Способ возбуждения акустического импульса и устройство для его осуществления

 

Использование: гидроакустика, гидрои геолокация. Сущность изобретения: акустический импульс возбуждают путем формирования импульса тока посредством разряда емкостного накопителя на индуктор электродинамического излучателя, причем вершину импульса тока формируют нараа стающей в Соответствии с законом i i0-Hct , где i0 - начальное значение тока; t - текущее время от начала формирования вершины импульса тока; k - скорость нарастания тока на вершине импульса тока: ,4 - эмпирический коэффициент. Устройство для возбуждения акустического импульса содержит источник питания, п емкостных накопителей энергии, которые соединены с источником питания через п разделительных диодов и с индуктором электродинамического излучателя через п коммутаторов, соединенных со схемой управления. 3 ил. со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) (51)5 В 06 В 1/04

У116 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4861310/10; 4890121/10 (22) 05.07.90 (23) 24.10.90 (46) 15.07,92. Бюл. М 26 (71) Центральный научно-исследователь- ский институт судовой электротехники и технологии (72) В. П. Мариевский, Н, В. Педан и Ю. В.

Чудинов (53) 534.232(088.8) (56) Балашканд М; И. Ловля С. А. Источники возбуждения. упругих волн при сейсморазведке на акваториях M.. Недра, 1977, с. 8688.

Авторское свидетельство СССР

М 668719, кл. B 06 В 1/04, 1977. (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: гидроакустика, гидрои геолокация. Сущность изобретения: акуИзобретение относится к гидроакустике и может быть .использовано в гидро- и геолокации для получения мощных широкополосных импульсов давления.

Известен пьезоэлектрический способ возбуждения акустического сигнала, при ко- тором в кварцевой пластине, вырезанной иэ кристалла перпендикулярно к электрической оси, создают электрическое поле, направленное вдоль этой оси, при этом возникают механические усилия, деформирующие пластину в том же направлении и вызывающие акустические колебания в жидкой среде.

Недостатком этого способа является то, что форма излучаемого сигнала соответствустический импульс возбуждают путем формирования импульса тока посредством разряда емкостного накопителя на индуктор электродинамического излучателя, причем вершину импульса тока формируют нараа стающей в соответствии с законом.1=1 +kt . где 1 — начальное значение тока; t — текущее время от начала формирования вершины импульса тока; k — скорость нарастания тока на вершине импульса тока; а =1-.1,4 —. эмпирический коэффициент. Устройство для возбуждения акустического импульса содержит источник питания, и емкостных накопителей энергии, которые соединены с источником питания через и разделительных диодов и с индуктором электродинами-. Я ческого излучателя через и коммутаторов, соединенных со схемой управления. 3 ил;

Фь ет отрезку синусоиды и, следовательно, имеет узкий частотный спектр. Кроме того, пьезоэлектрические излучатели имеют малую мощность формируемого импульса давления вследствие: малой амплитуды деформации кварцевой пластины.:

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является индукционный способ возбуждения акустического давления, при котором, при разряде накопительного конденсатора на обмотку катушки в мембране, установленной на торце катушки, наводятся токи Фуко. что приводит к возникновению сил, отталкивающих мембрану от катушки. В результате движе1742188 ния мембраны в жидкой среде распространяется импульс давления.

Известно также устройство для осуществления индукционного способа возбуждения акустического сигнала.

Недостатком известных способа и устройства является формирование импульса давления в виде синусоиды, что существен-. но снижает ширину частотного спектра импульса давления.

Цель изобретения — расширение частотного спектра акустического импульса, Сущность предлагаемого способа заключается в следующем, Электродинамический излучатель — это воздушный трансформатор с замкнутой накоротко вторичной обмоткой (мембраной).

При приложении напряжения к электродинамическому излучателю с мембраной, присоединенной к корпусу с помощью упругой развязки, в мембране наводятся токи Фуко и возникают силы. отталкивающие мембрану. Это движение приводит к изменению взаимного расположения мембраны и индуктора и, следовательно. к переменной во времени взаимной индуктивности воздушного трансформатора. При удалении мембраны QT индуктора можно,. постоянно увеличивая ток индуктора (так как зазор увеличивается и, следовательно, необходимо увеличивать ток индуктора для обеспечения дальнейшего движения мембраны), поддерживать постоя н н ым произведение токов индуктора и мембраны. Так как сила взаимодействия токов индуктора и мембраны пропорциональна произведению этих токов, то и давление, создаваемое этой силой, будет постоянным. Таким образом формируется прямоугольный импульс акустического давления в жидкой среде.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для возбуждения акустического импульса; на фиг. 2 и 3 — временные . диаграммы соответственно импульса тока и импульса акустического давления индуктора; (r>, n — длительности переднего и.заднего фронтов импульса тока индуктора).

