NL8101328A - Parametrische sonar-inrichting van het doppler-type. - Google Patents

Description

V * vo 1739

Parametrische sonar-inrichting van het Doppler-type.

De uitvinding heeft betrekking op een parametrische sonar-inrichting van het Doppler-type en meer in het bijzonder op een sonar-inrichting van het Doppler-type ten gebruike in diep vater.

Sonar-inrichtingen van het Doppler-type voor navigatie, 5 snelheidsmeting en dergelijke op zee zijn bekend. In het algemeen omvatten dergelijke inrichtingen organen om een acoustische bundel onder . een hoek naar beneden naar de bedding van de oceaan te richten. Energie, velke vanuit deze bedding vordt teruggekaatst, keert terug naar de sonar-inrichting, waarin de energie vordt geanalyseerd en verwerkt ten einde 10 de gewenste informatie te verkrijgen.

In betrekkelijk ondiep water is het gereflecteerde signaal voldoende sterk om een nauwkeurige analyse mogelijk te maken. In diep water echter wordt het signaal sterk gedempt, zodat het signaal, dat de sonar-inrichting bereikt, onvoldoende is om een nauwkeurige meting te 15 verschaffen.

Een inrichting voor het verschaffen van bruikbare metingen in zowel diep als ondiep water is beschreven in het Britse octrooi-schrift I.392.OO5. Bij deze inrichting worden signalen van de bodem in betrekkelijk ondiep water gereflecteerd. In dieper water worden poort-20 organen gebruikt om van reflecties, die een gevolg zijn van discontinuïteiten, welke op bepaalde afstanden van het vaartuig in zeewater aanwezig zijn, steekproeven te nemen. In het Britse octrooischrift is verder een inrichting van het "Janus"-type beschreven, waarbij paren acoustische bundels onder een zodanige hoek naar de oceaanbodem worden gezonden, 25 dat deze bundels componenten in tegengestelde horizontale richtingen bezitten. Een horizontale beweging van het schip in het vlak van de bundels wordt gedetecteerd door toename van de frequentie in het gereflecteerde signaal, dat afkomstig is uit een bundel, en een afname van de frequentie in het andere gereflecteerde signaal.

30 Er zijn ook parametrische stelsels ten gebruike in diep water ontworpen. De theorie van de parametrische werking is bijvoorbeeld beschreven door P.J. Westerveldt in een artikel in Journal of the Acoustical Society of America, vol. 35» april 1963, getiteld "Parametric Acoustic Array". In dit artikel wordt door Westerveldt voorgesteld verschil-fre- 81 01 3 28 _ i : - ..... ..... - ‘ ' 2 quente golven door twee sterk gecollimeerde geluidsbundels uit te zenden. Volgens de theorie van Westerveldt zullen de absorptieve eigenschappen van het voortplantingsmedium de hoogfrequente golven dempen en het mogelijk maken, dat de resulterende laagfrequente golf wordt voort-5 geplant in een gebied, dat op een afstand van de bron is gelegen.

In een tweede artikel in hetzelfde Journal, vol. 55» in Januari 197^, getiteld "On the Performance of a Dual Frequency Parametric Source", geeft F.ïï. Fenlon een theoretische uiteenzetting betreffende de vorming van een "far-field" verschil-frequent signaal, dat een gevolg 10 is van de niet-lineaire samenwerking in het voortplantingsmedium wanneer twee verschil-frequente primaire golven gelijktijdig door een bron met eindige amplitude worden uitgezonden. Er zijn verschillende constructies voor het verschaffen van praktische parametrische stelsels ten ge-bruike op zee beproefd. Bij sommige van deze constructies wordt een 15 acoustische convergerende lens gebruikt om gereflecteerde acoustische energie op te zamelen en deze energie te focusseren op transducenten, die in het brandpuntsvlak van de lens zijn opgesteld. Bij een dergelijke constructie echter dienen de transducenten betrekkelijk klein te zijn opdat zij volledig door de geconcentreerde geluidsgolven worden 20 bestraald. Indien dergelijke transducenten dan worden gebruikt voor het opwekken van de vereiste acoustische golf met groot vermogen, zijn deze transducenten onderhevig aan een extreme cavitatie en een dientengevolge optredend falen in verband met een klein, stralingsoppervlak. Voorts kan het gelijktijdig vormen van een aantal bundels met groot'vermogen 25 in het gebied waarin de bundels elkaar snijden tot cavitatie leiden.

