Способ сканирования диаграммой направленности параметрического излучения

 

Использование: в гидроакустике. Сущность изобретения: повышение энергетической эффективности и стабильности сканирования диаграммой направленности параметрического излучения обеспечивается введением в качестве нелинейного слоя монорадиусных пузырьков, размеры которых резонансны средней частоте волн накачки. Слой монорадиусных пузырьков создают путем электролиза на поверхности токопроводящей звукопроводящей пластины. 2 ил.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в параметрических источниках звука для сканирования их диаграммой направленности (ДН) в пространстве.

Известен способ сканирования ДН параметрического излучения, заключающийся в установке нескольких преобразователей накачки с одинаковыми ДН под различными углами и подаче на один из преобразователей накачки, излучающий в требуемом направлении, сигналов накачки [1] Недостатком этого технического решения является сложность конструкции мозаичного излучателя накачки. Кроме того, такой излучатель накачки не позволяет плавно (а только дискретно) сканировать ДН параметрического излучения.

Известен способ сканирования ДН параметрического излучения, основанный на введении перед излучателями волн накачки тонкого нелинейного пузырькового слоя, толщина которого меньше расстояния рассинхронизма взаимодействующих на нем волн накачки, облучение его двумя неколлинеарными плоскими акустическими пучками частот накачки ω₁ и ω₂ падающими на нелинейный слой под углами Θ₁ и Θ₂ прием и регистрацию максимума ДН разностного акустического излучения на частоте ω₃ω₁- ω₂ под углом Θ₃ (Θ₁ω₁ Θ₂ω₂) / (ω₁ ω₂) который является наиболее близким к изобретению по технической сущности [2] Недостатком данного технического решения является невысокая энергетическая эффективность преобразования энергии исходных взаимодействующих на нелинейном слое волн накачки в энергию излучения волны разностной частоты (ВРЧ). Кроме того, отсутствие четно выраженных границ слоя из всплывающих газовых пузырьков различного размера, его конечная толщина, значительная нестабильность его структуры во времени и пространстве обуславливают нестабильность сканирования ДН параметрического излучения разностной частоты, формирующегося на таком слое.

Сущность изобретения повышение энергетической эффективности и стабильности сканирования ДН параметрического излучения.

Технический результат достигается за счет того, что по способу сканирования ДН параметрического излучения, включающему введение перед излучателями волн накачки тонкого нелинейного пузырькового слоя, толщина которого меньше расстояния рассинхронизма взаимодействующих на нем волн накачки, облучение его двумя неколлинеарными плоскими акустическими пучками частот накачки ω₁ и ω₂ падающим на нелинейный слой под углами Θ₁ и Θ₂ прием и регистрацию максимума диаграммы направленности разностного акустического излучения на частоте ω₃ω₁- ω₂ под углом Θ₃ (Θ₁ω₁ Θ₂ω₂) / (ω₁ ω₂), вместо тонкого нелинейного слоя из всплывающих газовых пузырьков вводят слой монорадиусных газовых пузырьков, размеры которых резонансы частоте волн накачки, который создают путем электролиза на поверхности токопроводящей звукопроводящей пластины.

Наличие слоя монорадиусных пузырьков, размеры которых резонансны средней частоте волн накачки, который создается путем электролиза на поверхности токопроводящей звукопроводящей пластины, обуславливает соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна".

Заявляемый способ соответствует также критерию "изобретательский уровень", поскольку не обнаружено решений с признаками, отличающими заявляемый способ от прототипа.

Заявляемый способ соответствует критерию "промышленная применимость", поскольку технические средства, воплощающие изобретение при его осуществлении, т. е. параметрические источники звука, осуществляющие плавное сканирование ДН с повышенной энергетической эффективностью и стабильностью, входящие в состав, например, гидролокационных станций, предназначены для использования в морском приборостроении, судостроении, морских поиске и разведке местоположения полезных ископаемых и других объектов, представляющих определенный интерес, рыбодобывающей и других отраслях народного хозяйства.

