CC BY
34
Известия ТИНРО
2006 Том 145
ПРОМРЫБОЛОВСТВО
УДК 639.2.001.5:629.127.4.077.2
В.В.Поленюк (Дальрыбвтуз, г. Владивосток)
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ПНЕВМОГЕНЕРАТОРА ПИ "САРДИНА-2"
Предложена модель пневмоизлучающего устройства ПИ "Сардина-2", используемого для концентрации рыб в зоне действия орудий лова, указаны отличительные особенности прибора. Приведена эквивалентная электрическая схема устройства, обосновано назначение ее элементов.
Polenyuk V.V. Some features of the pneumoacoustic generator "Sardine-2" // Izv. TINRO. — 2006. — Vol. 145. — P. 376-380.
Pneumoacoustic generator "Sardine-2", being an acoustic bait for pelagic fish (as salmons, herring, sardine, etc.), is the device designed for fish behavior management. In can be mounted both on stationary or mobile fishing gears. The working air pressure for the projector is forced through a hose from a coastal or board compressor.
Compressed air with pressure P0 passes from the main hose through the throttle valve with the adjustable opening to the receiver and fills its volume Vr After a setup pressure achieving, the compressed air shuts the piston off and enters from the receiver through the open cylinder to the working chamber, changing its shape, volume, also loading parameters of the rubber chamber material. When the volume of the projector head V2 is filled, air pressure falls sharply and air passes slowly beneath a cuff. A system of the cylinder and the piston with a return spring represents a pneumatic relay with a certain operational time value. The relay and the volume V2 form a resonant system which is the generator of acoustic vibrations.
The mechanical process of the projector working is represented as a system of electric elements and is described as equivalent process in electric circuit E—Ra—Ct— L2—C2—Rn, where E is a power supply representing the compressor, Ra is a resistance representing the throttle, Cp C2 are condensers representing the receiver and projector head, L2 is an induction representing the pneumatic relay, and Rn is a load depending on water density and the cuff stiffness. The current in the circuit is regulated by all its elements and oscillates in accordance with parameters of the resonant system. Frequency of the oscillation , analogous to the frequency of acoustic vibration , depends mainly on the E value and parameters of the oscillating circuit L2—C2.
Пневмоакустический генератор ПИ "Сардина-2" (А.с. № 1270918) относится к приборам, предназначенным для управления поведением рыб (Поленюк, 2005), и является акустической приманкой для пелагических рыб (кета, сельдь, тихоокеанская сардина и др.).
Излучатель может использоваться в автономном режиме. В этом случае для работы его подключают через редуктор к баллону со сжатым воздухом с давлением 160-200 кг/см2. С помощью редуктора устанавливается рабочий режим давления воздуха, подаваемого на излучатель, с учетом давления, которое зависит от глубины установки излучателя.
Также ПИ "Сардина-2" может работать в стационарном режиме, к примеру на ставных орудиях лова. В таком случае рабочее давление воздуха по шлангу подается на излучатель с береговой компрессорной установки.
ПИ "Сардина-2" отличается от всех предшествующих модификаций (А.с. № 535932; А.с. № 1039376; А.с. № 1347210) способностью работать в автономном режиме за счет энергии сжатого воздуха и возможностью регулировки параметров излучателя с целью достижения необходимого спектрального состава биологически значимых акустических сигналов. Принцип работы и схематичное изображение ПИ "Сардина-2" представлено на рис. 1.
резиновая оболочка, положение
н°й пружин°й, «открыто»
положение «закрыто»
Рис. 1. Принципиальная схема работы ПИ "Сардина-2"
Fig. 1. The basic circuit of work PI "Sardine-2"
Особенности работы пневмоизлучателя ПИ "Сардина-2" состоят в следующем.
