Способ измерения абсолютной скорости движения подводного объекта и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения абсолютной скорости движения подводного объекта. В способе измерения абсолютной скорости движения подводного объекта фазированной антенной излучают полигармонический сигнал, содержащий N частотных составляющих f_n, равномерно распределенных в октавном диапазоне с верхней частотой где с - скорость звука в воде, в двух симметричных угловых секторах α = ±(30-90)° вдоль направлений относительно вертикали. Отраженный от дна акустический сигнал с частотами f_n⁺, f_n^- принимается по каждому из 2N направлений. Затем измеряют раздельно (по каждому) направлению доплеровские частоты , после чего вычисляют абсолютную скорость движения подводного объекта. Устройство для измерения абсолютной скорости движения подводного объекта содержит преобразователь фазированный антенны, состоящий из корпуса с внутренней полостью, в которой размещены упругая пластина, две круглые пьезоэлектрические пластины, токопроводящая пластина, на фронтальной поверхности одной из пластин нанесен герметизирующий слой, генератор возбуждения, антенные коммутаторы, трансформаторы, предварительные усилители, синхронные детекторы, устройство разделения лучей. Измеритель доплеровской частоты и измеритель абсолютной скорости движения объекта. Технический результат заключается в уменьшении погрешности измерения мгновенного значения скорости движения подводного объекта. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения абсолютной скорости движения подводного объекта.

Известен способ измерения абсолютной скорости движения подводного объекта, основанный на эффекте Доплера [1]. Способ заключается в излучении движущимся объектом ультразвукового сигнала с частотой f_о под углом α к вертикали, приеме отраженного от дна сигнала, измерении доплеровского сдвига частоты f_d и вычислении скорости движения объекта по формуле где C скорость звука в воде.

Известный способ измерения абсолютной скорости движения подводного объекта осуществляется доплеровским лагом [1], представляющим собой четырехмодульную антенну. Каждый модуль антенны содержит круглую пьезопластину, работающую на толщинной моде колебаний, которая формирует узконаправленный луч, ориентированный под углом 30^o к вертикали. Два луча антенны ориентированы в направлении нос-корма (схема Януса), два других - в перпендикулярном направлении.

Общим недостатком такого способа и устройства для его осуществления является большая погрешность измерения абсолютной скорости движения подводного объекта, которая зависит от погрешности измерения скорости звука C, угла излучения α и рабочей частоты f_о. Кроме того, в устройстве необходимо иметь четыре приемоизлучающих модуля.

Известен также способ измерения абсолютной скорости движения подводного объекта [2] , заключающийся в излучении акустического сигнала фазированной антенной одновременно в двух направлениях, симметрично ориентированных под углами α = ±30° к вертикали, приеме отраженных от дна сигналов по каждому из направлений, синфазном сложении сигналов, принятых по каждому из лучей в устройстве разделения лучей, измерении доплеровского сдвига частоты где f_о⁺, f_о^- - частоты сигналов, принятых по каждому из лучей, и вычислении скорости движения подводного объекта по формуле V = l (f_d⁺ + f_d^-). При таком возбуждении фазированной антенны доплеровского лага угол излучения α определяется условием α = arcsinλ/4l. Известно также устройство для измерения абсолютной скорости движения подводного объекта [3]. Устройство содержит генератор возбуждения, предварительные усилители, устройство разделения лучей, измеритель доплеровской частоты, измеритель скорости и фазированную антенну с противофазным возбуждением элементов, все пьезоэлементы которой выполнены путем разрезания двух круглых поляризованных по толщине пьезокерамических пластин одинаковых размеров, жестко соединенных одноименными относительно направления поляризации поверхностями с противоположными поверхностями круглой токопроводящей пластины толщиной 0,5-1,0 мм, на 4N взаимно параллельных сегментов одинаковой ширины, симметрично расположенных относительно токопроводящей пластины, наружные электроды которых электрически соединены попарно. Для противофазного возбуждения пьезокерамических элементов наружные электроды первых, вторых, третьих и четвертых пьезокерамических элементов каждой четверти элементов объединены первой, второй, третьей и четвертой электрическими шинами соответственно, первая и вторая электрические шины через соответствующие антенные коммутаторы подключены в режиме излучения к одному концу выходной обмотки первого трансформатора, а третья и четвертая шины через соответствующие антенные коммутаторы подключены в режиме излучения к противофазному концу обмотки первого трансформатора. В режиме приема первая и третья электрические шины подключены к первой и третьей симметричным входным обмоткам второго трансформатора, а вторая и четвертая - ко второй и четвертой симметричным входным обмоткам третьего трансформатора. Выходные обмотки второго и третьего трансформаторов соединены с входами первого и второго предварительных усилителей. Средние точки выходной обмотки первого трансформатора и входных обмоток второго и третьего трансформаторов соединены с токопроводящей пластиной, а отношение толщины пьезокерамической пластины h к расстоянию между акустическими центрами сегментов l определяются соотношением h/l=C_к/2C, где C_к, C - скорость звука в пьезокерамике и воде соответственно.

