Способ повышения энергетической эффективности параметрического источника звука в режиме самодетектирования

 

Изобретение относится к параметрическим источникам звука и может быть использовано для создания высокоэффективного широкополосного акустического излучения . Целью изобретения является повышение стабильности параметрического излучения и возможность управления его эффективностью. Для достижения этой цели в способ, включающий введение в дальнюю зону параметрического излучателя пузырькового слоя и облучение его волнами накачки , вводят две металлические пластины 16 и 17, первую из которых - звукопрозрачную - располагают на оси параметрического источника звука, перпендикулярно ей. а вторую пластину располагают над первой, параллельно ей и в одной с нею плоскости и подают на них импульсное напряжение с постоян: ными амплитудой и скважностью. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (si)s G 01 $15/00

Г

В (Г

СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ДОМСТВО СССР

СПАТЕНТ СССР) ПАТЕНТУ

) 4908216/22

) 04.02.91

) 30,08.93. Бюл. г Ь 32

) Ю.И.Кабарухин

) Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметческие антенны в гидролокации. Д., Судооение, l990, с.107.

Кустов Л.M. и др. Детектирование акуческих сигналов на пузырьковом слое. - устический журнал, 1987, т.33. вып.2, 71-277.

) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАРАМЕТРИЧЕОГО ИСТОЧНИКА ЗВУКА В РЕЖИМЕ

МОДЕТЕКТИРОВАНИЯ

) Изобретение относится к параметриким источникам звука и может быть . (2 (2

{4 (7 (5

P с с

А

С. (5

С

С

С (5 ск эо ш из э хо но щ хо пу ст ни ко па

Изобретение относится к параметричем источникам звука и может быть испольано для создания высокоэффективного рокополосного акустического излучения.

Целью изобретения является ловыние стабильности параметрического учения и возможности управления его е кти вн остью.

Экспериментально исследовалось продение параметрического широкополосо низкочастотного излучения через слой граничных газовых пузырьков, находяйся в области самодетектирования исных волн накачки. Приграничные

ырьки создавались на алюминиевой плане, являющейся при этом не только граей, но и одной из электролизных пластин, орая располагалась на акустической оси аметрического источника (ПИ) звука, раиспользовано для создания высокоэффективного широкополосного акустического излучения. Целью изобретения является повышение стабильности параметрического излучения и возможность управления его эффективностью. Для достижения этой цели в способ, включающий введение в дальнюю зону параметрического излучателя пузырькового слоя и облучение его волнами накачки, вводят две металлические пластины 16 и

17, первую иэ которых — звукопрозрачную— располагают на оси параметрического источника звука, перпендикулярно ей, а вторую пластину располагают над первой, параллельно ей и в одной с нею плоскости и подают на них импульсное напряжение с постоянными амплитудой и скважностью, 2 ил. ботающего в режиме самодетектирования, перпендикулярно направлению распространения исходных волн накачки, Вторая электролизная пластина из нержавеющей а стали располагалась над первой пластиной, QQ параллельно ей и в одной с нею плоскости. р

Параметрический источник звука работал в р импульсном режиме, излучая короткие пря- © моугольные радиоимпульсы длительностью

50 мкс с частотой заполнения 260 кГц. Период следования излучаемых радиоимпульсов СР составлял 50 мс. Уровень звукового давления в прошедшем через алюминиевую пластину параметрическом низкочастотном (р излучении в полосе частот от 2 до 30 кГц контролировался гидрофоном диаметром

20 мм типа 8100 фирмы "Брюль и Кьер", который располагался на акустической оси параметрического источника звука, работа1838800 ющего в режиме самодетектирования. При самодетектировании излучаемых прямоугольных импульсов накачки в среде формировалось широкополосное низкочастотное излучение в виде сдвинутых во времени противофазных скачков акустического давления, форма которых контролировалось с помощью осциллографа, а уровень которых регистрировался с помощью самописца уровня после предварительного стробирования во времени, При подаче на электролизные пластины постоянного напряжения наблюдалось быстрое (в течение долей секунды) и резкое (на 20 дБ и более) увеличение уровня звукового давления в прошедшем через алюминиевую пластину широкополосном низкочастотном излучении. Далее в течение нескольких минут уровень звукового давления в прошедшем через алюминиевую пластину широкополосном низкочастотном излучении оставался постоянным, затем, несмотря на то, что напряжение на электролизных пластинах поддерживалось постоянным, наблюдалось медленное его уменьшение, Если при достижении максимального уровня в звуковом давлении низкочастотного широкополосного излучения, прошедшего через алюминиевую пластину, напряжение на электролизных пластинах сразу выключалось, то уровень в прошедшем через алюминиевую пластину широкополосном низкочастотном излучении быстро в течение нескольких секунд падал до своего первоначального значения.

