基于包络信号的轴频电场深度换算方法
发布时间：2022-01-06 16:23
在仅利用水平时谐电偶极子对舰船轴频电场信号进行换算时,存在近场深度误差较大的问题。文中首先在仿真数据的基础上,明确了船体表面不同位置电流密度与轴地电阻值波动时的变化规律;其次,提出了基于包络信号的轴频电场深度换算方法,该方法在希尔伯特（Hilbert）变换计算轴频电场信号包络的基础上,将轴频电场近场的深度换算问题转化为包络信号等效静电场的近场换算问题,并利用点电荷模型建立了轴频电场信号包络在"空气—海水—海床"3层介质条件下的正演及反演模型。最后,分别利用4种阴极防腐状态下的船模试验数据对所提方法的有效性进行了检验,结果表明,所提方法能够较好地实现对轴频电场信号包络值的准确换算,以相对均方根误差作为评价准则,水深为1倍船模宽度的换算误差小于15%。文中方法可为舰船近场的轴频电场反演提供新的途径。
【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
舰船尾部电路结构示意图Fig.1Circuitdiagramofshipsternstructure
(impressedcurrentcathodicprotection)指外加电流阴极保护。图1舰船尾部电路结构示意图Fig.1Circuitdiagramofshipsternstructure由图1可知,船体内部回路电阻并联可得11111bRRRRR前轴承后轴承轴接地推力轴承(1)文献[12]研究结果表明,轴接地装置的电阻R轴接地(碳刷和滑环的接触电阻)明显小于其他接地电阻,即有bRR轴接地。R轴接地与轴的载荷、偏心度、碳刷弹簧的弹性等因素密切相关,舰船同种转速条件下的轴地等效电阻bR的波动情况如图2所示,其中bR由轴地电压值除以轴电流(非接触电流传感器测量结果)得到。由图2可知,轴地电阻的波动值具有明显的随机性,且左轴与右轴的差异较大。图2舰船轴地电阻信号Fig.2Signalofshaft-groundresistanceofship轴地电阻波动的随机性必将导致水下轴频电场信号的随机性,因此,在对轴频电场信号建模时,一种合适的方法是对某一时间段内轴频电场信号的包络进行建模,以得到轴频电场信号的最大幅值。1.3轴地电阻对船体表面电流分布的影响由轴频电场的产生机理可知,它是在静电场E的基础上调制产生的,若轴地等效电阻波动引起水下电场的波动系数是一致的,则水下轴频电场信号的包络值1E可近似表示为1EE(2)利用边界元法对典型舰船(如图3所示)在不同bR条件下的静电场信号进行仿真计算,可得船体在自然腐蚀状态及阴极保护状态(4对辅助阳极恒电流输出、减摇鳍、美人架及舵板局部牺牲阳极防腐)条件下轴地电阻变化时船体表面电位、电流密度及水下电场的特性。
2020年8月靳雄,等:基于包络信号的轴频电场深度换算方法第4期水下无人系统学报www.yljszz.cn405图3典型舰船结构Fig.3Typicalstructureofship将图3中的舰船平均划分为11段,由首部到尾部的编号依次为s0,s1,,s10,得到不同电阻条件下船体表面的电流密度J如图4和图5所示。图中,横坐标N对应船体底部不同区域,依次是s0、s1、s2、s3、s4、减摇鳍A、s5、s6、减摇鳍B、s7、s8、s9、美人架衬套、美人架、桨叶、桨毂、舵板和s10。图4自然腐蚀状态条件下船体表面电流密度曲线Fig.4Currentdensitycurvesofhullsurfaceinnaturalcorrosioncondition图5阴极防腐条件下船体表面电流密度曲线Fig.5Currentdensitycurvesofhullsurfaceincatho-diccorrosionprotectioncondition分别以图4和图5中0m的电流密度作为基准,计算得到不同电阻值条件下电流密度与其的比值k,如图6所示。由图6可知,自然腐蚀和阴极防腐状态下,当轴地电阻波动时,船体不同位置处表面电流密度的波动值均是变化的,且靠近螺旋桨附近的波动系数较大,远离螺旋桨船体的波动系数较小,即轴地等效电阻变化引起船体表面电流密度的变化是与船体阴极保护状态和船体位置相关的。图4和图5对应的1倍船宽深度,正横距为5m处的水下电场信号分别如图7和图8所示。由图可知,轴地等效电阻的变化也将导致水下静电场信号E的变化,且不同位置的电场值变化不同,即无法利用某一固定的波动系数在静电场的基础上完成对轴频电场的建模。
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶轴频电场等效源强度计算方法[J]. 程锐,姜润翔,龚沈光. 国防科技大学学报. 2016(02)
[2]涂层破损对船体阴极保护电位分布的影响[J]. 邢少华,张搏,闫永贵,孙明先. 材料开发与应用. 2016(01)
