[go: up one dir, main page]

RU2582897C2 - Radiating channel of parametric sonar - Google Patents

Radiating channel of parametric sonar Download PDF

Info

Publication number
RU2582897C2
RU2582897C2 RU2014114668/28A RU2014114668A RU2582897C2 RU 2582897 C2 RU2582897 C2 RU 2582897C2 RU 2014114668/28 A RU2014114668/28 A RU 2014114668/28A RU 2014114668 A RU2014114668 A RU 2014114668A RU 2582897 C2 RU2582897 C2 RU 2582897C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
acoustic
frequency
output
waveguide
elements
Prior art date
Application number
RU2014114668/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014114668A (en
Inventor
Виталий Николаевич Максимов
Сергей Павлович Тарасов
Алексей Алексеевич Воронин
Лев Романович Мерклин
Антон Юрьевич Плешков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации"
Priority to RU2014114668/28A priority Critical patent/RU2582897C2/en
Publication of RU2014114668A publication Critical patent/RU2014114668A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2582897C2 publication Critical patent/RU2582897C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

FIELD: physics, acoustics.
SUBSTANCE: invention relates to acoustic location systems which employ parametric radiating systems which generate narrow-directed beams of low-frequency acoustic signals. The primary field of use is hydroacoustics, as well as ultrasonic flaw detection, medicine, fish detection and geolocation. The radiating channel of the parametric sonar comprises two or more high-frequency signal generators, the output of each of which is connected to the signal input of the corresponding pulse modulator, the control inputs of all pulse modulators are connected to the output of a pulse generator, and the outputs of the pulse modulators are connected through power amplifiers to acoustic antenna elements, acoustic antenna elements of each frequency are located at a separate input of an acoustic waveguide, the inputs of the waveguide are not acoustically connected to each other and are acoustically connected to the output of the waveguide, which is acoustically connected to the location medium.
EFFECT: high efficiency of operation.
2 dwg

Description

Изобретение относится к акустическим локационным системам, использующим параметрические излучающие системы, формирующие узконаправленные пучки низкочастотных акустических сигналов. Преимущественная область использования - гидроакустика, а также ультразвуковая дефектоскопия, медицина, рыболокация, геолокация.The invention relates to acoustic location systems using parametric radiating systems that form narrowly focused beams of low-frequency acoustic signals. The predominant area of use is sonar, as well as ultrasonic flaw detection, medicine, fishing, geolocation.

В настоящее время для формирования узконаправленных пучков низкочастотных акустических сигналов широко используют так называемые параметрические излучатели, использующие эффект взаимодействия двух или более высокочастотных акустических сигналов в средах, обладающих нелинейностью своих упругих параметров [1-3]. При этом формирование низкочастотного акустического сигнала происходит в самой среде на всем пути распространения исходных высокочастотных акустических сигналов. Следует отметить, что практически все реальные среды характеризуются нелинейностью упругих характеристик и в них можно реализовать параметрические излучатели. Параметрические излучатели являются составными частями различных гидроакустических локационных систем, медицинских приборов, ультразвуковых дефектоскопов и других акустических систем. Наибольшее использование параметрические системы нашли в гидроакустике.Currently, the so-called parametric emitters are widely used to form narrowly directed beams of low-frequency acoustic signals, using the effect of the interaction of two or more high-frequency acoustic signals in media that have non-linearity of their elastic parameters [1-3]. In this case, the formation of a low-frequency acoustic signal occurs in the medium itself along the entire propagation path of the initial high-frequency acoustic signals. It should be noted that almost all real media are characterized by non-linearity of elastic characteristics and parametric radiators can be implemented in them. Parametric emitters are components of various sonar location systems, medical devices, ultrasonic flaw detectors and other acoustic systems. The most widely used parametric systems are found in sonar.