Заявляемый способ включает формирование в зоне облучения излучателей волн накачки однородного слоя монорадиусных пузырьков, резонансных средней частоте волн накачки, путем электролиза воды на поверхности звукопроводящей токопроводящей пластины; облучение сформированного пузырькового слоя двумя неколлинеарными плоскими акустическими пучками частот накачки ω₁ и ω₂ падающими на нелинейный слой под углами Θ₁ и Θ₂ прием и регистрацию максимума ДН формирующегося на слое приграничных пузырьков (СПП) разностного акустическогоизлучения на частоте ω₃ω₁- ω₂ под углом Θ₃ (Θ₁ω₁ Θ₂ω₂) / (ω₁ ω₂).

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу устройства в импульсном режиме.

Устройство содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, схему 2 задержки, осуществляющую задержку момента излучения волн накачки на временной промежуток длительностью τ_зад, который необходим для формирования оптимальной структуры пузырькового слоя, при которой достигается максимальный рост уровня звукового давления (УЗД) в формирующейся на слое ВРЧ, и первый формирователь 3 прямоугольных импульсов, формирующий на своем выходе видеоимпульсы с длительностью излучаемых волн накачки τ_и. Вход второй схемы 4 задержки, выход которой соединен с запускающим входом второго формирователя 5 прямоугольных импульсов, соединен с выходом синхронизатора 1. Видеоимпульсы, формируемые второй схемой 4 задержки и формирователем 5, позволяют осуществить временную селекцию принимаемой ВРЧ с необходимым временем задеpжки строба τ_{зад. стр} и длительностью строба τ_стр. Вход третьего формирователя 6, формирующего видеоимпульсы с длительностью τ равной длительности прикладываемых импульсных напряжений на электролизные пластины, соединен с выходом синхронизатора 1. Выходы первого 7 и второго 8 генераторов гармонических колебаний, формирующих на своих выходах соответственно колебания частот накачки ω₁ и ω₂ соединены с сигнальными входами первого 9 и второго 10 ключей, выходы которых соединены с входами первого 11 и второго 12 усилителей мощности, а управляемые входы соединены с выходом формирователя 3. Выходы первого 11 и второго 12 усилителей мощности соединены соответственно с плоскими излучателями 13 и 14 волн накачки. Приемный преобразователь 15 соединен с входом селективного усилителя 16, частота селекции которого изменяется и равна частоте ВРЧ ω₃, формирующейся на СПП. Сигнальный вход третьего ключа 17 соединен с выходом селективного усилителя 16, управляемый вход ключа соединен с выходом формирователя 5, а выход ключа соединен с входом регистратора 18, синхронизирующий вход которого соединен с выходом синхронизатора 1. Выход источника 19 постоянного напряжения соединен с сигнальным входом четвертого ключа 20, управляемый вход которого соединен с выходом формирователя 6. Вход усилителя 21 постоянного тока соединен с выходом четвертого ключа 20, а его выход соединен с электролизными пластинами 22 и 23, первая из которых звукопроводящая, токопроводящая располагается на пересечении акустических осей излучателей 13 и 14 накачки, а вторая располагается рядом с первой пластиной, например, параллельно ей и в одной с ней плоскости, как это изображено на фиг.1.

Способ реализуется следующим образом.