Сжатый воздух из магистрального шланга под давлением Р0 поступает через дроссельный клапан с регулируемым отверстием St в ресивер и заполняет его объем VJ до величины давления Р Режим работы дроссельного клапана устанавливается при изготовлении прибора ПИ "Сардина-2" и подборе временных параметров — время звучания и время молчания. Время звучания представляет собой временной отрезок, в течение которого открыто отверстие S2 и происходит стравливание через него воздуха, а время молчания — временной отрезок, в течение которого отверстие S2 закрыто — истечение воздуха в объем V2 отсутствует и происходит заполнение ресивера Vr
При достижении заданного давления сжатый воздух отстреливает поршень и из ресивера через отверстие S2, открытый цилиндр, отверстие S4 поступает в полость рабочей камеры, изменяя ее форму и объем, а также нагрузочные характеристики используемого материала резиновой камеры. Цилиндр с отверстиями S2, S4 и поршень с возвратной пружиной представляют собой пневмореле с определенными временными параметрами срабатывания. Резиновая камера закреплена на корпусе стяжными кольцами и обладает определенной упругостью к оказываемому на ее стенки давлению воздуха.
Давление воздуха в ресивере при заполнении объема У2 излучающей головки резко падает, достигая значения Р Воздух медленно истекает через отверстие S3 из объема У2 под манжету. В результате этого процесса создаются гидроакустические сигналы с определенными частотными, амплитудными и временными характеристиками.
Излучающая головка снабжена устройством для регулирования натяжения резиновой мембраны (манжеты), закрывающей стравливающее отверстие ^3) и участвующей в генерации низкочастотных звуковых составляющих излучаемых сигналов.
Для более полного понимания особенностей работы пневматического излучателя "Сардина-2", а также выделения наиболее значимых конструктивных составляющих ПИ, изменения элементов конструкции, необходимых для получения заданных параметров излучающих сигналов, автором разработана эквивалентная электрическая схема генератора акустических сигналов.
Механический процесс работающего излучателя представлен на рис. 2 как система электрических элементов и выражен в виде эквивалентной электрической схемы.
Рис. 2. Эквивалентная электрическая схема пневматического генератора акустических сигналов: Е — стабильный источник питания; L; — реле времени; Ra — активное сопротивление; Б.К. — блок-контакты; С; — емкость накопительная; Rh — сопротивление нагрузки; L2 C2 — колебательный контур; L3 — обмотка согласующего трансформатора
Fig. 2. The equivalent electric circuit of the pneumatic generator of acoustic signals: Е — the stable power supply; L; — a timer; Ra — active resistance; Б.К. — the block contacts; C; — capacity memory; Rh — resistance of loading; L2 C2 — an oscillatory contour; L3 — a winding of the agreeing transformer
Принцип работы эквивалентной схемы заключается в следующем.
По замкнутой цепи E—Ra—C—Е протекает ток, величина которого уменьшается по экспоненте в течение времени, заданного элементами схемы, а напряжение на конденсаторе Cj растет. Напряжение источника питания Е представляет собой давление сжатого воздуха в баллоне. Активное сопротивление R3 — это дроссельная заслонка, регулирующая величину потока воздуха в ресивер CF а накопительная емкость Cj — ресивер излучателя. От величины активного сопротивления R3 зависит интенсивность протекающего по цепи тока и время заряда накопительной емкости Cj. Значение величины тока, протекающего по цепи Е—R3—Cj—Е, также обусловливается степенью напряжения источника пи-
тания Е. Можно сказать, что время, за которое происходит максимальное достижение давления в ресивере, зависит от уровня давления в баллоне со сжатым воздухом и дроссельной заслонки.
На конденсаторе С1 идет постепенное повышение напряжения (накопление потенциала зарядов), и при его заданном максимальном значении происходит включение реле времени L1. Блок-контакты Б.К. блокируют реле, и по цепи С1 — Б.К.—(L2—С2)—С1 течет ток.
Реле времени представляет собой подрывной пневмоклапан, который открывается при достижении на нем установленного для срабатывания давления, что соответствует установленному рабочему давлению в ресивере. Разность величин площадей отверстия S2 и торцевой поверхности поршня, а также упругость возвратной пружины определяют время, в течение которого происходит подача воздуха на излучающую звуковые сигналы головку. Данное время соответствует времени, когда блок-контакты Б.К. находятся в положении "замкнуто". Реле времени и накопительная емкость С1 устанавливают интервалы работы колебательной системы L2C2, являющейся генератором колебаний. Чем больше задается величина рабочего напряжения на конденсаторе С1, необходимая для срабатывания реле времени, тем больше выходная мощность генератора.