Известен параметрический гидролокатор ПГЛ-300 [2, с. 208-209], использующий параметрический излучающий тракт, содержащий два генератора высокочастотных сигналов, выходы которых подключены к двум входам сумматора, выход сумматора соединен с сигнальным входом нормально закрытого импульсного модулятора, управляющий вход которого соединен с выходом импульсного генератора. Выход импульсного модулятора через усилитель мощности соединен с акустической антенной, находящейся в акустическом контакте со средой лоцирования. Акустическая антенна может состоять из одной одночастотной пьезопластины или из нескольких пьезоэлементов, работающих на резонансной частоте. Первый высокочастотный генератор вырабатывает синусоидальный сигнал с частотой f1, второй высокочастотный генератор вырабатывает сигнал с частотой f2. В сумматоре происходит суммирование этих сигналов, и их сумма поступает на сигнальный вход импульсного нормально закрытого модулятора. Импульсный генератор вырабатывает периодически повторяющиеся видеоимпульсы, поступающие на управляющий вход модулятора и разрешающие прохождение через них суммы высокочастотных сигналов, которые затем поступают на вход усилителя мощности, а с его выхода на акустическую антенну, излучающую в среду лоцирования акустические сигналы с частотами f1 и f2. В среде лоцирования происходит взаимодействие этих сигналов и формирование низкочастотного сигнала с частотой F=|f1-f2|.Known parametric sonar PGL-300 [2, p. 208-209], using a parametric radiating path, containing two high-frequency signal generators, the outputs of which are connected to two inputs of the adder, the output of the adder is connected to the signal input of a normally closed pulse modulator, the control input of which is connected to the output of the pulse generator. The output of the pulse modulator through a power amplifier is connected to an acoustic antenna that is in acoustic contact with the location medium. An acoustic antenna may consist of one single-frequency piezoelectric plate or of several piezoelectric elements operating at a resonant frequency. The first high-frequency generator generates a sinusoidal signal with a frequency f 1 , the second high-frequency generator generates a signal with a frequency f 2 . In the adder, these signals are summed, and their sum is fed to the signal input of a pulsed normally closed modulator. The pulse generator generates periodically repeating video pulses arriving at the control input of the modulator and allowing the sum of high-frequency signals to pass through them, which are then fed to the input of the power amplifier, and from its output to an acoustic antenna emitting acoustic signals with frequencies f 1 and f 2 . In the location environment, these signals interact and form a low-frequency signal with a frequency of F = | f 1 -f 2 |.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: два генератора высокочастотных сигналов, импульсный генератор, импульсный модулятор, усилитель мощности, акустическая антенна.Signs that coincide with the claimed object: two high-frequency signal generators, a pulse generator, a pulse modulator, a power amplifier, an acoustic antenna.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности локатора, обусловленные тем, что акустическая антенна должна быть широкополосной, так как она должна излучать акустический сигнал, содержащий две компоненты с частотами f1 и f2. Для расширения полосы пропускания антенны ее акустически демпфируют, что снижает ее эффективность в режиме излучения. Усилитель мощности усиливает сумму двух аналоговых гармонических сигналов с разными частотами. Уровень такого сигнала изменяется непрерывно в пределах от нуля до максимальной величины, что обуславливает необходимость работы усилителя в режиме «А» или «В» с неполным использованием напряжения питания, малым коэффициентом полезного действия и большой мощностью, рассеиваемой на активных элементах усилителя. Максимальный уровень сигнала, поступающего на акустическую антенну, равен удвоенной величине амплитуд высокочастотных сигналов и ограничивается механической прочностью используемой пьзокерамики и кавитационной прочностью среды лоцирования (воды). Поэтому мощность излучаемого в данном локаторе акустического сигнала в 4 раза меньше мощности, излучаемой антенной для одночастотного сигнала.The reasons that impede the achievement of the technical result are the limited operational capabilities of the locator, due to the fact that the acoustic antenna must be broadband, since it must emit an acoustic signal containing two components with frequencies f 1 and f 2 . To expand the antenna bandwidth, it is acoustically damped, which reduces its efficiency in the radiation mode. A power amplifier amplifies the sum of two analog harmonic signals with different frequencies. The level of such a signal varies continuously from zero to the maximum value, which necessitates the operation of the amplifier in the “A” or “B” mode with incomplete use of the supply voltage, low efficiency and high power dissipated on the active elements of the amplifier. The maximum level of the signal supplied to the acoustic antenna is equal to twice the amplitudes of the high-frequency signals and is limited by the mechanical strength of the used piezoceramics and the cavitational strength of the location medium (water). Therefore, the power of the acoustic signal emitted in this locator is 4 times less than the power emitted by the antenna for a single-frequency signal.

Известен также параметрический локатор [2, с. 209-210], использующий параметрический акустический излучатель, содержащий генератор высокочастотных сигналов и генератор низкочастотных сигналов, соединенные с входами амплитудного балансного модулятора, выход которого подключен к сигнальному входу импульсного модулятора, а его управляющий вход соединен с выходом импульсного генератора. Выход импульсного модулятора через усилитель мощности соединен с акустической антенной, находящейся в акустическом контакте со средой лоцирования. Генератор высокочастотных сигналов вырабатывает синусоидальный сигнал частотой f0, поступающий на один из входов амплитудного модулятора, на второй вход которого с генератора низкочастотных сигналов поступает синусоидальный сигнал с частотой F<f0. С выхода амплитудного модулятора амплитудно-модулированное напряжение частотой f0 поступает на нормально закрытый импульсный модулятор, который периодически открывается видеоимпульсом, поступающим с выхода импульсного генератора. Импульсы высокочастотных амплитудно-модулированных колебаний поступают с выхода импульсного модулятора на вход усилителя мощности, а с его выхода на акустическую антенну, находящуюся в акустическом контакте со средой лоцирования. В среду лоцирования излучаются амплитудно-модулированные высокочастотные колебания, спектр которых содержит две гармонические составляющие с частотами f0+F и f0-F [4]. При распространении в воде такого сигнала происходит взаимодействие этих частотных составляющих и образование акустического низкочастотного сигнала с частотой 2F.The parametric locator is also known [2, p. 209-210], using a parametric acoustic emitter containing a high-frequency signal generator and a low-frequency signal generator connected to the inputs of an amplitude balanced modulator, the output of which is connected to the signal input of a pulse modulator, and its control input is connected to the output of a pulse generator. The output of the pulse modulator through a power amplifier is connected to an acoustic antenna that is in acoustic contact with the location medium. The generator of high-frequency signals generates a sinusoidal signal with a frequency f 0 supplied to one of the inputs of the amplitude modulator, to the second input of which a sinusoidal signal with a frequency F <f 0 is supplied from the generator of low-frequency signals. From the output of the amplitude modulator, the amplitude-modulated voltage of frequency f 0 is supplied to a normally closed pulse modulator, which is periodically opened by a video pulse coming from the output of the pulse generator. The pulses of high-frequency amplitude-modulated oscillations come from the output of the pulse modulator to the input of the power amplifier, and from its output to an acoustic antenna that is in acoustic contact with the location medium. The amplitude-modulated high-frequency oscillations are emitted into the location medium, the spectrum of which contains two harmonic components with frequencies f 0 + F and f 0 -F [4]. When such a signal propagates in water, these frequency components interact and an acoustic low-frequency signal with a frequency of 2F is formed.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: высокочастотный генератор, импульсный генератор, импульсный модулятор, усилитель мощности, акустическая антенна.Signs that coincide with the claimed object: high-frequency generator, pulse generator, pulse modulator, power amplifier, acoustic antenna.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности локатора, являющиеся такими же, как и у предыдущего локатора.The reasons that impede the achievement of the technical result are the limited operational capabilities of the locator, which are the same as the previous locator.