Устройство состоит из источника 1 питания, и накопительных конденсаторов 2.12.п, подключенных к источнику 1 питания через и разделительных диодов 3.1-3.п, и коммутаторов 4.1 — 4.п, электродинамического излучателя 5 с мембраной 6, присоединенной к корпусу 7 с помощью упругой развязки 8, и индуктором 9, и схемы 10 управления, Устройство работает следующим обраэом, При включении источника 1 питания одновременно заряжаются A накопительных конденсаторов 2.1-2.п через и разделительных диодов 3.1-3.п. Формирование прямо5 угольного акустического импульса начинается при включении 1-ro коммутатора 4,1 от схемы 10 управления и разряде 1-го накопительного конденсатора 2,1 на электродинамический излучатель 5, При этом в

10 индукторе 9 начинает нарастать ток (имеющий линейный характер на начальном участке синусоиды), в мембране 6 наводятся токи Фуко, возникают силы отталкивающие мембрану. Через некоторый интервал вре15 мени h, tt (меньший 1/4 периода свободных колебаний EC-контура индуктор 9 — накопительный конденсатор 2.1) от. начала замыкания 1-го коммутатора 4.1 включается 2-й коммутатор 4.2 от схемы 10 управления и

20 начинается разряд накопительного конденсатора 2.2 на индуктор 9, в котором еще не прекратился ток от накопительного конденсатора 2,1, и происходит дальнейшее нарастание тока в индукторе 9 и. следовательно, 25 дальнейшее движение мембраны 6. Аналогично через некоторый промежуток времени Ьtz срабатывает 3-й коммутатор 2.3 и разряжается накопительный конденсатор

3.3 и т.д..Таким образом в индукторе 9 фор30 мируется суммарный от разряда и накопительных конденсаторов 2.1-2,п нарастающий ток на вершине импульса

i=ip+kt, где k — скорость нарастания тока, 35 А/с. а =1-1,4 — показатель степени, учитывающий максимальную амплитуду отклонения мембраны 6, и соответствующие ему токи Фуко в мембране 6; движение последней обеспечивает формирование акустиче40 ского импульса.

Регулировкой длительности интервалов времени hatt-Ë t>-1 между последовательными(во времени) замыканиями коммутаторов 4.1-4.п можно обеспечить такое взаимодействие токов индуктора 9 и мембраны 6, что формируемый импульс акустического давления будет. иметь прямоугольную форму. Формирование импульса акустического давления завершается при обратном

50 ходе мембраны 6. Разделительные диоды

3.1-3,п обеспечивают раздельный разряд каждого из и накопительных конденсаторов

2.1-2.п на электродинамический излучатель

5.

Величины коэффициента а получены экспериментально на макете устройства на ряде образцов электродинамического излучателя. В общем случае величины емкостей накопительных конденсаторов 2.1-2.п могут быть не равны., Изменение величины ем1747188 костей накопительных конденсаторов 2.12.п, как и величины интервалов времени

ht>- htn-1. позволяет приблизить форму акустического импульса к прямоугольной.

Кроме того, устройство позволяет получить однополярный импульс акустического давления. Через интервал времени At -1. приближенно равный 1/4 периода свободных колебаний LC-контура, образованного емкостным накопителем Зп и индуктивностью индуктора электродинамического излучателя 5, включается от схемы 10 управления коммутатор 4п и начинается разряд емкостного накопителя Зп на индуктор электродинамического излучателя 5.

При этом суммарный ток в индукторе электродинамического излучателя 5 снижается с меньшей скоростью, мембрана возвращается к индуктору также с меньшей скоростью, а следовательно. уменьшается величина отрицательной составляющей импульса акустического давления,,.Формула изобретен ия

1. Способ возбуждения акустическогоимпульса путем формирования импульса тока посредством разряда емкостного накопителя на индуктор электродинамического излучателя и преобразования импульса тока в акустический сигнал, отличающийся тем. что, с целью расширения частотного спектра акустического импульса, вершину импульса тока формируют нарастающей в соответстиви с законом, а

I 4+I< t где 4 — начальное значение тока, с которого начинают формирование вершины импульса тока;

t текущее время от начала формирования вершины импульса тока:

1p k — скорость нарастания тока на вершине импульса тока: а =1-1,4 — эмпирический коэффициент.

2. Устройство для возбуждения акусти15 ческого импульса. содержащее источник питания, первый емкостной накопитель энергии, первый коммутатор и индуктор электродинамического излучателя, о т л и ч аю щ е е с я тем, что. с целью расширения

2р частотного спектра акустического импульса, в него дополнительно введены (n — 1) емкостных накопителей энергии; и разделительных диодов и (и-t} коммутаторов, соединенных с введенной схемой ynpasneния, причем п разделительных диодов като, дами подключены к. положительному полюсу источника питания, отрицательный полюс которого заземлен, а анодами — к положительным клеммам соответствующих и емкостных накопителей энергии, подключенных через и коммутаторов к индуктору электродинамического излучателя.

1747188

Составитель Ю.Чудинов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор A.Mèëþêîâà

Редактор А,Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", г..ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2458 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5