De uitvinding beoogt deze tekortkomingen te elimineren of ten minste tot een minimum terug te brengen.

Daartoe omvat de inrichting volgens de uitvinding een aantal transducenten van het zuigertype, die elk zodanig zijn opgesteld, 30 dat zij acoustische energie langs een verschillende bepaalde as uitzenden en ontvangen, organen om elke transducent tijdens bepaalde intervallen te bekrachtigen met een signaal, dat een combinatie van eerste en tweede primaire excitatiefrequenties bezit, een acoustische lens met een ringvormig bundel-convergerend gedeelte, dat een centraal gebied om-35 geeft, dat aan een bundel, welke zich door centrale gebied beweegt, praktisch geen deviatie mededeelt, waarbij elk van de transducenten een dia- 81013 2 8 3 φ * meter heeft, die voldoende groot is om een in hoofdzaak. gecollimeerde acoustisehe "bundel langs de as van die transducent uit te zenden en zodanig is georiënteerd, dat de gecollimeerde bundel door het centrale gebied van de lens vordt gericht, waarbij elk van de transducenten voorts 5 zodanig in het brandpuntsgebied van het convergerende gedeelte van de lens is opgesteld, dat de transducent in hoofdzaak alle acoustisehe energie onderschept, die vanuit een op een afstand gelegen doelwit wordt gereflecteerd en de lens langs de as van de transducent passeert.

Bij voorkeur wordt een massieve acoustisehe lens met 10 een vlak schijfvormig centraal gedeelte en een dubbel concaaf buitenste gedeelte in combinatie met een aantal sone transducenten met grote stralingsoppervlakken voor groot vermogen gebruikt voor het vormen van gecollimeerde bundels met grote amplitude, die het centrale gedeelte van de lens passeren. De gehele lensapertuur wordt gebruikt om energie, die 15 uit een op een afstand gelegen doelwit wordt gereflecteerd, in te vangen. Faseorganen beletten de sommering van drukmaxima in het midden van de lens teneinde eavitatie te vermijden.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: 20 fig. 1 een schema ter illustratie van de werking van een inrichting volgens de uitvinding; fig. 2 een illustratie van drukvariaties, die door een zendende transducent in de inrichting worden veroorzaakt; fig. 3 tot 5 schema’s ter illustratie van organen voor 25 het bekrachtigen van de transducenten; en fig. 6 een schema van een keten ten gebruike bij een ’’«Tanus "-stelsel.

Voordat wordt begonnen met de omschrijving van de in de tekening afgebeelde voorkeursuitvoeringsvorm, zal eerst enige achter-30 grond van de uitvinding worden toe gelicht. Bij het toepassen van de Doppler sonar-technologie is het nodig smalle bundels van acoustisehe energie in bepaalde gewenste richtingen te vormen. Smalle bundels worden geprojecteerd door electro-acoustische transducenten wanneer de afmeting van de stralende transducent-opening groot is vergeleken met de golf-35 lengte van de bundel.

Bij Doppler-sonar-stelsels, die bij middelmatige hoogten ----- 8101328 V' ........ Ϋ * b "boven de bodem van de oceaan werken, kan gebruik worden gemaakt van geluidgolven met hogere frequentie dan die, welke bestemd zijn om de volle oceaandiepten te bereiken ten gevolge van de toenemende absorp-tieverliezen van het oceaanmedium bij een toename van de frequentie.