На выходе синхронизатора 1 формируются синхроимпульсы U₁, синхронизирующие работу всего устройства. Задними фронтами синхроимпульсов U₁ запускается первая схема 2 задержки, формирующая видеоимпульсы U₂ длительностью τ_зад равной временному интервалу, необходимому для формирования оптимальной структуры пузырькового слоя, при которой достигается максимальный рост УЗД в формирующейся на СПП ВРЧ, задними фронтами которых запускается формирователь 3, формирующий на своем выходе видеоимпульсы U₃ длительностью τ_и, равной длительности излучаемых радиоимпульсов частоты накачки. Задними фронтами синхроимпульсов U₁ запускается вторая схема 4 задержки, формирующая видеоимпульсы U₄ длительностью τ_{зад. cтр} задними фронтами которых запускается формирователь 5, формирующий видеоимпульсы U₅ длительностью τ_стр которые вместе с видеоимпульсами U₄ осуществляют временную селекцию формируемой СПП ВРЧ ч необходимыми временем задержки строба и длительностью строба. Задними фронтами синхроимпульсов U₁ запускается также формирователь 6, формирующий видеоимпульсы U₆ длительностью τ, равной длительности подаваемых на электролизные пластины импульсных напряжений U₇. Непрерывные колебания с частотой накачки ω₁ и ω₂ с выходов генераторов 7 и 8 гармонических колебаний поступают на входы первого 9 и второго 10 ключей, с выходов которых радиоимпульсы U₈ и U₉ с частотами заполнения соответственно равными ω₁ и ω₂ усиливаются усилителями 11 и 12 мощности и излучаются в воду плоскими излучателями 13 и 14 накачки, которые установлены под углами Θ₁ и Θ₂ к СПП. Перед излучением волн накачки, в результате взаимодействия которых на СПП формируется ВРЧ ω₃, максимальный УЗД в которой регистрируется под углом Θ₃ к СПП, которая принимается приемным преобразователем 15, усиливается селективным усилителем 16 (U₁₀) стробируется во времени третьим ключом 17 (U₁₁) и регистрируется регистратором 18, с помощью источника 19 постоянного напряжения, четвертого ключа 20 и усилителя 21 постоянного тока формируется импульсное напряжение длительностью τ, которое подается на электролизные пластины 22 и 23, под воздействием которого на поверхности первой звукопроводящей, токопроводящей пластины 22 образуется слой монорадиусных приграничных пузырьков, обладающий высоким параметром акустической нелинейности. В результате роста нелинейности СПП повышается УЗД в формирующейся на СПП ВРЧ, т.е. повышается энергетическая эффективность процесса сканирования ДН параметрического излучения. При постоянных амплитуде и скважинности импульсного напряжения, подаваемого на электролизные пластины, УЗД в формирующемся на СПП параметрическом излучении разностной частоты от посылки к посылке остается практически постоянным и неизменным во времени, т.е. стабильность сканирования ДН параметрического излучения, формирующегося на СПП, также повышается за счет большей по сравнению с прототипом стабильности СПП его оптимальной структуры.

Наличие тонкого слоя монорадиусных пузырьков, размеры которых резонансы средней частоте волн накачки, которые располагаются в одной плоскости в непосредственной близости друг к другу, а сам СПП имеет четко выраженные границы и толщину, практически равную диаметру пузырька, резонансного средней частоте накачки, поскольку создается с помощью электролиза на поверхности токопроводящей, звукопроводящей пластины, отличает предлагаемый способ от известного технического решения, поскольку на 15-20 дБ возрастает энергетическая эффективность процесса преобразования энергии волн накачки в энергию ВРЧ, формирующейся на СПП, и на 6-14 дБ возрастает стабильность процесса формирования ВРЧ под углом Θ₃ к СПП.

Формула изобретения

СПОСОБ СКАНИРОВАНИЯ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, включающий введение перед излучателями волн накачки тонкого нелинейного пузырькового слоя, толщина которого меньше расстояния рассинхронизма взаимодействующих на нем волн накачки, облучение его двумя неколлинеарными плоскими акустическими пучками частот накачки ω₁ и ω₂, падающими на нелинейный слой под углами Θ₁ и Θ₂, прием и регистрацию максимума диаграммы направленности параметрического излучения разностной частоты ω₃=ω₁-ω₂ под углом Θ₃=(Θ₁ω₁-Θ₂ω₂)/(ω₁-ω₂), отличающийся тем, что в него в качестве пузырькового слоя вводят слой монорадиусных пузырьков, размеры которых резонансны средней частоте волн накачки, который создают путем электролиза на поверхности токопроводящей звукопроводящей пластины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2