов (прототип) Патент РФ на полезную модель от 27.05.2007 г. -63316. Устройство состоит из закрепленного на шлеме водолазного снаряжения микрофона и лоринглфона, а также связанный с ними приемопередатчик с преобразователем сигналов и с блоком питания, и соединенный с преобразователем сигналов телефон, расположенный в резиновых раковинах, прикрепленных к шлему водолазного снаряжения. Устройство снабжено излучателями в виде пары ортогональных электрических диполей, выполненных из ткани на основе углерода и закрепленных на водолазном костюме.

Однако устройство не обеспечивает связи с подводными погруженными объектами и межотсечную связь на подводном объекте.

Целью полезной модели является повышение надежности работы устройства, увеличение дальности, улучшение скрытности и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается в устройстве, состоящем из закрепленного на шлеме водолазного снаряжения микрофона и лорингофона, а также связанного с ними приемопередатчика с преобразователем сигналов и с блоком питания, и соединенный с преобразователем сигналов телефон, расположенный в резиновых раковинах, прикрепленных к шлему водолазного снаряжения, при этом приемо-передатчик с преобразователем сигналов выполнены электрическими, а устройство снабжено излучателями в виде пары ортогональных электрических диполей, выполненных из ткани на основе углерода и закрепленных на водолазном костюме и связанных с приемо-передатчиком, причем диполи передающей антенны питаются токами, одинаковыми по амплитуде, но сдвинутыми по фазе на 90°, при этом на обеспечивающем судне установлена судовая радиостанция, работающая в диапазоне частот 300-3400 Гц, к которой с двух сторон прикреплена электродная кабельная приемо-передающая антенна, опущенная с носовой и кормовой части судна в воду на расстоянии 2-10 метров, при этом, первый электрод ортогонального излучателя равен 0,3 метра, второй 0,1 м, мощность в антенне составляет 10 Вт, а эквивалентная напряженность поля шумов антенны выбрана из соотношения: , где k - постоянная Больцмана; Т - температура по шкале Кельвина; R - сопротивление антенны; f - полоса частот усиления, причем внутри корпуса подводного объекта установлены аналогичные судовые радиостанции, а на корпусе размещены приемо-передающие антенны, аналогичные антеннам водолаза.

На фиг.1 изображена структурная схема приемо-передающего тракта предложенного устройства. В нее входит:

1 - лорингофон, предназначенный для преобразования акустического сигнала в электрический;

2 - усилитель мощности, предназначенный для усиления сигналов и выработки соответствующего типа сигналов модуляции для источника излучения;

3 - антенна для создания электромагнитного поля. Антенна выполнена в виде пары ортогональных электрических диполей, выполненных в виде чулок из ткани на основе углерода и закрепленных на водолазном костюме. Крепление возможно на предплечье водолаза, т.е должен быть максимальный разнос электродов;

4 - усилитель звуковой частоты - демодулятор, служащий для демодуляции и последующего усиления сигналов звуковой частоты;

5 - телефоны служат для преобразования электрического сигнала в акустический;

6 - источник питания (аккумуляторная батарея).

Лорингофоны 1 электрически соединены с усилителем мощности - модулятором 2, который последовательно соединен с антенной 3. Антенна 3 соединена также последовательно с усилителем-демодулятором 4 и головными телефонами 5. Источник питания 6 соединен с усилителем-модулятором 2 и усилителем-демодулятором 4.

На фиг.2 представлена схема расположения судовой радиостанции, ее антенны и аппаратуры подводного объекта.

Судовая радиостанция располагается в центральной части судна и к ней крепится приемо-передающая антенна. Антенна опущена с носовой и кормовой части судна в воду на расстоянии 2-10 м. Радиостанция работает на частоте 300-3400 Гц.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал звуковой частоты от лорингофонов усиливается усилителем мощности - модулятором 2, преобразуется им в вид, соответствующий типу используемой модуляции и попадает на антенну 3. Модулированный электромагнитный сигнал распространяется в воде, преобразуется в электрический сигнал приемником другого водолаза, или судовой радиостанцией, демодулируется, усиливается усилителем-демодулятором 4 и воспроизводится в виде звукового сигнала телефоном 5.

Питание устройства осуществляется автономной батареей 6.

Внутри корпуса подводного объекта устанавливаются радиостанции, аналогичные размещенным на обеспечивающем судне, а на корпусе антенны, аналогичные антеннам водолаза. Кроме того, использование нескольких радиостанций и антенн на подводном объекте позволит обеспечить межотсечную связь через водную среду.

Основной задачей, которую необходимо решить при создании антенны для водолаза является обеспечение ее максимальной эффективности. Это обусловлено ограниченной энергией батарей, обеспечивающих работу водолазного оборудования.

