УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН Советский патент 1994 года по МПК H04B11/00 G01S3/66 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обнаружения и приема упругих волн, в частности, акустических и сейсмических волн.

Известно устройство для обнаружения упругих волн, содержащее источник когерентных колебаний, подключенный к модулирующему элементу, источник упругих волн и последовательно соединенные выходной усилитель и полосовой фильтр.

Однако известное устройство имеет низкую достоверность приема за счет того, что это устройство не обеспечивает пространственной фильтрации упругих волн с длиной волны, превышающей длину волны когерентных колебаний в луче.

Кроме того, невозможен прием волн в оптически непрозрачной среде. В нем с помощью создаваемых ультразвуком локальных неоднородностей в среде моделируется дифракционная решетка, что принципиально требует соизмеримости длин волн колебаний в луче и моделирующих колебаний и не обеспечивает пространственной фильтрации последних, путем накопления полезного эффекта модуляции по длине луча. Низкая оптическая прозрачность среды приводит к быстрому затуханию колебаний в луче и не позволяет осуществлять с его помощью качественный прием волн.

Целью настоящего изобретения является повышение достоверности приема.

Для этого в устройство для обнаружения упругих волн введены последовательно соединенные преобразователь "ультразвук-электрический сигнал", усилитель, узкополосный фильтр и блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), причем выход узкополосного фильтра подключен к входу источника когерентных колебаний, при этом модулирующий элемент выполнен в виде отрезка пути распространения упругой волны.

Причем блок ФАПЧ состоит из последовательно соединенных опорного генератора, фазовращателя, фазового дискриминатора, фильтра нижних частот и управляющего элемента, выход которого подключен к другому входу фазовращателя, при этом другой вход и выход фазового дискриминатора являются соответственно входами и выходами блока ФАПЧ.

Другое отличие состоит в том, что преобразователь ультразвука в электрический сигнал выполнен с узкой диаграммой направленности, обеспечивающий формирование луча, несущего информацию.

Прием и пространственная фильтрация упругих волн с помощью луча несущего информацию, в качестве которого используется ультразвуковой луч, формируемый путем создания пространственного генератора ультразвуковых колебаний, обеспечивается за счет накопления по длине луча индекса фазовой модуляции колебаний в нем, возникающей в результате модуляции плотности среды и соответственно скорости распространения колебаний в луче упругими волнами существенно большей длины. При этом, поскольку скорость распространения ультразвука и принимаемых упругих волн в среде примерно равны, максимум накопленного индекса модуляции имеет место при ориентации луча в направлении распространения волнового возмущения, что обеспечивает постоянство плотности среды в каждом элементе луча в течение времени распространения колебаний в нем и следовательно максимальное накопление индекса модуляции.

Фазовая демодуляция принятых колебаний в луче осуществляется с использованием опорного сигнала, генерируемого опорным генератором и подстраиваемого по фазе под среднюю фазу принятых колебаний в луче. Использование в качестве приемного луча ультразвукового луча позволяет осуществлять прием упругих волн, распространяющих в оптически непрозрачной среде.

На чертеже представлена схема устройства для обнаружения упругих волн.

Устройство для обнаружения упругих волн содержит источник 1 когерентных колебаний, источник 2 упругих волн, преобразователь 3, "ультразвук - электрический сигнал", усилитель 4, узкополосный фильтр 5, блок 6 ФАПЧ, причем блок 6 ФАПЧ включает в себя фазовый дискриминатор 7, фильтр 8 нижних частот, управляющий элемент 9, фазовращатель 10, опорный генератор 11, выходной усилитель 12, полосовой фильтр 13.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 когерентных колебаний, выполненный в виде преобразователя электрического сигнала в ультразвук, и преобразователь 3 "ультразвук - электрический сигнал"; охваченные положительной обратной связью, включающей в себя канал связи, усилитель 4 и узкополосный фильтр 5, образует пространственный генератор ультразвуковых колебаний из которых формируется луч, несущий информацию. Частота этих колебаний определяется частотой, на которую настроен узкополосный фильтр 5.

Подвергнутые фазовой модуляции со стороны волнового поля, формируемого источником упругих волн 2, колебания в луче несущем информацию, принятые преобразователем 3 "ультразвук - электрический сигнал", переданные по каналу связи, усиленные в усилителе 4 и отфильтрованные в узкополосном фильтре 5 поступают на вход блока 6 фазовой автоподстройки, включающей в себя фазовый дискриминатор 7, фильтр 8 нижних частот, определяющий инерционность автоподстройки, управляющий элемент 9, фазовращатель 10, с помощью которого опорный сигнал, формируемый опорным генератором 11, подстраивается под среднюю фазу сигнала с выхода узкополосного фильтра 5, в результате чего устраняется влияние медленного дрейфа фазы этого сигнала за счет различных дестабилизирующих факторов на выделение снимаемого с выхода фазового дискриминатора 7 электрического сигнала, изменяющегося по закону, определяемому принимаемыми упругими волнами. Далее этот сигнал усиливается в выходном усилителе 12 и фильтруется в полосовом фильтре 13, полоса пропускания которого согласуется с полосой частот, занимаемой вринимаемыми упругими волнами.

В результате использования в качестве чувствительного элемента ультразвукового луча, формируемого путем создания пространственного генератора ультразвуковых колебаний, и осуществления накопления полезного эффекта модуляции по длине луча за счет применения когерентной обработки сигнала, обеспечены обнаружение и пространственная фильтрация упругих волн, включая волны длинноволнового диапазона и волны, распространяющиеся в оптически непрозрачной среде. Это позволяет существенно снизить вес и габариты антенн для приема упругих волн и исключить их обратную реакцию на исследуемое волновое поле, а также повысить за счет использования протяженного ультразвукового луча направленность и чувствительность устройства для приема упругих волн.

Использование предлагаемого устройства для приема упругих волн дает значительную экономию в народном хозяйстве, в частности за счет существенного снижения веса и габаритов приемных акустических антенн, устанавливаемых на подвижных объектах и соответствующего увеличения полезной загрузки последних.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН, содержащее источник когерентных колебаний, подключенный к модулирующему элементу, источник упругих волн и последовательно соединенные выходной усилитель и полосовой фильтр, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности приема, введены последовательно соединенные преобразователь "ультразвук - электрический сигнал", усилитель, узкополосный фильтр и блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), причем выход узкополосного фильтра подключен к входу источника когерентных колебаний, при этом модулирующий элемент выполнен в виде отрезка пути распространения упругой волны. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок ФАПЧ состоит из последовательно соединенных опорного генератора, фазовращателя, фазового дискриминатора, фильтра нижних частот и управляющего элемента, выход которого подключен к другому входу фазовращателя, при этом другой вход и выход фазового дискриминатора являются соответственно входами и выходами блока ФАПЧ.