От части перечисленных недостатков свободны параметрические акустические локаторы [2 с. 209, 6], излучающие тракты которых содержат два генератора высокочастотных сигналов с частотами f1, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго импульсных модуляторов, управляющие входы модуляторов соединены с выходом импульсного генератора. Выходы импульсных модуляторов через усилители мощности соединены с элементами двухчастотной акустической антенны, находящейся в акустическом контакте со средой лоцирования. Двухчастотная антенна представляет собой мозаику из пьезоэлементов с резонансными частотами f1 и f2, установленными на основании в общем корпусе [5, с. 189-190]. Первый высокочастотный генератор вырабатывает синусоидальный сигнал с частотой f1, поступающий на вход первого импульсного нормально закрытого модулятора, второй высокочастотный генератор вырабатывает сигнал с частотой f2, поступающий на вход второго импульсного нормально закрытого модулятора. Импульсный генератор вырабатывает периодически повторяющиеся видеоимпульсы, поступающие на управляющие входы модуляторов и разрешающие прохождение через них высокочастотных сигналов, которые затем поступают на входы двух усилителей мощности, а с их выходов на элементы акустической антенны, излучающей в среду лоцирования акустические сигналы с частотами f1 и f2. В среде лоцирования происходит взаимодействие этих сигналов и формирование низкочастотного сигнала с частотой F=|f1-f2|. В данном локаторе каждый из усилителей мощности усиливает гармонический сигнал только одной частоты, имеющий постоянную амплитуду. Поэтому они могут работать в режиме «В» с полным использованием напряжения питания или в режиме «D» с малыми мощностями рассеивания на активных элементах усилителей и с высоким коэффициентом полезного действия. Кроме того, пьезоэлементы двухчастотной акустической антенны работают на своих резонансных частотах с высоким значением электроакустического коэффициента полезного действия.Parametric acoustic locators are free from some of these shortcomings [2 p. 209, 6], the emitting paths of which contain two generators of high-frequency signals with frequencies f 1 , the outputs of which are connected respectively to the inputs of the first and second pulse modulators, the control inputs of the modulators are connected to the output of the pulse generator. The outputs of the pulsed modulators through power amplifiers are connected to the elements of a two-frequency acoustic antenna in acoustic contact with the location medium. A two-frequency antenna is a mosaic of piezoelectric elements with resonant frequencies f 1 and f 2 installed on the base in a common housing [5, p. 189-190]. The first high-frequency generator generates a sinusoidal signal with a frequency f 1 supplied to the input of the first pulsed normally closed modulator, the second high-frequency generator produces a signal with a frequency f 2 supplied to the input of the second pulsed normally closed modulator. The pulse generator generates periodically repeating video pulses arriving at the control inputs of the modulators and allowing the passage of high-frequency signals through them, which are then fed to the inputs of two power amplifiers, and from their outputs to the elements of an acoustic antenna emitting acoustic signals with frequencies f 1 and f 2 . In the location environment, these signals interact and form a low-frequency signal with a frequency of F = | f 1 -f 2 |. In this locator, each of the power amplifiers amplifies a harmonic signal of only one frequency, which has a constant amplitude. Therefore, they can operate in mode "B" with full use of the supply voltage or in mode "D" with low power dissipation on the active elements of amplifiers and with a high efficiency. In addition, the piezoelectric elements of a two-frequency acoustic antenna operate at their resonant frequencies with a high value of electro-acoustic efficiency.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: высокочастотные генераторы, импульсный генератор, импульсные модуляторы, усилители мощности, акустическая антенна.Signs that match the claimed object: high-frequency generators, pulse generator, pulse modulators, power amplifiers, acoustic antenna.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности локатора, обусловленные тем, что пьезоэлементы каждой высокой частоты занимают половину общей площади акустической антенны, энергия излучаемого в среду акустического сигнала распределяется на всю площадь антенны, в результате чего интенсивность акустического сигнала для каждой частоты уменьшается в два раза. Кроме того, отдельные пьзоэлементы разных частот в преобразователе расположены в непосредственной близости друг от друга, что приводит к значительному влиянию их друг на друга. В результате этого сопротивление пьзоэлементов, подключенных к выходам усилителей мощности, изменяется в широких пределах, и в отдельных случаях может принять отрицательное значение, что значительно понижает надежность работы усилителей и повышает требования к ним по отдаваемой пиковой мощности. Изготовление такой двухчастотной акустической антенны отличается большой трудоемкостью, так как она состоит из большого числа пьезоэлементов с разными частотами. Акустическая антенна имеет законченную конструкцию и в процессе эксплуатации ее параметры при необходимости не могут быть изменены.The reasons that impede the achievement of the technical result are the limited operational capabilities of the locator, due to the fact that the piezoelectric elements of each high frequency occupy half the total area of the acoustic antenna, the energy of the acoustic signal emitted into the medium is distributed over the entire area of the antenna, as a result of which the intensity of the acoustic signal for each frequency decreases twice. In addition, individual piezoelectric elements of different frequencies in the transducer are located in close proximity to each other, which leads to a significant influence of them on each other. As a result of this, the resistance of the piezoelectric elements connected to the outputs of the power amplifiers varies widely, and in some cases it can take a negative value, which significantly reduces the reliability of the amplifiers and increases the requirements for them in terms of peak power output. The manufacture of such a two-frequency acoustic antenna is very labor intensive, since it consists of a large number of piezoelectric elements with different frequencies. The acoustic antenna has a finished design and during operation its parameters cannot be changed if necessary.

Лоцирующие системы с аналогичными излучающими параметрическими трактами предложены также в патентах [7-14].Locating systems with similar radiating parametric paths are also proposed in patents [7-14].

