УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПРАВЛЕННОСТИ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для экспресс-оценки характеристики направленности гидроакустического излучателя.

Известен прибор для автоматической регистрации характеристики направленности гидроакустического излучателя, выполненный в виде разворачиваемых относительно друг друга излучателя и приемника излучения с соответствующей вторичной и регистрирующей аппаратурой [1].

Недостатком известного аналога [1] является ограничение его действия измерением характеристик направленности излучателей только в горизонтальной плоскости.

Известно устройство для оценки характеристики направленности гидроакустического излучателя (ХНГИ), содержащее гидроакустический приемник (ГП), в виде решетки чувствительных к звуку элементов, установленной в жидкости напротив используемого гидроакустического излучателя (ГИ), закрепленного с возможностью осевого разворота относительно плоскости решетки, а также усилитель и регистратор [2]. Данное устройство принято за прототип.

В прототипе ГАП выполнен в виде так называемой решетки Трота, звукопрозрачной решетки больших размеров, составленной из групп точечных преобразователей, чувствительность которых изменяется по определенному закону.

Недостатком прототипа является трудность его реализации и настройки.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение недостатков прототипа, т.е. упрощение его практической реализации.

Поставленный технический результат в первом варианте исполнения достигают за счет того, что в известном устройстве для оценки ХНГИ, содержащем ГП в виде решетки чувствительных к звуку элементов, установленной в жидкости напротив используемого ГИ, закрепленного с возможностью осевого разворота относительно плоскости решетки, а также усилитель и регистратор, решетка чувствительных к звуку элементов выполнена в виде предметной волоконной катушки волоконно-оптического интерферометра, опорная волоконная катушка которого установлена также в жидкости, но вне поля излучения ГИ, причем источник и приемник когерентного света интерферометра установлены в воздушной среде, предметная волоконная катушка выполнена с возможностью смещения относительно исследуемого излучателя и с возможностью сканирования в плоскости решетки, причем в опорной волоконной катушке установлен фазосдвигающий элемент, а в устройство дополнительно введены датчик положения решетки относительно излучателя, два делителя, экстрематор и блок опорных напряжений, а выход фотоприемника подключен через усилитель к первому входу делителя, второй вход которого присоединен к выходу датчика положения, а выход через экстрематор - к управляемому входу датчика положения, первый вход второго делителя подключен к выходу источника опорных напряжений, второй - к выходу датчика положения, а выход - к регистратору.

Поставленный технический результат во втором варианте исполнения достигают за счет того, что в известном устройстве, содержащем гидроакустический приемник в виде решетки чувствительных к звуку элементов, установленной в жидкости напротив испытуемого гидроакустического излучателя с возможностью осевого разворота относительно плоскости решетки, а также усилитель и регистратор, решетка чувствительных к звуку элементов выполнена в виде предметной волоконной катушки волоконно-оптического интерферометра, опорная волоконная катушка которого установлена также в жидкости, но вне поля излучения гидроакустического излучателя, причем источник и приемник когерентного света интерферометра установлены в воздушной среде, предметная волоконная катушка выполнена с возможностью смещения относительно исследуемого излучателя, причем в опорной волоконной катушке установлен фазосдвигающий элемент, а в устройство дополнительно введены сканатор гидроакустического приемника в плоскости решетки чувствительных элементов, управляемый резонансный фильтр на частоту сканирования, частотный индикатор, делитель, блок опорных напряжений и датчик положения решетки, при этом выход усилителя через резонансный фильтр подключен к частотному индикатору, электрический выход сканатора соединен с управляемым входом резонансного фильтра, выход датчика положения подключен к второму входу делителя, первый вход которого соединен с выходом блока опорных напряжений, а выход - с регистратором.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена общая схема устройства, реализующая два варианта его реализации, на фиг.2 - электронно-оптическая схема ГП; на фиг.3 и 4 - диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство для оценки ХНГА содержит (фиг.1) ГП1 в виде решетки чувствительных к звуку элементов, выполненных, например, в форме прямоугольного меандра. ГП1 выполнен в виде предметной волоконной катушки 2 (фиг.2) волоконно-оптического интерферометра, опорная волоконная катушка 3 которого расположена (как и предметная в жидкости), например, в гидроакустическом бассейне (на чертеже не показанном), но вне поля 4 излучения (фиг.1) ГИ5.

ГИ5 установлен с помощью держателя 6 и рейтера 7 на направляющей 8 с возможностью поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях (соответственно в плоскостях xz и xy).

ГП1 также установлен на направляющей 8 с помощью держателя 9 и рейтера 10. ГП1 выполнен с возможностью смещения относительно ГИ5 по направляющим 8 (направление x) и с возможностью сканирования в направлении y и z (сканатор на фиг.1 не показан). ГП1 снабжен также датчиком 11 положения решетки относительно ГИ, отградуированных в единицах длины.