5 Aangezien de golflengte reciprook is gerelateerd aan de frequentie, zijn grote stralingsoppervlakken nodig om smalle bundels voor Doppler- sonar-stelsels te verschaffen, welke bestemd zijn om met de oceaanbodem • · *0 in diep water samen te werken. Zo kan bijvoorbeeld een bundel van 3 worden gevormd bij 200 kHz met een straler van 15*2 cm voor werking in 10 waterdiepten tot maximaal 300 m. Voor diepten van de orde van 6 km, is een frequentie van 10 kHz nodig en vereist een bundel van 3° een stralings-opening met een diameter van ongeveer 3 m.

Aangezien het duidelijk is,dat dergelijke grote trans-ducenten onpraktisch zijn, zijn niet-lineaire acoustische inrichtingen 15 in de vorm van een parametrisch stelsel voorgesteld als een middel voor het opwekken van een lage frequente bundel met kleine stralingsopeningen. Bij deze methode wordt gebruikt gemaakt van de niet-lineaire eigenschap van water bij het opwekken van een smalle“Bundel van acoustische energie met lage frequentie door de samenwerking van twee hoogfrequente 20 colineaire bundels met iets verschillende frequenties. Zo kan bijvoorbeeld de boden besproken translucent voor 3°, 200 kHz en 15,2 cm worden bekrachtigd met twee frequenties, zoals 205 kHz en 195 kHz, en ten gevolge van de niet-lineariteit van het oceaanwater een secundaire geluid-bundel van 10 kHz in het verre veld verschaffen waarvan de divergenties 25 slechts van de orde van l·0 is. Bij dergelijke stelsels is evenwel het omzetrendement gering, zodat in de primaire bundels een groot vermogen aanwezig moet zijn om een secundaire bundel met voldoende energie voor een doeltreffende werking te verkrijgen.

Het grote voordeel, dat door een parametrisch stelsel 30 wordt geboden bij het reduceren van de afmetingen van de acoustische projectoren, wordt echter beperkt door het feit, dat de electro-acousti-sche translucent op zeer zwakke teruggaande signalen van de oceaanbodem moet reageren. Bij alle sonar-signaalinrichtingen is het gewenst te beschikken over een grote ontvangopening ten einde zo veel mogelijk van 35 de terugg'èvoerde signaalenergie in te vangen. Deze zogenaamde "gericht-heidsindex" impliceert weer, dat een grote trans due ent opening en derhalve smalle bundels met grote gerichtheid gewenst zijn om het signaal 81013 2 8 5 Z % te vergroten en de achtergrondruis te reduceren. Zo is bijvoorbeeld een opening met een diameter van ongeveer j6 cm gewenst voor het verschaffen van een voldoende signaal-ruisverhouding bij 10 kHz ter realisering van een parametrisch stelsel met U bundels voor werking in diepe zee. Der-5 halve zijn zelfs ofschoon de standaardtechniek het gebruik van betrekkelijk kleine parametrische transducenten voor het uitzenden van de acous-tische golven suggereert, betrekkelijk grote ontvanginrichtingen nodig.

Bij een stelsel, waarbij gebruik wordt gemaakt van de eerder genoemde vier parametrische transducenten van 15*2 cm zijn bijvoorbeeld vier ont-10 vanginrichtingen van j6 ca van een enkel fasestelsel van j6 cm nodig.

Het is duidelijk, dat dergelijke grote fasestelsels en meervoudige ont-vanginriehtingen leiden tot een ongewenste complexe bouw, afmetingen en kosten. De uitvoering volgens de uitvinding voorziet nu in een middel voor het verkrijgen van een grote opening en sterke gerichtheid in een 15 stelsel met een aantal bundels waarvan de afïaetingen, de complexe bouw en de kosten zijn gereduceerd.

