Автономная акустическая система Советский патент 1993 года по МПК G01S3/80 

Изобретение касается акустических измерений, в частности может быть использовало для измерения пространственно-временной анизотропии акустических полей.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и динамического диапазона автономной акустической системы.

На фиг. 1 приведена функциональная схема автономной акустической системы; на фиг. 2 и 3 - функциональные схемы адаптивного усилителя и блока управления соответственно; на фиг. 4 - эпюры напряжения, поясняющие работу автономной акустической системы.

Автономная система содержит приемник давления 1, трехкомпонентный приемник градиента давления 2, максимальная ось чувствительности двух каналов которого 3, 4 расположена в двух взаимноортого- нальных направлениях в горизонтальной плоскости, а третьего канала 5 - перпендикулярно горизонтальной плоскости. Каждый выход звукоприемников через последовательно соединенные предварительный усилитель 6, 7, адаптивный усилитель 8 и широкополосный фильтр 9 соединен с первым входом соответствующей схемы выборки хранения 10, вторые входы которых соединены с первым выходом блока управления 11, первый вход которого соединен с задающим генератором 12. Выходы схем выборки хранения 10 соединены с соответствующими входами электронного ключа 13.

Дополнительно пятый и шестой входы электронного ключа соединены с выходом компаса 14. а седьмой, восьмой и девятый его входы соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым выходами блока управления. Выход электронного ключа соединен с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15, выходы которого соединены с соответствующими входами мультиплексора 16 и блока управления 11. Дополнительные входы мультиплексора соединены с вторым и третьим выходами каждого адаптивного усилителя и шестым выходом блока управления, Выход мультиплексора через блок сопряжения 17, согласующий усилитель 18 и модулятор 19 соединен с передатчиком 20.

Адаптивный усилитель, представлен ный на фиг. 2, содержит линейный детектор 21, выход которого соединен с входами усилителей 22 и 23, имеющие соответственно коэффициент усиления 16 и 256. Выходы усилителей соединены соответствующими входами триггера Шмидта 34 и 25, выходы которых соединены с первым и вторым вхо0

5

дами усилителя с управляющим коэффициентом усиления 26, третий вход которого соединен с входом линейного детектора.

На фиг. 3 представлена функциональная схема блока управления, посредством которой осуществляется управление работой автономной акустической системой. Сигнал с задающего генератора 12 поступает на делители частоты 27, 28 и 29, где осуществляется деление частоты в соответствующее число раз. С делителя частоты 29 сигнал поступает на блок формирования сигналов выборки 30. Одновременно .сигнал с этого делителя частоты используется для управления блоком АЦП и электронным ключом 13. Используя сигналы с делителей частоты 27 и 29 соответствующей схемой, составленной из триггеров 31 и 32, а также счетчиком 33, логической схемой 0 ИЛИ 34 и схемой совпадения 35, вырабатываются последовательности импульсов для управления и синхронной работы схем выборки-хранения, мультиплексора и блока сопряжения. Пояснения работы блока управления содержатся в описании принципа работы автономной акустической системы.

Работа автономной системы состоит в следующем.

Пусть сигйал, например, синусоидального характера, поступает на звукоприв ники 1 и 2. Преобразованный электрический сигнал через предварительные усилители 6, 7 он поступает на адаптивные усилители 8, Принцип работ адаптивного усилителя состоит в том, что при уменьшении амплитуды входного сигнала коэффициент усиления автоматически увеличивается в 16 и 256 раз и соответственно при увеличении входного сигнала - уменьшается также в 16 и 256 раз. Информация об изменении значений коэффициента усиления с каждого адаптивного усилителя поступает на вход мультиплексора 16, Такре введение саморегуляции коэффициента усиления блоков 8 позволит значительно расширить до 100-120 дб динамический диапазон автономной акустической системы в целом при фиксированной частотной полосе передатчика. Далее сигнал через полосовые фильтры поступает одновременно определенными порциями на вход схем выборки хранения. Полоса частот широкополосными фильтрами снизу ограничена помехами различного типа происхождения (резонанс подвески звукоприемников, шумами различного происхождения и т.д.), Полоса частот сверху - ограничена резонансом самого звукоприемника. Управление работой всей схемы авто- домной системы осуществляется