Известный способ измерения абсолютной скорости движения подводного объекта [2] и известное устройство для измерения абсолютной скорости движения подводного объекта [3] по своему функциональному назначению, по своей технической сущности и по достигаемому техническому результату наиболее близки к заявленным способу и устройству его осуществляющему.

Недостатком известного способа измерения скорости движения подводного объекта и устройства его реализующего является малая рабочая полоса частот и, как следствие этого, сравнительно большая погрешность однократного измерения скорости движения при наличии случайных флуктуаций параметров среды и условий измерения. Для уменьшения случайной составляющей погрешности применяют многократное измерение скорости с последующим усреднением результата, но при этом существенно увеличивается время измерения и, как следствие этого, увеличивается погрешность измерения быстроменяющейся мгновенной скорости подводного объекта при его движении с ускорением.

В основу изобретения поставлена задача разработать такой способ измерения абсолютной скорости движения подводного объекта и устройство его осуществляющее, которые позволят измерять мгновенное, а не среднее по трассе движения значение скорости движения подводного объекта, а также уменьшить погрешность измерения мгновенного значения скорости движения подводного объекта.

Поставленная задача решается тем, что в способе измерения абсолютной скорости движения подводного объекта, заключающемся в излучении акустического сигнала частотой f_о фазированной антенной, состоящей из 4N пьезоэлементов, совершающих противофазные колебания, расстояние между которыми l равно половине длины волны, вдоль двух симметричных направлений, ориентированных под углами α = ±30° относительно вертикали, приеме отраженного от дна акустического сигнала с частотами f_о⁺, f_о^- по обоим направлениям, измерении доплеровского сдвига частоты по каждому из направлений и вычислении скорости по формуле V = l(f_d⁺ + f_d^-), излучают полигармонический сигнал, содержащий N частотных составляющих f_n, равномерно распределенных в октавном диапазоне с верхней частотой где с - скорость звука в воде, в двух симметричных угловых секторах α = ±(30-90)° вдоль направлений относительно вертикали, принимают отраженный от дна акустический сигнал с частотами f_n⁺, f_n^- по каждому из 2N направлений, затем измеряют доплеровские частоты раздельно по каждому из направлений, а скорость объекта вычисляют по формуле Поставленная задача решается также тем, что в устройство для измерения абсолютной скорости движения подводного объекта, содержащее преобразователь фазированной антенны, включающий набор пьезоэлектрических элементов с фронтальными и тыльными поверхностями, совершающих противофазные колебания, упругую пластину, жестко соединенную с тыльной поверхностью пьезоэлектрических элементов, цилиндрический корпус с внутренней полостью, в которую вставлены пьезоэлектрические элементы с упругой пластиной, герметизирующий слой, нанесенный на фронтальную поверхность пьезоэлектрических элементов и образующий звукопрозрачное окно, генератор возбуждения, антенные коммутаторы, первый, второй и третий трансформаторы, предварительные усилители, устройство разделения лучей, первый и второй синхронные детекторы, измеритель доплеровской частоты, измеритель скорости объекта, причем набор пьезоэлектрических элементов содержит 4N взаимно параллельных сегментов одинаковой ширины, вырезанных из двух круглых пьезокерамических пластин одинакового диаметра, поляризованных по толщине, жестко соединенных одноименными относительно направления поляризации поверхностями с