Способ подавления нелинейного поглощения звука

Изобретение относится к способам излучения интенсивных звуковых волн, передачи звуковой энергии на большие расстояния и может быть использовано в технике активной локации - гидролокаторах дальнего действия, системах подводной связи, гидроакустических системах обнаружения и контроля. Техническим результатом изобретения является повышение технологичности способа подавления нелинейного поглощения звука. Способ подавления нелинейного поглощения звука состоит в том, что в направлении распространения сигнальной волны и совместно с нею излучают дополнительную волну, частоту f₂, фазу ϕ₂ и амплитуду A₂ которой выбирают в соответствии со следующими соотношениями: f₂=3f₁, ϕ₂=3ϕ₁, А₂=А₁/4, где f₁ - частота; ϕ₁ - фаза; А₁ - амплитуда сигнальной волны. 2 ил.

 

Изобретение относится к способам излучения интенсивных волн и передачи звуковой энергии на большие расстояния и может быть использовано в технике активной локации - гидролокаторах дальнего действия, системах подводной связи, гидроакустических системах обнаружения и контроля, параметрических акустических приборах различного назначения.

Известен способ, который заключается в помещении в среду распространения звуковых волн резонансных поглотителей, настроенных на частоту второй гармоники исходной волны. Известно, что процессы генерации высших гармоник в квадратично-нелинейной среде, каковыми является большинство реальных сред, происходят с участием второй гармоники, например 3ω₀=2ω₀+ω₀, 4ω₀=2ω₀+2ω₀, и т.д. Поэтому, подавив с помощью резонансных поглотителей генерацию второй гармоники, можно значительно ослабить и генерацию высших гармонических составляющих, следовательно, и нелинейное поглощение исходной волны (Руденко О.В. К проблеме искусственных нелинейных сред с резонансными поглотителями. Акустический журнал, 1983, т.29, вып.3; Андреев В.Г., Руденко О.В. О процессах распространения и эффективного удвоения частоты интенсивной акустической волны в нелинейных селективно-поглощающих средах. - В кн.: Прикладная акустика. Таганрог: ТРТИ, 1983, вып. IX, с.3-7).

Общим признаком аналога с заявляемым способом является подавление второй гармоники, препятствующее развитию каскадных процессов генерации высших гармоник исходной волны.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются:

- невозможность подавления нелинейного поглощения волны, если частота ее второй гармоники не совпадает с частотой резонансного поглощения поглотителей;

- трудность практической реализации способа в реальных условиях.

Из известных технических решений наиболее близким является способ подавления нелинейного поглощения звука (патент РФ №2017232, G 10 K 11/16. Способ подавления нелинейного поглощения звука. Гаврилов A.M., Савицкий О.А., Тимошенко В.И., БИ №14, 30.07.94), заключающийся в том, что подавление второй гармоники осуществляют путем излучения в направлении генерируемой волны дополнительной волны, частоту f₂, фазу ϕ₂ и амплитуду А₂ которой выбирают в соответствии со следующими соотношениями:

f₂=2f₁; ϕ₂=2ϕ₁+180°; ,

где f₁, ϕ₁, А₁ - соответственно частота, фаза и амплитуда сигнальной волны.

Общим признаком прототипа с заявляемым способом является излучение в направлении распространения сигнальной волны дополнительной волны, амплитуда, частота и фаза которой связаны определенными соотношениями с одноименными параметрами сигнальной волны.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкая технологичность способа, обусловленная:

- высокой сложностью технической реализации способа, которая обусловлена необходимостью второго электроакустического преобразователя для излучения дополнительной волны с частотой 2f₁;

- низкими технико-экономическими показателями устройств, реализующих способ, которые обусловлены необходимостью второго усилителя мощности, что приводит к усложнению конструкции, увеличению габаритов и энергопотребления всего устройства;

- невозможностью реализации способа в существующих акустических устройствах (эхолотах, гидролокаторах и т.д.) с одним излучателем, поскольку используемые в них электроакустические преобразователи неэффективны при излучении второй гармоники.

Задачей изобретения является повышение технологичности способа подавления нелинейного поглощения звука.

Технический результат достигается тем, что в направлении распространения сигнальной волны и одновременно с нею излучают дополнительную волну, частоту f₂, фазу ϕ₂ и амплитуду A₂ которой выбирают в соответствии со следующими соотношениями:

f₂=3f₁; ϕ₂=3ϕ₁; A₂=A₁/4,

где f₁, ϕ₁, А₁ - соответственно частота, фаза и амплитуда излучаемой сигнальной волны.

Структурная схема устройства, технически реализующего заявляемый способ, приведена на фиг.1.

Устройство содержит генератор гармонического сигнала 1, выход которого соединен с первым входом сумматора 4 и через последовательно соединенные делитель частоты на три 2 и фазовращатель 3 подключен ко второму входу сумматора 4. С выхода сумматора сигналы проходят через усилитель мощности 5 и поступают на электроакустический преобразователь 6, который излучает сигнальную и дополнительную волны в среду распространения.

Работу устройства поясняют эпюры напряжений (фиг.2). Сигнал U1 с частотой 3ω, вырабатываемый генератором 1, поступает на первый вход сумматора 4, а также на вход делителя частоты 2. С выхода делителя частоты 2 сигнал U2 с частотой ω поступает на вход фазовращателя 3, который компенсирует паразитный набег фазы, и далее подается на второй вход сумматора 4. Бигармонический сигнал U3 с выхода сумматора 4 усиливается в усилителе мощности 5 и поступает на электроакустический преобразователь 6, который излучает его в среду распространения.

Благодаря излучению одновременно и коллинеарно с сигнальной волной дополнительной волны утроенной частоты с указанными выше соотношениями амплитуд и фаз прекращается перекачка энергии сигнальной волны во вторую и частично в более высокие гармоники. Это обеспечивает ослабление нелинейного поглощения сигнальной волны конечной амплитуды.

Применение предлагаемого способа в гидроакустической технике приводит к ослаблению нелинейного поглощения мощного звука, что позволяет увеличить дальность действия гидроакустических устройств.

Использование в качестве дополнительной волны утроенной частоты позволяет излучать обе волны (сигнальную и дополнительную) одним электроакустическим преобразователем, который имеет нечетные механические резонансы ω, 3ω, 5ω и т.д. (Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. - Л.: Судостроение, 1988. - 200 с.). Это в свою очередь позволяет использовать один общий для двух сигналов усилитель мощности, что в совокупности существенно упрощает техническую реализацию способа и улучшает технико-экономические параметры гидроакустических устройств.

Способ подавления нелинейного поглощения звука, заключающийся в подавлении нелинейной генерации второй гармоники сигнальной волны путем излучения в направлении распространения сигнальной волны и одновременно с нею дополнительной волны, отличающийся тем, что частоту f₂, фазу ϕ₂ и амплитуду А₂ дополнительной волны выбирают в соответствии со следующими соотношениями:

f₂=3f₁,

ϕ₂=3ϕ₁,

A₂=A₁/4,

где f₁ - частота;

ϕ₁ - фаза;

A₁ - амплитуда сигнальной волны.