В изобретении для создания электромагнитного поля применена антенна в виде пары ортогональных электрических диполей. Причем диполи антенны питаются токами одинаковыми по амплитуде, но сдвинутыми по фазе на 90°. Такая антенна обеспечивает отсутствие направленности в горизонтальной плоскости, а имеет круговую диаграмму направленности, для создания максимального дипольного момента в устройстве предусмотрен наибольший разнос электродов антенны. В известных конструкциях в качестве электродов используются корпуса электронных блоков, металлические пластины, сетка из нержавеющей стали и т.п.

В заявляемом изобретении электроды антенны изготовлены из ткани на основе углерода в виде чулок, т.к. они обладают лучшими электрическими характеристиками. Ткань на основе углерода в качестве материала электродов удобна и из конструктивных соображений. При серийном производстве системы ее можно вставлять (вшивать, вклеивать и. т.п.) в гидрокостюм.

Произведем расчет такой антенны. Примем длину электрода равной 0,3 метра. Радиус первого электрода равным 75 мм, а второго электрода 100 мм. Сопротивление заводнения первого электрода будет равно 0,168 Ом, а второго электрода - 0,143 Ом. Считаем, что сопротивление заводнения электрического диполя, расположенного на водолазе, равным 0,35 Ом.

Исходя из средних характеристик человека, эффективную длину такой антенны можно оценить величиной 1,5 метра. Получим эффективность антенны 6,4 м²/Ом.

В качестве оценки дипольного момента при мощности в антенне 10 Вт можно использовать величину 10 А*м.

Эквивалентная напряженность поля шумов антенны:

,

где - k - постоянная Больцмана;

Т - температура по шкале Кельвина;

R - сопротивление антенны;

f - полоса частот усиления.

Согласно этому выражению Е_ша=4,2 нВ/м.

Тактико-технико-экономическая эффективность.

Предложенное устройство позволяет обеспечить обмен информацией между водолазами, работающими совместно в легководолазном снаряжении под водой без соединительных проводов, а также с обеспечивающим судном, с берегом и аварийным подводным объектом.

Использование предложенного устройства дает возможность осуществить:

- связь в группе водолазов по единому общему каналу на удалениях до 80-100 м без ретрансляции сообщений;

- функционирование одностороннего канала оповещения морским или береговым объектом группы водолазов до 500 м от объекта обеспечения;

- функционирование канала двусторонней подводной электросвязи между обеспечивающим судном и подводным объектом на удалениях до 1000 м;

- межотсечную связь подводного объекта через водную среду.

По сравнению с традиционным гидроакустическим каналом подводной связи канал электросвязи обладает следующими преимуществами:

- отсутствием влияния на качество связи гидрологии и неоднородности подводной среды;

- способностью огибать преграды, закрывающие зону прямой видимости;

- высокой разборчивостью передаваемого речевого сигнала, связанной с отсутствием многолучевости распространения в канале подводной электросвязи;

- возможностью использования в приемной и передающей аппаратуре подводной электросвязи дешевых комплектующих, освоенных радиотехнической промышленностью в массовом производстве.

Кроме того, данный канал обладает повышенной скрытностью, определяемой существованием пороговой границы зоны приема, за которой наблюдается резкое затухание сигнала, исключающее его прием за указанной границей.

Устройство для подводной электромагнитной связи, состоящее из закрепленного на шлеме водолазного снаряжения микрофона и лорингофона, а также связанного с ними приемопередатчика с преобразователем сигналов и с блоком питания, и соединенный с преобразователем сигналов телефон, расположенный в резиновых раковинах, прикрепленных к шлему водолазного снаряжения, при этом приемопередатчик с преобразователем сигналов выполнены электрическими, а устройство снабжено излучателями в виде пары ортогональных электрических диполей, выполненных из ткани на основе углерода и закрепленных на водолазном костюме и связанных с приемопередатчиком, причем диполи передающей антенны питаются токами, одинаковыми по амплитуде, но сдвинутыми по фазе на 90°, при этом на обеспечивающем судне установлена судовая радиостанция, работающая в диапазоне частот 300-3400 Гц, к которой с двух сторон прикреплена электродная кабельная приемопередающая антенна, опущенная с носовой и кормовой частей судна в воду на расстоянии 2-10 м, отличающееся тем, что первый электрод ортогонального излучателя равен 0,3 м, второй 0,1 м, при этом мощность в антенне составляет 10 Вт, а эквивалентная напряженность поля шумов антенны выбрана из соотношения , где k - постоянная Больцмана; Т - температура по шкале Кельвина; R - сопротивление антенны; f - полоса частот усиления, причем внутри корпуса подводного объекта установлены аналогичные судовые радиостанции, а на корпусе размещены приемопередающие антенны, аналогичные антеннам водолаза.