противоположными поверхностями токопроводящей пластины, наружные электроды которых электрически соединены попарно, наружные электроды первых, вторых, третьих и четвертых пьезоэлементов каждой четверки элементов объединены первой, второй, третьей и четвертой электрическими шинами соответственно, первая и вторая электрические шины через соответствующие антенные коммутаторы подключены в режиме излучения к одному концу выходной обмотки первого трансформатора, а третья и четвертая электрические шины через соответствующие антенные коммутаторы подключены в режиме излучения к противоположному концу выходной обмотки первого трансформатора, первая и третья электрические шины подключены в режиме приема к первой и третьей симметричным входным обмоткам второго трансформатора, вторая и четвертая электрические шины подключены в режиме приема ко второй и четвертой симметричным входным обмоткам третьего трансформатора, выходные обмотки второго и третьего трансформаторов соединены с входами первого и второго предварительных усилителей, средние точки выходной обмотки первого трансформатора и входных обмоток второго и третьего трансформаторов соединены с токопроводящей пластиной, выходы первого и второго предварительных усилителей соединены с входами устройства разделения лучей, первый и второй выходы устройства разделения лучей соединены с первыми входами первого и второго синхронных детекторов, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора частоты f_о генератора возбуждения, выходы первого и второго синхронных детекторов соединены со входами измерителя доплеровской частоты, выход которого соединен со входом измерителя абсолютной скорости движения объекта, одна из круглых пьезоэлектрических пластин, контактирующая с упругой тыльной пластиной, выполнена из пьезокерамики, а другая, обращенная к рабочей среде, выполнена из пьезополимера, например, поливинилиденфторида, причем отношение толщины пластины из пьезополимера h_пп к толщине пластины из пьезокерамики h_пк определяется соотношением h_пп/h_пк = C_пп/C_пк, где C_пп, C_пк - скорость звука в пьезополимере и пьезокерамике соответственно, а отношение h_пк/1 = C_пк/C, все разрезы преобразователя фазированной антенны, содержащего пьезокерамическую пластину, токопроводящую пластину и пластину из пьезополимера, выполнены сквозными по толщине набора, выходящими на одну сторону боковой поверхности круглых пластин для четных номеров и на противоположную сторону боковой поверхности круглых пластин для нечетных номеров, а толщина токопроводящей пластины составляет 0,1-0,15 от толщины пластины из пьезокерамики, генератор возбуждения выполнен N-частотным с частотами f_n, равномерно распределенными в октавном диапазоне с верхней частотой f_в= C/2l, первый и второй синхронные детекторы выполнены N-канальными, причем выход первого предварительного усилителя соединен с первыми N входами первого N-канального синхронного детектора, вторые N входов которого соединены с первыми N выходами генератора возбуждения, выход второго предварительного усилителя соединен с первыми N входами второго N-канального синхронного детектора, вторые N входов которого соединены со вторыми N выходами генератора возбуждения, устройство разделения лучей выполнено N-канальным, причем его первые 2N входов соединены с 2N выходами первого N-канального синхронного детектора, а его вторые 2N входов соединены с 2N выходами второго N-канального синхронного детектора, измеритель доплеровской частоты выполнен N-канальным, причем его 2N входов соединены с 2N выходами устройства разделения лучей, а 2N выходов соединены с 2N входами измерителя абсолютной скорости движения объекта.