От элементов схемы генератора колебаний L2C2 зависит частотный диапазон звуковых колебаний. Индуктивность L2 представляет собой резиновую манжету. Величина индуктивности зависит от параметров материала, размеров рабочей поверхности и ее фиксированного натяжения. Емкость С2 — это полость, находящаяся между резиновой манжетой и обтекаемой поверхностью основания излучающей головки пневмоизлучателя.
При включенном пневмореле поток воздуха через отверстие S3 попадает на излучающую звуковую головку, происходит наполнение полости между резиновой манжетой-оболочкой и поверхностью основания излучающей головки воздухом до критической величины, при которой происходит стравливание воздуха в воду через образующуюся щель в полости. Необходимо отметить, что во время наполнения полости воздухом изменяется форма манжеты, также происходит увеличение ее размеров и увеличение объема полости, это приводит к отклонению соприкасающихся с манжетой частиц воды от первоначального спокойного состояния. Таким образом, при открытом реле времени протекающий по цепи С1—Б.К.—колебательный контур—С1 ток начинает заряжать конденсатор С2. При достижении максимального значения напряжения на конденсаторе С2 электрический ток, который будет исходить первоначально от двух источников С1, С2, начинает протекать через индуктивность L2, ее сопротивление будет уменьшаться, так как изменяются форма, размеры и параметры материала резиновой манжеты, в первый момент увеличивается электрический ток внутри контура, затем величина его падает. Разряд конденсатора С2 в контуре представляет собой стравливание воздуха в воду, после разряда конденсатор С2 заряжается вновь. Высвобождающийся в воду поток воздуха мгновенно изменяет форму манжеты, затем описанный процесс повторяется. Происходят колебания манжеты. Ввиду непосредственного соприкосновения колеблющейся манжеты с водой ее колебания передаются упругой среде (воде) Е^. Эту связь можно представить как индуктивную между и где электромагнитные колебания возникают в результате изменяющейся величины электрического тока на индуктивности Е2. Энергия колебательного контура передается с помощью индуктивной связи через колебательную систему (воду) на нагрузку R
Эта нагрузка представляет собой сопротивление давления воды и упругости манжеты. Преодоление данного сопротивления осуществляется давлением струй сжатого воздуха, возбуждающих механические колебания вибрирующей мембраны (манжеты). Возникающие механические колебания манжеты и истекающие
из-под нее струи воздуха являются источником звука. Процесс высвобождения пузырьков в воде можно сравнить с электрическим разрядом в окружающей среде, где потенциалами являются, с одной стороны, источник электрической энергии — баллон со сжатым воздухом, — с другой — поверхность воды, к которой стремятся высвободившиеся пузырьки воздуха.
Таким образом, в работе приведена аналогия между процессом, возникающим при работе пневмоакустического устройства, и эквивалентным функционированием предполагаемой электрической схемы, элементы которой соответствуют основным узлам и деталям пневмогенератора.
Разработанная автором эквивалентная электрическая схема генератора акустических сигналов дана для более полного понимания особенностей работы пневматического излучателя "Сардина-2", а также выделения наиболее значимых конструктивных составляющих ПИ, возможности изменений элементов конструкции, необходимых для получения заданных параметров излучающих сигналов.
Литература
A.c. № 535932 СССР. Излучатель имитатора звуков рыб / Ю.А.Кузнецов, Г.А.Ковыза. — Заявлено 14.04.1975; Опубл. 25.11.1976, Бюл. № 43.
A.c. № 1039376 СССР. Имитатор звуков рыб "Сардина" / В.В.Поленюк, Ю.А.Кузнецов. — Заявлено 24.03.1981; Опубл. 03.05.1983, Бюл. № 32.
A.c. № 1270918 СССР. Имитатор звуков рыб "Сардина-2" / Ю.А.Кузнецов, Г.А.Ковыза, В.В.Поленюк. — Заявлено 05.02.1985; Опубл. 15.07.1986, Бюл. № 42.
A.c. № 1347210 СССР. Имитатор звуков рыб "Лосось" / Ю.А.Кузнецов, М.Ю.Кузнецов. — Заявлено 18.03.1986; Опубл. 22.06.1987, Бюл. № 39.
Поленюк В.В. Слуховые способности рыб и управление их поведением. — Владивосток: ТИНРО-центр, 2005. — 130 с.
Поступила в редакцию 9.03.06 г.