De standaardtechniek suggereert het gebruik van een convergerende lens in combinatie met een aantal kleine transducenten, gelijk aan het aantal bundels, dat moet worden opgewekt, waarbij elke 20 translucent in het brandpuntsvlak van de lens is. opgesteld. Aangezien evenwel de transducenten bij een dergelijke constructie in een brandpunt zijn opgesteld, moeten zij noodzakelijkerwijs een kleine diameter hebben om de lens met een sferisch golffront te bestralen opdat een vlakke golf met smalle bundel wordt verkregen. Aangezien een parametrische 25 opwekking een groot vermogen vereist om redelijke secundaire-bundelener-gieën te verkrijgen, veroorzaakt een dergelijke bekende constructie ernstige cavitatieproblemen bij het kleine werkzame oppervlak van de transducenten.

Bij de inrichting volgens de uitvinding wordt voordeel 30 getrokken van het vermogen van een lens om energie, die over een grote opening invalt, te vergaren en deze energie op een klein gebied te fo-cusseren. Invallende vlakke evenwijdige stralen uiteen bepaalde richting behouden hun oriëntatie ten opzichte van de lens, zodat een aantal transducenten, die binnen de brandpuntslengte van de lens zijn opgesteld, in 35 staat zijn om energie uit bepaalde richtingen te ontvangen, welke richtingen worden bepaald door de hoek tussen de as van de lens en de lijn _Λ 8101328

* V

6 tussen het midden van de lens en de transducent. Aangezien de transdu-centen niet in het "brandpuntsvlak zijn opgesteld, kunnen zij voldoende groot worden uit gevoerd om rekening te houden met de eisen van een betrekkelijk groot vermogen, terwijl tegelijkertijd een gecollimeerde bun-5 del wordt gevormd, die door een centrale planaire sectie van de lens wordt voortgeplant.

Pig. 1 toont een lens-transducentstelsel waaraan de voorkeur wordt gegeven. Gebruik wordt gemaakt van een acoustische lens 1 met een aantal parametrische transducenten 2, 2* waarvan de oppervlak-10 tegebieden consistent zijn met de energie-verwerkende eisen van een voorgestelde toepassing. Bij transmissie zijn deze transducenten 2, 2' voldoende groot om scherp gecollimeerde bundels 3 bij de hoge primaire bundelfrequentie en het grote vermogen daarvan te verschaffen. De gecollimeerde bundels 3 passeren ongewijzigd een centraal parallel gedeel-15 te U in het midden van de lens 1.

Zoals aangegeven in figuur 1» kan de acoustische lens 1 worden beschouwd als een hybride lens doordat deze het centrale schijfvormige gedeelte '#~ömvat, dat is omgeven door een ringvormig omzetge-deelte, bepaald door de dubbele concave vlakken V.

20 Het ringvormige omzetgedeelte van de lens 1 dient om het van de bodem van de oceaan gereflecteerde signaal op de transducenten te concentreren. Het centrale schijfvormige gedeelte k dient als een "neutraal" gedeelte doordat dit gedeelte het mogelijk maakt, dat de gecollimeerde bundels 3 in dit gebied praktisch zonder wijziging door-25 lopen.

Derhalve passeren binnenkomende evenwijdige stralen 5 het ringvormige bovengedeelte van de lens 1 en worden naar het brandpunt svlak, waarin het brandpunt 6 is gelegen, geconvergeerd. Aangezien evenwel elke transducent 2, 2' binnen de brandpuntsafstand van de lens 30 is opgesteld, worden deze stralen over het transducent oppervlak verdeeld. De smalle bundel van evenwijdige stralen, die het centrale vlakke "neutrale" gedeelte ^ van de lens 1 binnentreedt, beweegt zich met slechts een zeer kleine fasedeviatie ten opzichte van de randstralen naar de transducent en beïnvloedt het ontvangvermogen praktisch niet. In verband 35 met het bëtrekkelijk grote oppervlak van elke transducent 2, 2’ onderschept de transducent in wezen alle binnenkomende stralen, die voor die 8101328 * τ transducent "bestemd zijn» zelfs ofschoon de transducent voor het brandpunt van de lens is opgesteld. Aangezien de transducent dichter bij de lens 1 dan bij het brandpunt is opgesteld, vordt hierdoor de diepte van het stelsel gereduceerd. Een dergelijke reductie in diepte wordt 5 van belang bij scheepsinstallaties, waarbij de lens 1 in een vlak ligt met de romp van het vaartuig en de diepte van het stelsel de ruimte bepaalt, velke nodig is om de installatie in onder te brengen.