Способ измерения абсолютной скорости движения подводного объекта и устройство для его осуществления объединены единым изобретательским замыслом, на решение которого они направлены, так как только посредством всей совокупности признаков заявленных способа и устройства для его осуществления достигается единый технический результат - измерение мгновенного значения скорости движения подводного объекта и уменьшение погрешности этого измерения.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленных способа измерения скорости движения подводного объекта и устройства для его осуществления и их прототипов показывает, что первые в отличие от прототипов имеют следующие существенные отличительные признаки: - излучают полигармонический сигнал, содержащий N частотных составляющих f_n; - принимают отраженный от дна акустический сигнал с частотами f_n⁺, f_n^- по каждому из N направлений; - доплеровские частоты измеряют раздельно по каждому из направлений; - абсолютную скорость движения подводного объекта вычисляют по формуле - одна из упругих пьезоэлектрических пластин, контактирующая с упругой тыльной пластиной, выполнена из пьезокерамики, а другая, обращенная к рабочей среде, выполнена из пьезополимера, например поливинилиденфторида, причем отношение толщины пластины из пьезополимера h_пп к толщине пластины из пьезокерамики h_пк определяется соотношением h_пп/h_пк = C_пп/C_пк, C_пп, C_пк - скорость звука в пьезополимере и пьезокерамике соответственно, а соотношение h_пк/l=C_пк/C; - все разрезы преобразователя фазированной антенны выполнены сквозными по толщине набора (пьезокерамическая пластина, токопроводящая пластина и пластина из пьезополимера), выходящими на одну сторону боковой поверхности круглых пластин для четных номеров и на противоположную сторону боковой поверхности круглых пластин для нечетных номеров, при этом толщина токопроводящей пластины составляет 0,1-0,15 от толщины пластины из пьезокерамики; - генератор возбуждения выполнен N-частотным с частотами f_n;
- синхронные детекторы выполнены N-канальными;
- устройство разделения лучей выполнено N-канальным, причем его первые 2N входов соединены с 2N выходами первого синхронного детектора, который выделяет квадратурные составляющие C_n1, S_n1 комплексных огибающих сигналов, а его вторые 2N входов соединены с 2N выходами второго синхронного детектора, который выделяет квадратурные составляющие C_n2, S_n2 комплексных огибающих сигналов, а на его 2N выходах формируются синфазные составляющие (C_n1+S_n2)⁺, (S_n1-C_n2)⁺, соответствующие одному лучу, и синфазные составляющие (C_n1 - S_n2)^-, (S_n1 + C_n2)^-, соответствующие симметричному относительно вертикали лучу;
- измеритель доплеровских частот выполнен N-канальным, причем его 2N входов соединены с 2N выходами устройства разделения лучей, а 2N выходов соединены с 2N входами измерителя абсолютной скорости движения подводного объекта.

Совокупность существенных признаков заявленных способа измерения абсолютной скорости движения подводного объекта и устройства для его осуществления имеют причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т. е. благодаря данной совокупности существенных признаков способа и устройства стало возможным решить поставленную задачу.

На основании изложенного можно заключить, что заявленные способ измерения абсолютной скорости движения подводного объекта и устройство для его осуществления являются новыми, обладают изобретательским уровнем, т.е. явным образом не следуют из уровня техники и пригодны для промышленного применения.

Сущность заявленных способа измерения абсолютной скорости движения подводного объекта и устройства для его осуществления поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез преобразователя (трансформаторы не показаны); на фиг. 2 - вид сверху активного элемента преобразователя; на фиг. 3 - вид спереди активного элемента преобразователя; на фиг. 4 - электрическое соединение одноименных пьезоэлектрических элементов; на фиг. 5 - электрическая схема устройства; на фиг. 6 - формирование веера лучей при возбуждении фазированной антенны многочастотным (полигармоническим) сигналом.

На чертежах и в описании изобретений приняты следующие обозначения: 1 - корпус преобразователя, 2 - упругая пластина, 3 - пьезоэлектрические пластины, 4 - токопроводящая пластина, 5 - герметизирующий слой, 6 - генератор возбуждения, Тр-1, Тр-2 и Тр-3 - трансформаторы, A1-A4 - антенные коммутаторы, ПУ-1 и ПУ-2 - предварительные усилители, 7 и 8 - синхронные детекторы, 9 - устройство разделения лучей, 10 - измеритель доплеровских частот, 11 - измеритель абсолютной скорости движения подводного объекта.

Способ измерения абсолютной скорости движения подводного объекта осуществляется следующим образом.

Фазированной антенной излучают полигармонический сигнал, содержащий N частотных составляющих f_n, равномерно распределенных в октавном диапазоне с верхней частотой где с - скорость звука в воде, в двух симметричных угловых секторах α = ±(30-90)° вдоль направлений относительно вертикали. Отраженный от дна акустический сигнал с частотами f_n⁺, f_n^- принимается по каждому из 2N направлений. Затем измеряют раздельно (по каждому) направлению доплеровские частоты После чего вычисляют абсолютную скорость движения подводного объекта.