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство формирования коротких акустических импульсов при параметрическом излучении и варианты устройства его реализации [10], содержащее два генератора высокочастотных сигналов, выход каждого из которых соединен с сигнальным входом соответствующего импульсного модулятора, управляющие входы модуляторов соединены с выходом импульсного генератора, выход каждого модулятора через усилитель мощности соединен с входом акустической антенны.Closest to the claimed invention is a device for generating short acoustic pulses with parametric radiation and variants of its implementation [10], comprising two high-frequency signal generators, the output of each of which is connected to the signal input of the corresponding pulse modulator, the control inputs of the modulators are connected to the output of the pulse generator, the output of each modulator through a power amplifier is connected to the input of the acoustic antenna.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: высокочастотные генераторы, импульсный генератор, импульсные модуляторы, усилители мощности, акустическая антенна.Signs that match the claimed object: high-frequency generators, pulse generator, pulse modulators, power amplifiers, acoustic antenna.

Ограниченные эксплуатационные возможности данного локатора обусловлены тем, что пьезоэлементы каждой высокой частоты занимают половину общей площади акустической антенны, а энергия излучаемого в среду акустического сигнала распределяется на всю площадь антенны, в результате чего интенсивность акустического сигнала для каждой частоты уменьшается в два раза. Кроме того, отдельные акустические элементы разных частот в преобразователе расположены в непосредственной близости друг от друга, что приводит к значительному влиянию их друг на друга. В результате этого сопротивление акустических элементов, подключенных к выходам усилителей мощности, изменяется в широких пределах, и в отдельных случаях может принимать отрицательное значение, что приводит к значительному снижению надежности работы усилителей и увеличению отдаваемой пиковой мощности. Изготовление такой двухчастотной акустической антенны отличается большой трудоемкостью, так как она состоит из большого числа акустических элементов с разными частотами. Акустическая антенна имеет законченную конструкцию, и в процессе эксплуатации ее параметры при необходимости не могут быть изменены.The limited operational capabilities of this locator are due to the fact that the piezoelectric elements of each high frequency occupy half the total area of the acoustic antenna, and the energy of the acoustic signal emitted into the medium is distributed over the entire area of the antenna, as a result of which the intensity of the acoustic signal for each frequency is halved. In addition, individual acoustic elements of different frequencies in the transducer are located in close proximity to each other, which leads to a significant influence of them on each other. As a result, the resistance of the acoustic elements connected to the outputs of the power amplifiers varies widely, and in some cases it can take a negative value, which leads to a significant decrease in the reliability of the amplifiers and an increase in the peak power output. The manufacture of such a two-frequency acoustic antenna is very laborious, since it consists of a large number of acoustic elements with different frequencies. The acoustic antenna has a finished design, and during operation its parameters cannot be changed if necessary.

Задачей изобретения является создание излучающего тракта параметрического гидролокатора с широкими эксплуатационными возможностями.The objective of the invention is the creation of a radiating path parametric sonar with wide operational capabilities.

Технический результат изобретения заключается в устранении влияния элементов разных частот акустической антенны друг на друга, упрощении конструкции и уменьшении трудоемкости изготовления антенны, изменении ее конструкции таким образом, чтобы при необходимости обеспечивалась возможность варьирования характеристик локатора в требуемых пределах.The technical result of the invention is to eliminate the influence of the elements of different frequencies of the acoustic antenna on each other, simplify the design and reduce the complexity of manufacturing the antenna, change its design so that, if necessary, it is possible to vary the characteristics of the locator within the required limits.

Технический результат достигается тем, что в излучающем тракте параметрического гидролокатора, содержащем генераторы высокочастотных сигналов, выход каждого из которых соединен с сигнальным входом соответствующего импульсного модулятора, управляющие входы модуляторов соединены с соответствующим выходом импульсного генератора, выход каждого модулятора через соответствующий усилитель мощности соединен с элементами одной из частот акустической антенны, элементы акустической антенны каждой частоты расположены на отдельном входе акустического волновода, входы волновода акустически не связаны между собой и акустически соединены с выходом волновода, находящимся в акустическом контакте со средой лоцирования, при этом число генераторов высокочастотных сигналов, соответствующих им импульсных модуляторов, усилителей мощности и элементов одной из частот акустической антенны равно или больше двух.The technical result is achieved by the fact that in the radiating path of the parametric sonar containing high-frequency signal generators, the output of each of which is connected to the signal input of the corresponding pulse modulator, the control inputs of the modulators are connected to the corresponding output of the pulse generator, the output of each modulator is connected to the elements of one of the frequencies of the acoustic antenna, the elements of the acoustic antenna of each frequency are located on a separate input of an acoustic waveguide, the waveguide inputs are not acoustically interconnected and acoustically connected to the waveguide output that is in acoustic contact with the location medium, while the number of high-frequency signal generators, their corresponding pulse modulators, power amplifiers and elements of one of the frequencies of the acoustic antenna is equal to or more than two .

Излучающий тракт параметрического гидролокатора в одном из вариантов выполнения может содержать n генераторов высокочастотных сигналов, n соответствующих им импульсных модуляторов, n усилителей мощности, n элементов одной частоты акустической антенны и n входов акустического волновода, где n равно или более двух.The emitting path of a parametric sonar in one embodiment may comprise n high-frequency signal generators, n corresponding pulse modulators, n power amplifiers, n elements of the same frequency of the acoustic antenna and n inputs of the acoustic waveguide, where n is equal to or more than two.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана структурная схема излучающего тракта параметрического гидролокатора, а на фиг. 2 - конструкция акустической антенны гидролокатора.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a block diagram of a radiating path of a parametric sonar, and FIG. 2 - design of an acoustic sonar antenna.