Оптическая схема устройства (фиг.2) включает в себя источник 12 когерентного света и фотоприемник 13, а также фазосдвигающий элемент 14, установленный в опорной катушке 3.

Электрическая схема устройства включает в себя усилитель 15, делитель 16, экстрематор 17, делитель 18 и блок 19 опорных напряжений. При этом выход фотоприемника 13 подключен через усилитель 15 к первому входу делителя 16, второй вход которого подключен к выходу датчика 11 положения, а выход - к экстрематору 17.

Выход экстрематора 17 соединен с управляемым входом датчика 11 положения, выход которого подключен к второму входу (входу делитель) делителя 18, первый вход (делимое) которого подсоединен к выходу блока 19 опорных напряжений, а выход - к регистратору, выполненному в виде вычислителя угла α раствора ХНГИ (фиг.1).

Кроме того, устройство дополнительно содержит сканатор 20 (фиг.2) ГП5 в плоскости решетки чувствительных элементов, управляемый резонансный фильтр 21 на частоту сканирования и переключатель 22, установленный на выходе усилителя 15.

Переключатель 22 в положении а) соединяет усилитель 15 с первым входом делителя 16, а в положении в) отключает усилитель 15 от делителя 16 и подключает усилитель 15 через резонансный фильтр 21 к частотному индикатору (на чертеже не показан). Блок 19 опорных напряжений выполняют двухуровневым, автоматически или вручную переключаемым с уровня на уровень при срабатывании переключателя 22 с положения а) на положение в). (Данный момент на чертеже не отображен).

Таким образом, в положении а) переключателя 22 реализуется работа устройства по первому пункту формулы изобретения. А в положении в) переключателя 22 реализуется работа устройства по второму пункту формулы изобретения. То есть на чертеже представлена реализация обоих вариантов устройства.

Устройство для оценки ХНГИ работает следующим образом.

Устанавливают ГП1, выполненный в форме прямоугольного меандра с общей длиной и шириной сторон L и с размером его квадратной ячейки l, в положение а) (фиг.1) напротив ГИ5 в поле 4 его излучения на расстоянии x₁ от него.

Устанавливают рабочую точку Е на рабочей кривой 23 (фиг.3) интерферометра с помощью фазосдвигающего элемента 14 (фиг.2) в области начальной разности фаз интерферирующих лучей, равной , устанавливают переключатель в положение а).

Включают исследуемый ГИ5 на заданной частоте гармонического сигнала и начинают сдвигать ГП1 вправо от ГИ5 вдоль оси x. При этом выходной сигнал датчика положения 11 будет увеличиваться. А на величину сигнала интерферометра будут влиять одновременно два процесса. Сигнал будет увеличиваться по мере заполнения ячеек меандра полем 4 излучения ГИ5, а с другой стороны - уменьшаться из-за удаления ГП1 от ГИ5.

Сигнал интерферометра с фотоприемника 13 (фиг.2) через усилитель 15 подается на первый вход (делимое) делителя 16, на второй вход которого (делитель) подается сигнал с датчика 11 положения. На выходе делителя 16 получается выходной сигнал интерферометра, скорректированный относительно изменения расстояния x между излучателем 5 и приемником 1.

По мере увеличения расстояния x между ГИ5 и ГП1 происходит постепенное заполнение полем 4 излучения все большего числа ячеек меандра ГП1, и при расстоянии Х₂ (фиг.1) все ячейки меандра заполняются полем 4 излучения ГИ5.

До этого момента сигнал с делителя 16 увеличивается и при достижении расстояния х₂ достигает своего максимума. Экстрематор 17 отслеживает появление данного максимума в сигнале 24 (фиг.3) и направляет в этот момент на управляемый вход датчика 11 положения командный сигнал на прекращение дальнейшего перемещения ГП1.

Зная значение расстояния x₂ между ГИ5 и ГП1 и размер L меандра (фиг.1), можно оценить угол α раствора основного лепестка ХНГИ. Из фиг.4 следует, что Данная величина получается после деления постоянной величины , задаваемой блоком опорных напряжений 19, на величину x₂, выдаваемую датчиком 11 положения в момент максимального значения выходного сигнала интерферометра, нормированного относительно расстояния x. Деление осуществляется в делителе 18. Регистратор (на чертеже не показан) воспроизводит угол α раствора основного лепестка ХНГИ в удобном для восприятия оператором виде.

На фиг.1 пунктиром показаны степень заполнения меандра ГП1 в положении А и В. На фиг.3 под позицией 24 показан пример изменения входного сигнала подаваемого на интерферометр при изменении координаты x, а под позицией 25 - изменение выходного сигнала интерферометра при изменении координаты x. Точки С и D на рабочей кривой 23 интерферометра характеризуют крайние точки на рабочей кривой 23 интерферометра и задают предельное значение квазилинейного преобразования входного сигнала 24.

Расстояние x между излучателем и приемником выбирают так, чтобы ХНГИ полностью сформировалась и не зависела от дальнейшего увеличения x.