Устройство для измерения абсолютной скорости движения подводного объекта содержит преобразователь фазированной антенны, состоящий из корпуса 1 с внутренней полостью, в которой размещены упругая пластина 2, две круглые пьезоэлектрические пластины 3, токопроводящая пластина 4, на фронтальной поверхности одной из пластин 3 нанесен герметизирующий слой 5, генератор 6 возбуждения, антенные коммутаторы A1-A4, трансформаторы Тр1, Тр2, Тр3, предварительные усилители ПУ1 и ПУ2, синхронные детекторы 7 и 8, устройство 9 разделения лучей, измеритель 10 доплеровской частоты и измеритель 11 абсолютной скорости движения объекта.

Преобразователь фазированной антенны содержит (см. фиг. 1) корпус 1 с внутренней полостью, в которой размещены: упругая пластина 2, две круглые пьезоэлектрические пластины 3, токопроводящая пластина 4. На фронтальной поверхности пьезоэлектрической пластины 3 нанесен герметизирующий слой 5, образующий звукопрозрачное окно. Пьезоэлектрические пластины 3 жестко соединены с пластиной 4, которая изготовлена, например, из латуни, это необходимо для обеспечения электрического соединения одноименных относительно вектора поляризации поверхности пьезоэлектрических пластин. Одна из пьезоэлектрических пластин 3, контактирующая с тыльной поверхностью упругой пластины 2, выполнена из пьезокерамического материала, а другая, обращенная к рабочей среде, выполнена из пьезополимера, например поливинилиденфторида. Отношение толщины одной пластины 3 к толщине другой пластины 3 определяется соотношением h_пп/h_пк = C_пп/C_пк. Пьезоэлектрические пластины 3 выполнены разрезанными (см. фиг. 2 и 3), все разрезы выполнены сквозными по толщине набора, выходящими на одну сторону боковой поверхности круглых пластин для четных номеров и на противоположную сторону боковой поверхности круглых пластин для нечетных номеров. Толщина токопроводящей пластины 4 составляет 0,1 - 0,15 от толщины пластины из пьезокерамики. Электрические шины 11', 22', 33', и 44' соединяют соответствующие сегменты. Электрические шины подключены через антенные коммутаторы A1-A4 к соответствующим трансформаторам Тр1, Тр2 и Тр3, расположенным либо в корпусе преобразователя, либо в отдельном блоке. Генератор возбуждения 6 выполнен N-частотным с частотами f_n, равномерно распределенными в октавном диапазоне с верхней частотой f_в=C/2l. Первый 7 и второй 8 синхронные детекторы выполнены N-канальными, причем выход первого предварительного усилителя ПУ1 соединен с первыми N входами первого N-канального синхронного детектора 7, вторые N входов которого соединены с первыми N выходами генератора возбуждения 6, выход второго предварительного усилителя ПУ2 соединен с первыми N входами второго N-канального синхронного детектора 8, вторые N входов которого соединены со вторыми N выходами генератора возбуждения 6. Устройство 9 разделения лучей выполнено N-канальным, причем его первые 2N входов соединены с 2N выходами первого N-канального синхронного детектора 7, а его вторые 2N входов соединены с 2N выходами второго N-канального синхронного детектора 8. Измеритель 10 доплеровской частоты выполнен N-канальным, причем его 2N входов соединены с 2N выходами устройства 9 разделения лучей, а 2N выходов соединены с 2N входами измерителя 11 абсолютной скорости движения подводного объекта.

Устройство для измерения абсолютной скорости движения подводного объекта работает следующим образом.

В режиме излучения импульсный многочастотный сигнал от генератора возбуждения 6 подается на фазированную антенну, причем элементы 11', 22' и элементы 33', 44' каждой четверки элементов совершают противофазные колебания, а каждой частотной составляющей соответствуют углы излучения симметрично расположенные относительно вертикали. На верхней частоте рабочего диапазона f_в=f₁ расстояние между элементами равно половине длины волны (l = λ_в/2), а углы излучения α_в= ±30°. Ha нижней частоте рабочего диапазона f_н = f_N расстояние между элементами равно четверти длины волны (l = λ_н/4), а углы излучения α_н= α_N= ±90°.
В режиме приема отраженные от дна акустические сигналы с частотами f_n⁺, f_n^-, измененными на величину доплеровского сдвига, принимаются фазированной антенной по каждому из N направлений и через антенные коммутаторы A1-A4 и трансформаторы Тр2 и Тр3 поступают на входы предварительных усилителей ПУ1 и ПУ2.