Излучающий тракт параметрического гидролокатора содержит 2 или n генераторов высокочастотных сигналов 1 (1-1, 1-2, … 1-n, где n равно или больше двух), выход каждого генератора высокочастотных сигналов 1 соединен с сигнальным входом соответствующего импульсного модулятора 2 (2-1, 2-2, … 2-n), управляющие входы всех импульсных модуляторов соединены с выходом импульсного генератора 3, а выходы импульсных модуляторов 2 через усилители мощности 4 (4-1, 4-2, … 4-n) соединены с элементами 5 акустической антенны 6 (элементы 5-1 - одной частоты, элементы 5-2 - другой частоты, … элементы 5-n - n-й частоты), элементы акустической антенны каждой частоты расположены на отдельном входе акустического волновода 7, входы волновода 7 акустически не связаны между собой и акустически соединены с выходом волновода, акустически связанным со средой лоцирования 8.The radiating path of a parametric sonar contains 2 or n high-frequency signal generators 1 (1-1, 1-2, ... 1-n, where n is equal to or more than two), the output of each high-frequency signal generator 1 is connected to the signal input of the corresponding pulse modulator 2 (2 -1, 2-2, ... 2-n), the control inputs of all pulse modulators are connected to the output of the pulse generator 3, and the outputs of the pulse modulators 2 through power amplifiers 4 (4-1, 4-2, ... 4-n) elements 5 of the acoustic antenna 6 (elements 5-1 of one frequency, elements 5-2 of another frequency you ... members 5-n - n-th frequency) components of each frequency acoustic antenna arranged on the separate input acoustic waveguide 7, inputs 7 waveguide acoustically not interconnected and acoustically coupled to the output waveguide acoustically connected with the environment of locating 8.

Каждый из генераторов высокочастотных сигналов 1 вырабатывает синусоидальный сигнал с частотой f1, f2, f3…fn (отдельные частоты fi могут быть равны между собой), поступающий на сигнальные входы нормально закрытых импульсных модуляторов 2. На управляющие входы импульсных модуляторов 2 с выхода импульсного генератора 3 поступают периодически повторяющиеся видеоимпульсы, разрешающие прохождение высокочастотных сигналов через модуляторы. Период повторения и длительность видеоимпульсов определяются известными выражениями [16, с. 108-110]. Радиоимпульсы с выходов импульсных модуляторов 2 после усиления усилителями мощности 4 поступают на элементы 5 акустической антенны 6, излучающие в акустический волновод 7 акустические сигналы с частотами f1-fn. В акустическом волноводе 7 происходит суммирование этих акустических сигналов и их последующее излучение в среду лоцирования 8. Количество частот fi сигналов, вырабатываемых генераторами 1, может быть равно двум или больше двух. Акустический волновод 7, как показано на фиг. 2, конструктивно имеет n акустически не связанных между собой входов, которые акустически соединены с выходом волновода. Таким образом, в нем выполняется суммирование акустических высокочастотных сигналов, излучаемых элементами 5 акустической антенны 6. В среду лоцирования 8 излучаются акустические высокочастотные сигналы нескольких частот, распространяющиеся одновременно в одних и тех же участках среды 8. Так как реальные среды (жидкости, газы, твердые тела) обладают нелинейностью своих упругих характеристик, то при распространении в них высокочастотных сигналов нескольких частот будет происходить их взаимодействие и образование низкочастотных сигналов с частотами Fk=|fi-fj|. Включая те или иные высокочастотные генераторы 1, можно получать различные значения частот Fk низкочастотных сигналов. Каждый из элементов 5 акустической антенны 6 работает на одной частоте. Заменяя их на элементы другой частоты, можно без каких-либо затруднений выполнять модернизацию всего излучающего тракта локатора. Конструктивно между элементами 5 разных частот отсутствует акустическая связь, что облегчает работу усилителей мощности 4, так как они работают на нагрузку с постоянным сопротивлением. Волновод 7 может быть выполнен из материала, акустически хорошо согласующегося со средой лоцирования 8. Такими материалами для среды лоцирования 8 - вода могут быть звукопрозрачные компаунды, например эластомер полиуретановый двухкомпонентный СПБ-ХП-80 (ТУ224-001-20507988-2003), либо форполимер СКУ-ПФЛ-100 с отвердителем, либо вулканизированная резина. Также волновод может быть выполнен в виде объема самой среды 8, ограниченного акустически жесткими или акустически мягкими стенками. Выполнив элементы волновода 7 с переменным сечением, можно получить увеличение интенсивности акустических высокочастотных сигналов или выполнить необходимое их согласование с элементами 5 акустической антенны 6 или со средой лоцирования 8 [15].Each of the generators of high-frequency signals 1 generates a sinusoidal signal with a frequency f 1 , f 2 , f 3 ... f n (individual frequencies f i can be equal to each other), supplied to the signal inputs of normally closed pulse modulators 2. To the control inputs of pulse modulators 2 periodically repeating video pulses coming from the output of the pulse generator 3, allowing the passage of high-frequency signals through modulators. The repetition period and duration of video pulses are determined by well-known expressions [16, p. 108-110]. The radio pulses from the outputs of the pulse modulators 2 after amplification by power amplifiers 4 are supplied to the elements 5 of the acoustic antenna 6, emitting acoustic signals with frequencies f 1 -f n into the acoustic waveguide 7. In the acoustic waveguide 7, the summation of these acoustic signals and their subsequent emission into the location medium 8 occurs. The number of frequencies f i of the signals generated by the generators 1 can be equal to two or more than two. The acoustic waveguide 7, as shown in FIG. 2, structurally has n acoustically unconnected inputs that are acoustically connected to the output of the waveguide. Thus, it sums up the acoustic high-frequency signals emitted by the elements 5 of the acoustic antenna 6. On the location medium 8, acoustic high-frequency signals of several frequencies are emitted, propagating simultaneously in the same sections of the medium 8. Since real media (liquids, gases, solids) bodies) possess nonlinearity of their elastic characteristics, then when high-frequency signals of several frequencies propagate in them, their interaction and the formation of low-frequency signals in with frequencies F k = | f i -f j |. Including certain high-frequency oscillators 1, it is possible to obtain various values of the frequencies F k of low-frequency signals. Each of the elements 5 of the acoustic antenna 6 operates at a single frequency. Replacing them with elements of a different frequency, it is possible to modernize the entire radiating path of the locator without any difficulties. Structurally, there is no acoustic coupling between elements 5 of different frequencies, which facilitates the operation of power amplifiers 4, since they operate on a load with constant resistance. The waveguide 7 can be made of a material that acoustically agrees well with the location medium 8. Such materials for the location medium 8 - water can be sound-transparent compounds, for example, two-component polyurethane elastomer SPB-KhP-80 (TU224-001-20507988-2003), or prepolymer SKU-PFL-100 with hardener or vulcanized rubber. Also, the waveguide can be made in the form of the volume of the medium 8, bounded by acoustically rigid or acoustically soft walls. By performing the elements of the waveguide 7 with a variable cross-section, it is possible to obtain an increase in the intensity of acoustic high-frequency signals or to perform their necessary coordination with the elements 5 of the acoustic antenna 6 or with the location medium 8 [15].