5

0

5

0

5

0

5

Импульсными сигналами с задающего квар- Цованного генератора 12, преобрэзовэнны- и}ш в блоке управления 11. Задающий г)енератор формирует последовательность Прямоугольных импульсов с частотой 12,8 лЬГц С помощью делителей частоты 27, 28, 2J9 и блока формирования сигналов 30 обрадуется последовательность импульсов, посредствомкоторой схема в|ыборки-хранения одновременно считыва- еЬг и запоминает значения сигналов каналов X, Y, Z и Р. Длительность выборки опреде- л|яется длительностью импульсов и равна в . н|ашем случае 5 мк/сек (фиг. 4а). С частотой, например, V записанные сигналы (эпюра б) с помощью электронного ключа 14, который управляется сигналами с блока управления, пэслёдовательно считываются и подаются на аналого-цифровой преобразователь 15 (/,ЦП). Для считывания информации со схем вмборки-хранения в блоке управления формируется посредством делителя частоты 29 последовательность импульсов с частотой fcl /128. Одновременно формируются импульсные сигналы Старт (эпюра в), запу- екающие АЦП, который выдает информационные импульсы о конце преоб- р зования сигнала по каждому каналу (эпю- р4 г). Таким образом, последовательность импульсов, содержащая информации о но- канала и информацию, считанную со схем выборки-хранения, с выхода АЦП по- Дсется на вход мультиплексора 16. На выхо- д( мультиплексора сформирована псследовательность импульсов, содержа- щ, )я информацию каждого канала, в которой первые Юимпульсов передают 10 разрядов АЦП, следующие два импульса передают код о значении коэффициента усиления адаптивных усилителей. Управление рабо- то мультиплексора осуществляется такто- вьми сигналами с частотой, а 16 раз превышающей частоту сигналов управления АЦП (эпюра д). Сигнал с выхода мульти- плрксора (эпюра е) через блок сопряжения 17|по длинной двухпроводной линии посту- па ;т в верхнюю часть автономной акустической системы на модулятор и далее на пе )едатчйк. При этом работа блока сопря- жения синхронизируется с мультиплексо- рои посредством тактовых сигналов (эпюра

ж).:

. Таким образом, предложенное техническое решение автономной акустической системы позволит передавать информацию с датчика давления, трех взаимноортогональ- ны:: каналов приемника градиента давления без фазового и временного сдвига мехду компонентами звукового поля, что позволит осуществлять акустические измерения с использованием потока акустиие- ской мощности, Кроме того, позволит значительно расширить (до 100-120 дб) динамический диапазон автономной акустической системы при фиксированной частотной полосе передатчика.

Формула изобретения Автономная акустическая система, содержащая ненаправленный приемник звукового давления, два канала приемника градиента давления, максимальная ось чувствительности которых расположена в двух взаимно ортогональных направлениях в горизонтальной плоскости, каждый выход которых соединен с входом соответствующего предварительного усилителя, три широкополосных фильтр, мультиплексор, задающий генератор, модулятор, соединенный с входом передатчика, и компас, о т. л и ч а ю- щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и динамического диапазона автономной акустической системы, в нее дополнительно введены третий канал приемника градиента давления, максимальная ось чувствительности которого перпендикулярна горизонтальной плоскости, соединенный с-входом соответствующего предварительного усилителя четвертый широкополосный фильтр, четыре адаптивных усилителя, четыре схемы выборки-хранения, электронный ключ, анало- ro-цифровой преобразователь, блок сопряжения, соединенный через согласующий усилитель с входом модулятора, блок управления, первый вход которого соедй- нен с выходом задающего генератора, при этом выход каждого предварительного усилителя через последовательно соединенные адаптивный усилитель и широкополосной фильтр соединен с первым входом соответствующей схемы выбор- ки-хранения, вторые входы которой соединены с первым выходом блока управления, выходы схем выборки-хранения соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами электронного ключа, пятый и шестой входы которого соединены с соответствующими выходами компаса, а седьмой, восьмой и девятый входы электронного ключа соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым выходами блока управления, выход электронного ключа соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с пятым выходом блока управления, десять выходов аналого-цифрового преобразователя соединены с соответствующими входами мультиплексора, одиннадцатый вход которого соединен с одиннадцатым выходом зналого-цифробого преобразователя, двенадцатый выход которого соединен с вторым входом блока управления, шестой выход которого соединен с двенадцатым входом мультиплексора, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый входы

мультиплексора соединены соответственно с вторым выходом каждого адаптивного усилителя, выход мультиплексора соединен с первым входом блока сопряжения, второй вход которого соединен с седьмым выходом блока управления.

L

Фи.&2

К/5

- J

0Г/5

Фие.З

п п п п

лиги

Pbi2.4