С выходов предварительных усилителей принятые сигналы подаются на входы N-канальных синхронных детекторов 7 и 8, одновременно с опорными частотами f_n, генерируемыми многочастотным генератором возбуждения 6, которые выделяют квадратурные составляющие (C_n1, S_n1), (C_n2, S_n2) комплексных огибающих сигналов, принятых по 2N направлениям, соответствующие доплеровским частотам и подавляют комбинационные частоты
Для разделения лучей в каждой паре лучей принятых с угловых направлений α_n= ±arcsinC/4l·f_n в устройстве 9 разделения лучей квадратурные составляющие (C_n1, S_n1), (C_n2, S_n2) объединяются в комбинации синфазных составляющих (C_n1-S_n2)^-, (C_n1 + S_n2)^-, соответствующие одному лучу, и комбинации (C_n1 + S_n2)⁺, (C_n1 - S_n2)⁺, соответствующие симметричному относительно вертикали второму лучу, все комбинации поступают в измеритель 10 доплеровских частот и далее в измеритель 11 абсолютной скорости движения объекта.

Для расширения рабочей полосы частот фазированной антенны одна из пьезоэлектрических пластин выполнена из пьезокерамики, а другая из пьезополимера, обладающего большой акустической гибкостью. Такое исполнение пьезоэлементов уменьшает их волновое сопротивление, улучшает согласование со средой и увеличивает в 4-5 раз рабочую полосу частот, а использование в качестве гибкой компоненты поливинилиденфторида позволяет сохранить достаточно высокий коэффициент электромеханического преобразования и чувствительность пьезоэлементов фазированной антенны. Толщины пьезокерамической пластины и пластины из пьезополимера подобраны таким образом, что на верхней частоте рабочего диапазона толщина пьезокерамической пластины, работающей на толщинном резонансе, равна половине длины волны (h_пк=C_пк/2f_в), а на нижней частоте рабочего диапазона толщина пластины из пьезополимера равна четверти длины волны (h_пп=C_пп/4f_н=C_пп/2f_в).

Таким образом, верхняя рабочая частота совпадает с частотой полуволнового резонанса пьезокерамической пластины, нижняя рабочая частота совпадает с частотой четвертьволнового резонанса пластины из пьезополимера, а высокая чувствительность антенны во всей рабочей полосе частот обеспечивается хорошим акустическим согласованием пьезоэлементов с рабочей средой.

Следовательно, способ измерения абсолютной скорости движения подводного объекта и устройство его осуществляющее позволили решить поставленную задачу - измерять мгновенное значение абсолютной скорости и уменьшили погрешность измерения мгновенного значения абсолютной скорости.

Источники информации
1. Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования. - Л.: Судостроение, 1989, с. 87-88.

2. Патент США N 4641291, кл. H 04 B 1/06 от 03.02.87 - прототип.

3. Патент РФ N 2110888, МПК 6 H 04 B 1/06 от 28.08.96 - прототип.

Формула изобретения

1. Способ измерения абсолютной скорости движения подводного объекта, включающий излучение акустического сигнала частотой f_o фазированной антенной, состоящей из 4N пьезоэлементов, совершающих противофазные колебания, расстояние между которыми l равно половине длины волны, вдоль двух симметричных направлений, ориентированных под углами α = ±30° относительно вертикали, прием отраженного от дна акустического сигнала с частотами f_o⁺, f_o^- по обоим направлениям, измерение доплеровского сдвига частоты по каждому из направлений и вычисление скорости по формуле V = 1 (f_o⁺+f_o^-), отличающийся тем, что излучают полигармонический сигнал, содержащий N частотных составляющих f_n, равномерно распределенных в октавном диапазоне с верхней частотой где с - скорость звука в воде, в двух симметричных угловых секторах α = ±(30-90)° вдоль направлений относительно вертикали, принимают отраженный от дна акустический сигнал с частотами f_n⁺, f_n^- по каждому из 2N направлений, затем измеряют доплеровские частоты раздельно по каждому из направлений, а скорость объекта вычисляют по формуле