В прототипе акустическая антенна состоит из большого числа акустических элементов разной частоты, распределенных и закрепленных на основании и находящихся в общем корпусе. Поскольку число этих отдельных элементов для акустической антенны средних размеров может достигать нескольких сотен, а монтаж каждого из них требует выполнения операций по пайке и креплению к основанию на заданных местах, сборка такой акустической антенны характеризуется высокой трудоемкостью, а ее конструкция не подлежит дальнейшей модификации.In the prototype, an acoustic antenna consists of a large number of acoustic elements of different frequencies, distributed and fixed on the base and located in a common housing. Since the number of these individual elements for a medium-sized acoustic antenna can reach several hundred, and the installation of each of them requires soldering and fixing to the base at predetermined locations, the assembly of such an acoustic antenna is highly labor intensive, and its design cannot be further modified.

В предлагаемом изобретении для упрощения конструкции и снижения трудоемкости изготовления излучающего тракта параметрического гидролокатора акустическая антенна выполнена в виде набора отдельных элементов одной частоты, каждый из которых расположен на отдельном входе акустического волновода, выход которого непосредственно связан со средой лоцирования. При этом конструкция и монтаж этих элементов значительно упрощается, так как все элементы, расположенные рядом на каждом из входов волновода, имеют одну частоту. Поэтому их количество можно уменьшить. В пределе это может быть одна пьезопластина, работающая на своей резонансной частоте. Отсутствие взаимного влияния элементов разных частот, достигнутое применением акустического волновода, позволяет понизить требования к усилителям мощности и повысить надежность их работы.In the present invention, to simplify the design and reduce the complexity of manufacturing the radiating path of a parametric sonar, an acoustic antenna is made in the form of a set of individual elements of the same frequency, each of which is located on a separate input of the acoustic waveguide, the output of which is directly connected to the location medium. Moreover, the design and installation of these elements is greatly simplified, since all elements located nearby at each of the waveguide inputs have the same frequency. Therefore, their number can be reduced. In the limit, it can be one piezoelectric plate operating at its resonant frequency. The absence of the mutual influence of elements of different frequencies, achieved by using an acoustic waveguide, allows you to reduce the requirements for power amplifiers and increase the reliability of their work.

При переходе на другие значения частот сигналов высокой частоты или акустического сигнала достаточно заменить только акустические элементы соответствующей частоты, что не связано с какими-либо затруднениями. Это значительно повышает эксплуатационные возможности заявляемого устройства.When switching to other values of the frequencies of high-frequency signals or an acoustic signal, it is sufficient to replace only the acoustic elements of the corresponding frequency, which is not associated with any difficulties. This greatly increases the operational capabilities of the claimed device.

В отличие от прототипа, где акустические элементы одной частоты занимают половину общей площади акустической антенны, а энергия акустического сигнала распределяется на всю ее площадь, что приводит к снижению интенсивности акустического сигнала каждой частоты в два раза, в заявляемом устройстве элементы одной частоты занимают всю площадь входа акустического волновода акустической антенны. В результате этого интенсивность высокочастотного сигнала для каждой исходной частоты увеличивается в два раза, а уровень акустического сигнала разностной частоты увеличивается в 2-4 раза при той же нагрузке на элементы акустической антенны. При взаимодействии более двух высокочастотных сигналов уровень сигналов разностной частоты возрастает еще больше. Это позволяет увеличить дальность лоцирования, или на тех же дистанциях обнаруживать объекты с меньшими размерами, что повышает эксплуатационные возможности заявляемого устройства.Unlike the prototype, where acoustic elements of the same frequency occupy half the total area of the acoustic antenna, and the energy of the acoustic signal is distributed over its entire area, which leads to a decrease in the intensity of the acoustic signal of each frequency by half, in the inventive device, elements of the same frequency occupy the entire input area acoustic waveguide acoustic antenna. As a result of this, the intensity of the high-frequency signal for each source frequency doubles, and the level of the acoustic signal of the difference frequency increases 2-4 times with the same load on the elements of the acoustic antenna. When more than two high-frequency signals interact, the level of difference-frequency signals increases even more. This allows you to increase the range of location, or at the same distances to detect objects with smaller sizes, which increases the operational capabilities of the claimed device.

Таким образом, в предлагаемом устройстве в результате введения новых блоков и связей: а именно - акустического волновода, расположенного между элементами акустической антенны и средой лоцирования достигается:Thus, in the proposed device as a result of the introduction of new blocks and connections: namely, an acoustic waveguide located between the elements of the acoustic antenna and the location medium is achieved:

-устранение влияния элементов разных частот акустической антенны друг на друга;- elimination of the influence of elements of different frequencies of the acoustic antenna on each other;

-упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления акустической антенны;-simplification of the design and reducing the complexity of manufacturing an acoustic antenna;

-облегчение режима работы усилителей мощности локатора;- facilitation of the mode of operation of locator power amplifiers;

-возможность формирования низкочастотного акустического сигнала в широкой полосе частот путем изменения параметров излучающего тракта параметрического гидролокатора.- the possibility of forming a low-frequency acoustic signal in a wide frequency band by changing the parameters of the radiating path of a parametric sonar.