Opgemerkt wordt, dat de voortschuiving van elke transducent 2, 2' naar de lens 1 slechts op een ideale wijze kan plaats-10 vinden indien het oppervlak van de transducent sferisch is en een kromtestraal heeft, die gelijk is aan de afstand van dat oppervlak tot het echte brandpunt aangezien slechts onder dergelijke omstandigheden het transducent oppervlak alle stralen in fase en derhalve in additieve relatie ontvangt. Er wordt evenwel op gewezen, dat het platte oppervlak kan 15 worden gebruikt omdat de fasedeviatie zeer klein wordt gemaakt ten gevolge van de betrekkelijk lage frequentie van de ontvangen signalen.

Aan een transducent met een plat oppervlak wordt de voorkeur gegeven omdat een dergelijke transducent op eenvoudige wijze kan worden vervaardigd en tot een meer economische constructie leidt. Opgemerkt wordt, dat 20 het vlakke centrale gedeelte 4 van de lens kan worden geëlimineerd, zodat de bundels 3 in werkelijkheid een opening in de lens passeren. Aan een dergelijke constructie wordt normaliter evenwel niet de voorkeur gegeven omdat deze kan leiden tot hydrodynamische storingen langs de onderzijde van het schip, ten gevolge waarvan de uitrusting en de wer-25 king van het schip op een schadelijke wijze zouden kunnen worden beïnvloed.

De lens 1 zelf wordt op de meest geschikte wijze vervaardigd uit een kunststofmateriaal, zoals polystyreen, methylmethacrylaat, of syntactisch epoxyschuim, waarvan de specifieke acoustische impedan-30 ties praktisch niet verschillen van die van water en waarvan de acoustische absorptie gering is. Omdat de voortplantingssnelheden in dergelijke materialen groter zijn dan in water, vertonen deze materialen brekingsindices, welke kleiner zijn dan 1,0. In verband hiermede zijn de krommingen in het ringvormige gedeelte van de lens 1 het negatieve 35 van die, welke normaliter zouden worden verwacht bij optische lensconstructies .

___^ 8101328 8

* V

Overeenkomstig de tekende parametrische methoden wordt elke transducent 2, 2' door signalen met twee frequenties "bekrachtigd voor het vormen van een uit te zenden "bundel. In verhand met de niet-lineaire eigenschap van het water wordt een secundaire bundel gevormd 5 in een gebied, dat op een afstand van de:romp van het vaartuig is gelegen. Deze secundaire bundel heeft een frequentie, die gelijk is aan het verschil van de primaire frequenties, welke worden gebruikt voor het bekrachtigen van de transducent en. De secundaire bundel wordt door de oceaanbodem gereflecteerd en keert terug naar het gebied van de lens, 10 waar de bundel wordt gericht op de bepaalde transducent waaruit het signaal oorspronkelijk afkomstig was.

Meer in het bijzonder kan de in figuur 1 afgebeelde configuratie de volgende parameters bezitten:

Primaire frequenties - twee frequenties, die om onge-15 veer 200 kHz zijn gecentreerd, secundaire frequenties - 0 - 20 kHz, primair vermogen - 200 watt per frequentie, — transducenten - cirkelvormige zuiger, diameter 15,2 cm, configuratie - U bundels met een verschuiving van 15° 20 ten opzichte van de as in twee loodrechte vlakken.