2. Устройство для измерения абсолютной скорости движения подводного объекта, содержащее преобразователь фазированной антенны, включающий набор пьезоэлектрических элементов с фронтальными и тыльными поверхностями, совершающих противофазные колебания, упругую пластину, жестко соединенную с тыльной поверхностью пьезоэлектрических элементов, цилиндрический корпус с внутренней полостью, в которой вставлены пьезоэлектрические элементы с упругой пластиной, герметизирующий слой, нанесенный на фронтальную поверхность пьезоэлектрических элементов и образующий звукопрозрачное окно, генератор возбуждения, антенные коммутаторы, первый, второй и третий трансформаторы, предварительные усилители, устройство разделения лучей, первый и второй синхронные детекторы, измеритель доплеровской частоты, измеритель скорости объекта, причем набор пьезоэлектрических элементов содержит 4N взаимно параллельных сегментов одинаковой ширины, вырезанных из двух круглых пьезокерамических пластин одинакового диаметра, поляризованных по толщине, жестко соединенных одноименными относительно направления поляризации поверхностями с противоположными поверхностями токопроводящей пластины, наружные электроды которых электрически соединены попарно, наружные электроды первых, вторых, третьих и четвертых пьезоэлементов каждой четверки элементов объединены первой, второй, третьей и четвертой электрическими шинами соответственно, первая и вторая электрические шины через соответствующие антенные коммутаторы подключены в режиме излучения к одному концу выходной обмотки первого трансформатора, а третья и четвертая электрические шины через соответствующие антенные коммутаторы подключены в режиме излучения к противоположному концу выходной обмотки первого трансформатора, первая и третья электрические шины подключены в режиме приема к первой и третьей симметричным входным обмоткам второго трансформатора, вторая и четвертая электрические шины подключены в режиме приема ко второй и четвертой симметричным входным обмоткам третьего трансформатора, выходные обмотки второго и третьего трансформаторов соединены со входами первого и второго предварительных усилителей, средние точки выходной обмотки первого трансформатора и входных обмоток второго и третьего трансформаторов соединены с токопроводящей пластиной, выходы первого и второго предварительных усилителей соединены со входами устройства разделения лучей, первой и второй выходы устройства разделения лучей соединены с первыми входами первого и второго синхронного детекторов, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора частоты f_o генератора возбуждения, выходы первого и второго синхронного детекторов соединены со входами измерителя доплеровской частоты, выход которого соединен со входом измерителя абсолютной скорости движения объекта, отличающееся тем, что одна из круглых пьезоэлектрических пластин, контактирующая с тыльной упругой пластиной, выполнена из пьезокерамики, а другая, обращенная к рабочей среде, выполнена из пьезополимера, причем отношение толщины пластины из пьезополимера h_пп к толщине пластины из пьезокерамики h_пк определяется соотношением h_пп/h_пк = C_пп/C_пк, где C_пп, C_пк - скорость звука в пьезополимере и пьезокерамике соответственно, а отношение h_пк/1 = C_пк/C, все разрезы преобразователя фазированной антенны, содержащего пьезокерамическую пластину, токопроводящую пластину и пластину из пьезополимера, выполнены сквозными по толщине набора, входящими на одну сторону боковой поверхности круглых пластин для четных номеров и на противоположную сторону боковой поверхности круглых пластин для нечетных номеров, а толщина токопроводящей пластины составляет 0,1 - 0,15 от толщины пластины из пьезокерамики, генератор возбуждения выполнен N-частотным с частотами f_n, равномерно распределенными в октавном диапазоне с верхней частотой f_в = C/2l, первый и второй синхронные детекторы выполнены N-канальными, причем выход первого предварительного усилителя соединен с первым N входами первого N-канального синхронного детектора, вторые N входов которого соединены с первыми N выходами генератора возбуждения, вход второго предварительного усилителя соединен с первыми N входами второго N-канального синхронного детектора, вторые N входов которого соединены со вторыми N выходами генератора возбуждения, устройство разделения лучей выполнено N-канальным, причем его первые 2N входов соединены с 2N выходами первого N-канального синхронного детектора, а его вторые 2N входов соединены с 2N выходами второго N-канального синхронного детектора, измеритель доплеровской частоты выполнен N-канальным, причем его 2N входов соединены с 2N выходами устройства разделения лучей, а 2N выходов соединены с 2N входами измерителя абсолютной скорости объекта.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пьезоэлектрическая пластина, обращенная к рабочей среде, выполнена из пиливинилиденфторида.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6