[3]船舶轴频电场场源建模和实验研究[J]. 熊露,王斌,毕晓文. 武汉理工大学学报. 2015(07)
[4]基于点电荷模型的舰船静电场反演算法研究[J]. 姜润翔,林春生,龚沈光. 兵工学报. 2015(03)
[5]基于小波模极大值的船舶轴频电场检测算法研究[J]. 贾亦卓,姜润翔,龚沈光. 兵工学报. 2013(05)
本文编号：3572782
【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
舰船尾部电路结构示意图Fig.1Circuitdiagramofshipsternstructure
(impressedcurrentcathodicprotection)指外加电流阴极保护。图1舰船尾部电路结构示意图Fig.1Circuitdiagramofshipsternstructure由图1可知,船体内部回路电阻并联可得11111bRRRRR前轴承后轴承轴接地推力轴承(1)文献[12]研究结果表明,轴接地装置的电阻R轴接地(碳刷和滑环的接触电阻)明显小于其他接地电阻,即有bRR轴接地。R轴接地与轴的载荷、偏心度、碳刷弹簧的弹性等因素密切相关,舰船同种转速条件下的轴地等效电阻bR的波动情况如图2所示,其中bR由轴地电压值除以轴电流(非接触电流传感器测量结果)得到。由图2可知,轴地电阻的波动值具有明显的随机性,且左轴与右轴的差异较大。图2舰船轴地电阻信号Fig.2Signalofshaft-groundresistanceofship轴地电阻波动的随机性必将导致水下轴频电场信号的随机性,因此,在对轴频电场信号建模时,一种合适的方法是对某一时间段内轴频电场信号的包络进行建模,以得到轴频电场信号的最大幅值。1.3轴地电阻对船体表面电流分布的影响由轴频电场的产生机理可知,它是在静电场E的基础上调制产生的,若轴地等效电阻波动引起水下电场的波动系数是一致的,则水下轴频电场信号的包络值1E可近似表示为1EE(2)利用边界元法对典型舰船(如图3所示)在不同bR条件下的静电场信号进行仿真计算,可得船体在自然腐蚀状态及阴极保护状态(4对辅助阳极恒电流输出、减摇鳍、美人架及舵板局部牺牲阳极防腐)条件下轴地电阻变化时船体表面电位、电流密度及水下电场的特性。
2020年8月靳雄,等:基于包络信号的轴频电场深度换算方法第4期水下无人系统学报www.yljszz.cn405图3典型舰船结构Fig.3Typicalstructureofship将图3中的舰船平均划分为11段,由首部到尾部的编号依次为s0,s1,,s10,得到不同电阻条件下船体表面的电流密度J如图4和图5所示。图中,横坐标N对应船体底部不同区域,依次是s0、s1、s2、s3、s4、减摇鳍A、s5、s6、减摇鳍B、s7、s8、s9、美人架衬套、美人架、桨叶、桨毂、舵板和s10。图4自然腐蚀状态条件下船体表面电流密度曲线Fig.4Currentdensitycurvesofhullsurfaceinnaturalcorrosioncondition图5阴极防腐条件下船体表面电流密度曲线Fig.5Currentdensitycurvesofhullsurfaceincatho-diccorrosionprotectioncondition分别以图4和图5中0m的电流密度作为基准,计算得到不同电阻值条件下电流密度与其的比值k,如图6所示。由图6可知,自然腐蚀和阴极防腐状态下,当轴地电阻波动时,船体不同位置处表面电流密度的波动值均是变化的,且靠近螺旋桨附近的波动系数较大,远离螺旋桨船体的波动系数较小,即轴地等效电阻变化引起船体表面电流密度的变化是与船体阴极保护状态和船体位置相关的。图4和图5对应的1倍船宽深度,正横距为5m处的水下电场信号分别如图7和图8所示。由图可知,轴地等效电阻的变化也将导致水下静电场信号E的变化,且不同位置的电场值变化不同,即无法利用某一固定的波动系数在静电场的基础上完成对轴频电场的建模。
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶轴频电场等效源强度计算方法[J]. 程锐,姜润翔,龚沈光. 国防科技大学学报. 2016(02)
[2]涂层破损对船体阴极保护电位分布的影响[J]. 邢少华,张搏,闫永贵,孙明先. 材料开发与应用. 2016(01)
[3]船舶轴频电场场源建模和实验研究[J]. 熊露,王斌,毕晓文. 武汉理工大学学报. 2015(07)
[4]基于点电荷模型的舰船静电场反演算法研究[J]. 姜润翔,林春生,龚沈光. 兵工学报. 2015(03)
[5]基于小波模极大值的船舶轴频电场检测算法研究[J]. 贾亦卓,姜润翔,龚沈光. 兵工学报. 2013(05)
本文编号：3572782
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