При последующих кратковременных включениях напряжения на электролизных пластинах на время; необходимое для достижения максимального значения уровня в прошедшем через алюминиевую пластину излучении, осуществляемых с постоянной скважностью, наблюдалось стабильное увеличение уровня звукового давления в прошедшем через алюминиевую пластину и слой приграничных газовых пузырьков широкополосном низкочастотном излучении в одно и тоже число раз..Следовательно,энергетические параметры низкочастотного широкополосного излучения от посылки к посылке оставались постоянными и стабильными во времени, что выгодно отличает заявляемый способ управления энергетической эффективности ПИ звука в . режиме самодетектирования от прототипа.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующего способ, а на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу ПИ звука в режиме самодетектирования.

Устройства содержит. последовательно соединенныесинхрониэатор 1,синхрониэирующий работу всего ПИ звука в режиме самодетектирования, схему 2 задержки, осуществляющую задержку момента излучения формируемого сигнала накачки на временной промежуток длительностью т ззд, необходимый для достижения максимального значения уровня звукового давления в широкополосном низкочастотном излучении, прошедшем через металлическую- пластину и сформировавшийся эа это время приграничный слой пузырьков, и первый формирователь 3 прямоугольных импульсов, формирующий на своем выходе видеоимпульсы с длительностью t ) m 1

J равной или большей длительности излучаемых импульсов накачки т,1. Вход второго формирователя 4 прямоугольных импульсов, формирующего видеоимпульсы с длительностью T равной длительности прикладываемых импульсных напряжений на электролизные пластины, соединен с выходом синхронизатора 1, Выход генератора 5 сигналов специальной формы, форма которых определяет форму огибающей излучаемых сигналов накачки, через усилитель-ограничитель 6 соединен с первым входом логического элемента И 7; второй

30 вход которого соединен с выходом первого формирователя 3 прямоугольных импульсов. Синхронизируемый вход генератора 5 сигналов специальной формы соединен с выходом схемы 2 задержки. Выход генера35 тора 8 гармонических колебаний соединен с первым входом амплитудного модулятора 9, второй вход которого соединен с выходом генератора 5 сигналов специальной формы.

Выход амплитудного модулятора 9 соеди40 нен с сигнальным входом первого импульсного модулятора 10, управляемый вход котОрого соединен с выходом логического элемента И 7. Вход усилителя 11 мощности соединен с выходом первого импульсного . модулятора 10; а выход его соединен с входом акустического преобразования накачки

1, В ыход источника постоянного напряжения

13 соединен с сигнальным входом второго импульсного модулятора 14, управляемый

50 вход которого соединен с выходом второго формирователя 4 прямоугольных импульсов. Вход усилителя 15 постоянного тока соединен с выходом второго импульсного модулятора 14, а выход соединен с первой l6 и второй 17 электролизными пластинами.

Первая звукопрозрачная пластина 16, толщина которой много меньше длины волны накачки в материале (металле),иэ которого она изготовлена, является не только элект1838800 ализной пластиной, но и границей,на кото- рой в момент подачи электролиэного на1 пряжения начинает формироваться слой риграничных газовых пузырьков, располаается в дальней зоне параметрического ис- 5 очника звука, работающего в режиме амодетектирования, на его акустической рси, перпендикулярно ей, Вторая электроизная пластина 17 располагается над аку тической осью ПИ звука параллельно 10 ! ервой пластине 16 в одной с нею плоскости см.фиг.1). Первая пластина располагается в альней зоне ПИ звука, в.этом случае озвуенный диск с приграничными пузырьками, а ее поверхности, размеры которого опре- 15 еляют ширину диаграммы направленности ирокополосного низкочастотного параетрического излучения велик, в результате

ысокая направленность параметрического ирокополосного излучения, формирующе- 20 ося при прохождении его через первую ластину и слой приграничных пузырьков охраняется.

Способ реализуется следующим образом. а выходе синхронизатора 1 формируются 25 инхроимпульсы И1, синхронизирующие аботу всего ПИ звука, Задними фронтами инхроимпульсав И1 запускается схема 2 адержки, формирующая видеоимпульсы