Предлагаемое изобретение способствует созданию излучающего тракта параметрического гидролокатора с расширенными эксплуатационными возможностями и упрощенной конструкцией, при этом снижается трудоемкость его изготовления.The present invention contributes to the creation of a radiating path parametric sonar with enhanced operational capabilities and a simplified design, while reducing the complexity of its manufacture.

Источники информацииInformation sources

1. Зарембо Л.К., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику. М.: Наука, 1966. - 418 с.1. Zarembo L.K., Krasilnikov V.A. Introduction to nonlinear acoustics. M .: Nauka, 1966 .-- 418 p.

2. Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. - Л.: Судостроение, 1989. - 256 с.2. Novikov B.K., Timoshenko V.I. Parametric antennas in sonar. - L .: Shipbuilding, 1989 .-- 256 p.

3. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. Л.: Судостроение, 1981.-261 с.3. Novikov BK, Rudenko OV, Timoshenko V.I. Nonlinear sonar. L .: Shipbuilding, 1981.-261 p.

4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. радио, 1986. - 512 с.4. Gonorovsky I.S. Radio circuits and signals. M .: Sov. Radio, 1986 .-- 512 s.

5. Воронин В.А., Кузнецов В.П., Мордвинов Б.Г., Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Нелинейные и параметрические процессы в акустике океана. - Ростиздат. Ростов-на-Дону. 2007. - 448 с.5. Voronin V. A., Kuznetsov V. P., Mordvinov B. G., Tarasov S. P., Timoshenko V. I. Nonlinear and parametric processes in the acoustics of the ocean. - Rostizdat. Rostov-on-Don. 2007 .-- 448 p.

6. Патент US 4308599 «Параметрический двухчастотный гидролокатор», МПК G01S 15/02, G01S 15/10, G01S 15/87, опубликован 19.05.1980.6. Patent US 4308599 "Parametric dual-frequency sonar", IPC G01S 15/02, G01S 15/10, G01S 15/87, published 05/19/1980.

7. Патент US 5790474 «Активный гидролокатор для работы в подледных условиях», МПК G01S 15/06, G01S 15/10, G01S 7/539, G01S 15/87, опубликован 4.08.1989.7. Patent US 5790474 "Active sonar for work in ice conditions", IPC G01S 15/06, G01S 15/10, G01S 7/539, G01S 15/87, published 08/04/1989.

8. Патент US 3763463 «Локатор для обнаружения инородных включений», МПК А61 В8/08; G01S 15/04; G10K 11/00, опубликован 21.09.1972.8. Patent US 3763463 "Locator for the detection of foreign inclusions", IPC A61 B8 / 08; G01S 15/04; G10K 11/00, published 09/21/1972.

9. Патент DE 3113261 «Эхолот», МПК G01S 15/60, опубликован 21.10.1982.9. Patent DE 3113261 "Echo sounder", IPC G01S 15/60, published October 21, 1982.

10. Патент RU 2390797 «Способ формирования коротких акустических импульсов при параметрическом излучении и варианты устройства его реализации», МПК G01S 15/00, G01S 7/524, опубликован 27.05.2010.10. Patent RU 2390797 "Method for the formation of short acoustic pulses with parametric radiation and options for its implementation", IPC G01S 15/00, G01S 7/524, published 05/27/2010.

11. Патент RU 2205420 «Параметрический акустический локатор», МПК G01S 13/32, G01S 15/02, G01N 29/04, опубликован 27.05.2003.11. Patent RU 2205420 "Parametric acoustic locator", IPC G01S 13/32, G01S 15/02, G01N 29/04, published 05.27.2003.

12. Патент RU 2133047 «Параметрический эхо-импульсный локатор», МПК G01S 15/60, опубликован 10.07.1999.12. Patent RU 2133047 "Parametric echo-pulse locator", IPC G01S 15/60, published July 10, 1999.

13. Патент RU 69646 «Параметрический эхо-импульсный локатор», МПК G01S 15/60, G01N 29/04, опубликован 27.12.2007.13. Patent RU 69646 "Parametric echo-pulse locator", IPC G01S 15/60, G01N 29/04, published December 27, 2007.

14. Патент RU 2011205 «Параметрический эхолот», МПК G01S 15/00, опубликован 15.04.1994.14. Patent RU 2011205 "Parametric echo sounder", IPC G01S 15/00, published 04/15/1994.

15. Исакович М.А. Общая акустика. М.: Наука, 1973. - 496 с.15. Isakovich M.A. General acoustics. M .: Nauka, 1973.- 496 p.

16. Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. - Л.: Судостроение. 1986. - 272 с.16. Kobyakov Yu.S., Kudryavtsev N.N., Timoshenko V.I. Design of sonar fishing equipment. - L .: Shipbuilding. 1986.- 272 p.