Для оценки тонкой структуры ХНГИ (например, наличия дополнительных лепестков внутри характеристики направленности (фиг.1)) приемник 1 переключают переключателем 22 в положение в) и двигают в обратном направлении (к излучателю) и одновременно сканируют его в плоскости yz с амплитудой порядка l - размера ячейки меандра (фиг.1). В момент появления сигнала на выходе интерферометра с частотой сканирования определяется угол , где x₃ - расстояние между гидроакустическим излучателем и приемником, выдаваемого датчиком 11, для рассматриваемого момента времени (на чертеже x₃ не обозначено). Данная частота выделяется фильтром 21, настроенным автоматически на частоту сканирования сканатора 20 (фиг.2). Блок 19 опорных напряжений в данном случае выдает сигнал, реализующий величину . Данная процедура повторяется на различных углах поворота ГИ5 и различных частотах излучения звуковой волны.

Таким образом, в отличие от прототипа ХНГИ оценивается на более простом устройстве, выполненном на базе одного волоконно-оптического интерферометра.

Источники информации

1. Патент ГДР №206435, кл. G 01 R 29/10, 1984.

2. Колесников А.Е. Акустические измерения. Л.: Судостроение, 1983, с.132-133 - прототип.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для экспресс-оценки характеристики направленности гидроакустического излучателя (ХНГИ). Техническим результатом изобретения является устранение недостатков прототипа, т.е. упрощение его конструкции. Сущность изобретения в первом варианте исполнения заключается в том, что напротив гидроакустического излучателя (ГИ) устанавливается гидроакустический приемник (ГП), выполненный в виде решетки чувствительных к звуку элементов. Последняя в свою очередь выполнена в виде предметной волоконной катушки волоконно-оптического интерферометра, опорная волоконная катушка которого установлена также в жидкости, но вне поля излучения ГИ. Кроме того, устройство дополнительно содержит датчик положения ГИ и электронную схему выделения максимального входного сигнала при увеличении расстояния между ГП и ГИ. Это происходит в момент заполнения всех ячеек ГП полем излучения ГИ. Зная геометрию эксперимента, производится оценка угла раствора основного лепестка ХНГИ. Во втором варианте выполнения устройства в него добавляется сканатор ГП в плоскости решетки. При появлении на выходе интерферометра сигнала с частотой сканирования ГП в процессе сближения ГИ и ГП проводится оценка тонкой структуры ХНГИ, т.е. наличие дополнительных лепестков внутри сформированной ХНГИ. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для оценки характеристики направленности гидроакустического излучателя, содержащее гидроакустический приемник в виде решетки чувствительных к звуку элементов, установленный в жидкости напротив испытуемого гидроакустического излучателя, закрепленного с возможностью осевого разворота относительно плоскости решетки, а также усилитель и регистратор, отличающееся тем, что решетка чувствительных элементов выполнена в виде предметной волоконной катушки волоконно-оптического интерферометра, опорная волоконная катушка которого установлена также в жидкости, но вне поля излучения гидроакустического излучателя, причем источник и приемник когерентного света интерферометра установлены в воздушной среде, предметная волоконная катушка выполнена с возможностью смещения относительно исследуемого излучателя, причем в опорной волоконной катушке установлен фазосдвигающий элемент, а в устройство дополнительно введены датчик положения решетки относительно излучателя, два делителя, экстрематор, блок опорных напряжений, при этом выход фотоприемника подключен через усилитель к первому входу первого делителя, второй вход которого подключен к выходу датчика положения, а выход через экстрематор - к управляемому входу датчика положения, первый вход второго делителя подключен к выходу источника опорных напряжений, второй - к выходу датчика положения, а выход - к регистратору.2. Устройство для оценки характеристики направленности гидроакустического излучателя, содержащее гидроакустический приемник в виде решетки чувствительных к звуку элементов, установленной в жидкости напротив испытуемого гидроакустического излучателя с возможностью осевого разворота относительно плоскости решетки, а также усилитель и регистратор, отличающийся тем, что решетка чувствительных элементов выполнена в виде предметной волоконной катушки волоконно-оптического интерферометра, опорная волоконная катушка которого установлена также в жидкости, но вне поля излучения гидроакустического излучателя, причем источник и приемник когерентного света интерферометра установлены в воздушной среде, предметная волоконная катушка выполнена с возможностью смещения относительно исследуемого излучателя, причем в опорной волоконной катушке установлен фазосдвигающий элемент, а в устройство дополнительно введены сканатор гидроакустического приемника в плоскости решетки чувствительных элементов, управляемый резонансный фильтр на частоту сканирования, частотный индикатор, делитель, блок опорных напряжений и датчик положения решетки, при этом выход усилителя через резонансный фильтр подключен к частотному индикатору, электрический выход сканатора соединен с управляемым входом резонансного фильтра, выход датчика положения подключен ко второму входу делителя, первый вход которого соединен с выходом блока опорных напряжений, а выход - с регистратором.