2 длительностью т3яд, равной времен- 30, ому промежутку необходимому для форирования оптимальной структурьг узырькового приграничного слоя, при коорой достигается максимальный уровень вукового давления в формирующемся ши- 35 окополосном низкочастотном излучении,, рошедшем через металлическую пластину слой приграничных пузырьков, задними ронтами которых запускается первый форирователь 3 прямоугольных импульсов, 40 ормирующий видеоимпульсы ИЗ с длиельностью ги > гил, равной или большей лительности излучаемых импульсов накачи гил. Задними фронтами синхроимпульов. И1 запускается также второй ормирователь 4 прямоугольных импульов, формирующий видеоимпульсы И4 с лительностью г, равной длительности поаваемых на электролизные пластины имульсных напряжений. Задними фронтами 50 в деоимпульсов И2 запускается генератор сигналов специальной формы, формируюцГий сигналы И5, длительнссть тит и форма крторых определяют длительность и форму о гибающей излучаемых сигналов накачки, к торые после усиления и ограничения усил телем-ограничителем 6 в виде видеоими, льсов И6 с длительностью г» поступает нэ первый вход логического элементов И 7, 1 на второй вход которого подаются видеоимпульсы ИЗ. В результате сравнения длительностей видеоимпульсов ИЗ и И6 на выходв логического элемента И формируется прямоугольный видеоимпульс И7 длительностью

tp>, который непосредственно участвует в формировании сигналов накачки. Непрерывные колебания с несущей частотой f c выхода генератора 8 гармонических колебаний модулируются по амплитуде в амплитудном модуляторе 9 сигналами специальной формы (изменением формы и длительности сигналов возможно управление широкополосным низкочастотным спектром формируемых при самодетектировании сигналов), которые, например, для определенности, сигналами с гауссовой огибающей И5, формирующихся на выходе генератора 5. В результате на выходе амплитудного модулятора 9 формируются амплитудно-модулированные радиосигналы с гауссовой огибающей и гармоническим заполнением с частотой f, которые для устранения переходных процессов (затягивающих задний фронт импульсных сигналов и обусловленных конечной добротностью резонансных цепей амплитудного модулятора 9) поступают нэ сигнальный вход первого импульсного модулятора 10, с выхода которого радиоимпульсы накачки И8 с конечной длительностью r» и гауссовой огибающей усиливаются усилителем 11 мощности и излучаются в водную среду акустическим преобразователем накачки 12. Перед излучением радиоимпульсов с гауссовой.огибающей, в результате самодетектирования которых формируются широкополосное низкочастотное излучение. с помощью источника постоянного напряжения 13, второго им-. пульсного модулятора 14 и усилителя 15 постоянного тока формируется импульсное напряжение длительностью т, которое подается на. электролиэные пластины 16 и

17 и под воздействием которого на поверхности первой звукопрозрвчной металлической пластины образуется слой приграничных газовых пузырьков, обладающих высоким параметром акустической нелинейности. В результате уровень звукового давления s ф ормирующемся низкочастотном широкополосном излучении при прохождении его через звукопрозрачную пластину и слой приграничных газовых пузырьков возрастает. Таким образом повышается энергетическая эффективность AN звука, работающего в режиме самодетектирования. При постоянных амплитуде и скважности импульсного напряжения, подаваемого на электролизные пластины, уровень звукового давления в

1838800 формирующемся низкочастотном широкополосном излучении И9 от посылки к посылке остается постоянным и неизменным во времени, что практически невозможно добиться в случае прототипа за счет непрерывно изменяющейся во времени структуры пузырькового. слоя.

Наличие двух пластин, одна из которых звукопрозрачная располагается в дальней зоне ПИ звука íà его акустической оси, перпендикулярно ей, а вторая пластина располагается над первой, параллельно ей и в одной с нею плоскости, на которые подается импульсное напряжение с постоянными амплитудой и скважностью, выгодно отличает предлагаемый способ управления энергетической эффективностью ПИ звука в режиме самодетектирования от прототипа, поскольку существенно повышает уровень звукового давления в формирующемся при самодетектировании на пузырьковом слое широкополосном низкочастотном излучении и возрастает стабильность энергетических параметров (уровня звукового давления) параметрического низкочастотного широкополосного излучения.

Использование такого ПИ звука, например, в гидролокации обеспечивает получение большей дальности действия и высокой разрешающей способности и, следовательно, большей точности, достоверности получаемой информации о подводной обс а новке. Это только при поиске рыбных скоплений, полезных ископаемых, объектов, представляющих определенный интерес.

5 обеспечивает зкономию времени, топливных, энергетических, людских ресурсов, затраты которых обусловлены многократными проходами над обследуемыми районами.

10 Формула изобретения

Способ повышения энергетической эффективности параметрического источника звука в режиме самодетектирования, включе15 ющий введение в его дальнюю зону пузырькового слоя с повышенным параметроц нелинейности и облучение его волнами накачки,отл и чающий ся тем,что, с целью повышения стабильности параметрическо20 го излучения и возможности управления его эффективности, вводят две металлические пластины, первую иэ которых — звукопроз-. рачную с толщиной существенно меньше четверти длины волны накачки в металле, из

25 которого изготовлена первая пластина, располагают на оси параметрического источника звука, перпендикулярно ей, а вторую пластину располагают над первой, параллельно ей и в одной с нею плоскости и подают

30 на них импульсное напряжение с постоянными амплитудой и скважностью.

Фиг.2 венного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат."Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101