Claims (1)

Излучающий тракт параметрического гидролокатора, содержащий генераторы высокочастотных сигналов, выход каждого из которых соединен с сигнальным входом соответствующего импульсного модулятора, управляющие входы модуляторов соединены с соответствующим выходом импульсного генератора, выход каждого модулятора через соответствующий усилитель мощности соединен с элементами одной из частот акустической антенны, отличающийся тем, что элементы акустической антенны каждой частоты расположены на отдельном входе акустического волновода, входы волновода акустически не связаны между собой и акустически соединены с выходом волновода, находящимся в акустическом контакте со средой лоцирования, при этом число генераторов высокочастотных сигналов, соответствующих им импульсных модуляторов, усилителей мощности и элементов одной из частот акустической антенны равно или более двух. The radiating path of a parametric sonar containing high-frequency signal generators, the output of each of which is connected to the signal input of the corresponding pulse modulator, the control inputs of the modulators are connected to the corresponding output of the pulse generator, the output of each modulator is connected to the elements of one of the frequencies of the acoustic antenna, characterized in that the elements of the acoustic antenna of each frequency are located on a separate input of the acoustic waveguide, in the waveguide moves are not acoustically interconnected and acoustically connected to the waveguide output that is in acoustic contact with the location medium, while the number of high-frequency signal generators, corresponding pulse modulators, power amplifiers, and elements of one of the frequencies of the acoustic antenna is equal to or more than two.
RU2014114668/28A 2014-04-14 2014-04-14 Radiating channel of parametric sonar RU2582897C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014114668/28A RU2582897C2 (en) 2014-04-14 2014-04-14 Radiating channel of parametric sonar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014114668/28A RU2582897C2 (en) 2014-04-14 2014-04-14 Radiating channel of parametric sonar

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014114668A RU2014114668A (en) 2015-10-20
RU2582897C2 true RU2582897C2 (en) 2016-04-27

Family

ID=54326916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014114668/28A RU2582897C2 (en) 2014-04-14 2014-04-14 Radiating channel of parametric sonar

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2582897C2 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4308599A (en) * 1979-05-19 1981-12-29 Fried. Krupp Gesellschaft mit beschranker Haftung Echo sounder transmitting radiant energy at two frequencies
EP0114547A2 (en) * 1982-12-17 1984-08-01 Thomson-Csf Acoustic system with parametric multi-bundle antennas
RU2133047C1 (en) * 1996-07-05 1999-07-10 Таганрогский государственный радиотехнический университет Parametric echo-pulse sonar
US6704247B1 (en) * 2003-03-24 2004-03-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High efficiency parametric sonar
RU83140U1 (en) * 2008-12-18 2009-05-20 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR
RU2008137431A (en) * 2008-09-18 2010-03-27 ОАО "Концерн "Океанприбор" (RU) METHOD FOR SHORT ACOUSTIC PULSE FORMATION AT PARAMETRIC RADIATION AND OPTIONS FOR ITS IMPLEMENTATION
RU101202U1 (en) * 2010-06-18 2011-01-10 Учреждение Российской академии наук Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН (ТОИ ДВО РАН) MULTI-FREQUENCY SPEAKING SYSTEM
RU106960U1 (en) * 2010-11-30 2011-07-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" PARAMETRIC ECHO Sounder

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4308599A (en) * 1979-05-19 1981-12-29 Fried. Krupp Gesellschaft mit beschranker Haftung Echo sounder transmitting radiant energy at two frequencies
EP0114547A2 (en) * 1982-12-17 1984-08-01 Thomson-Csf Acoustic system with parametric multi-bundle antennas
RU2133047C1 (en) * 1996-07-05 1999-07-10 Таганрогский государственный радиотехнический университет Parametric echo-pulse sonar
US6704247B1 (en) * 2003-03-24 2004-03-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High efficiency parametric sonar
RU2008137431A (en) * 2008-09-18 2010-03-27 ОАО "Концерн "Океанприбор" (RU) METHOD FOR SHORT ACOUSTIC PULSE FORMATION AT PARAMETRIC RADIATION AND OPTIONS FOR ITS IMPLEMENTATION
RU83140U1 (en) * 2008-12-18 2009-05-20 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR
RU101202U1 (en) * 2010-06-18 2011-01-10 Учреждение Российской академии наук Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН (ТОИ ДВО РАН) MULTI-FREQUENCY SPEAKING SYSTEM
RU106960U1 (en) * 2010-11-30 2011-07-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" PARAMETRIC ECHO Sounder

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014114668A (en) 2015-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9642596B2 (en) Ultrasound imaging apparatus
RU104732U1 (en) MULTI-FREQUENCY HYDROACOUSTIC RECEIVING ANTENNA DEVICE
KR100983744B1 (en) Sound Generators for Parametric Array Applications
Cowell et al. Phase-inversion-based selective harmonic elimination (PI-SHE) in multi-level switched-mode tone-and frequency-modulated excitation
US20180156907A1 (en) Echo measurement
US6704247B1 (en) High efficiency parametric sonar
KR20050117103A (en) High directional ultrasonic ranging measurement system and method in air using parametric array
RU179554U1 (en) RECEIVING ANTENNA WITH PARAMETRIC RADIATION MODE
EA200800748A1 (en) CONSTRUCTION OF ACOUSTIC IMAGES BY MEANS OF NONLINEAR LOW-FREQUENCY CONTROL OF THE PROPERTIES OF HIGH-FREQUENCY SCATTERING AND SPREADING
Garcia-Rodriguez et al. Application of Golay codes to improve the dynamic range in ultrasonic Lamb waves air-coupled systems
KR20110088039A (en) Underwater sound generator for ships or deception
RU2582897C2 (en) Radiating channel of parametric sonar
RU69646U1 (en) PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR
US11076241B2 (en) Electroacoustic transducer for the parametric generation of ultrasound
KR101137792B1 (en) Segment Type Underwater Transducer for Vessel SONAR Decoy
US9523770B1 (en) Multiple frequency parametric sonar
RU2390797C1 (en) Method of generating short acoustic pulses during parametric emission and versions of device for implementing said method
RU2784885C1 (en) Method for increasing the efficiency of a parametric acoustic radiating antenna and a device for its implementation
RU2582898C2 (en) Generating channel of parametric sonar
RU2689998C1 (en) Multifrequency sonar side viewer
Tanaka et al. Tissue harmonic imaging with CMUT probe by amplitude modulation
Bjørnø Finite-amplitude waves
US20220123842A1 (en) Method and Device for Increasing the Efficiency of an Emitting Antenna
RU105470U1 (en) ACOUSTIC HYDROLOCATOR LATERAL VIEW
US3505639A (en) Directional array structures for frequency transducers