Lensomschrijving:

Materiaal - polystyreen, brandpuntsafstand = 1,1 n - dubbel concaaf, ontwerp met minimale sferische aberratie.

25 Kromtestralen: 172 cm; 68 cm.

Afstand tussen transducent en lens: 99 cm.

Men zal zieh herinneren, dat elk van de transducenten 2, 2' wordt bekrachtigd uit een bron met twee frequenties, welke later zal worden beschreven.

3°

In figuur 2 stelt de golf 7 de drukgolf voor, die vanuit een zendende transducent 2 of 2' in de inrichting wordt geëmitteerd. Volgens de bekende principes is de golf 7 in wezen een sinusvormig gemoduleerde sinusgolf aangezien de golf de som van twee primaire sinusgol- ven met iets verschillende frequenties voorstelt.

t Er treedt een periodieke versterking op wanneer de fasen bij elkaar worden opgeteld en er treedt een opheffing op wanneer de fasen 35 8101328 9 i ·% van elkaar worden afgetrokken. De periode 8 stelt de periode van de verschil- (secundaire) frequentie voor, waarbij dit signaal wordt gevormd door het demodulatie-effect, dat in de waterkolom optreedt ten gevolge van de niet-lineariteit van dit medium. Op een soortgelijke 5 wijze stelt de golf 9 in. figuur 2 de drukgolf voor, welke op dezelfde tijdschaal als de golf 7 is getekend, waarbij een van de primaire sinus-golven over 180° in fase is verschoven. Zoals zal worden uiteengezet, is deze faseverschuiving van 180° gewenst, aangezien, zoals uit figuur 2 blijkt, de drukmaxima van een golf dan gelijktijdig met de drukminima 10 van de andere golf optreden.

Verder blijkt uit figuur 2, dat ondanks het feit, dat de fase-versehuiving plaatsvindt bij de primaire hoge frequentie, de gewenste fasewijziging optreedt bij lage secundaire frequentietijd-schaal. Hierdoor kan het niet-samenvallen van drukmaxima worden onder-15 houden gedurende een halve secundaire golflengte wegverschil in de ruimte, zodat een geheel gebied om het lensgedeelte 4 vrij kan zijn van de som van twee drukmaxima. In een stelsel, zoals dit boven is beschreven, met een frequentieverschil van 10 kHz, 2 transducenten, die op een afstand van 99 co van het lensmidden zijn opgesteld en op een afstand 20 van 58 cm van elkaar zijn gelegen, doet zich bijvoorbeeld geen fase-eoxncidentie voor voordat de golven een afstand van 13,5 cm van het midden van de lens bereiken. Deze afstand is bijna tweemaal zo groot als de breedte van de snijding van de twee gecollimeerde bundels in dat gebied.

25 Bij een "Janus"-stelsel, waarbij gebruik wordt gemaakt van vier transducenten, die op gelijke afstanden van elkaar om de as van de lens zijn opgesteld, wordt het tweede paar transducenten bij voorkeur zodanig bekrachtigd, dat de primaire fase van de eerste transducent van dit paar over 90° wordt verschoven en de primaire fase van de tweede van 30 deze transducenten over 270° wordt verschoven teneinde binnen het tweede paar het faseverschil van 180° te onderhouden. Op deze wijze zullen van geen tweetal van de vier emissies de piekdrukamplïtuien in het lensgedeelte 4 bij elkaar worden opgeteld.

De figuren 3 en i»· zijn schematische voorstellingen van 35 ketens om de transducenten met een voedingsbron te koppelen teneinde de in figuur 2 afgebeelde faserelaties te verkrijgen. Bij de keten vol- ____ .Ιίί 8101328

* V

TO

gens figuur 3 worden twee signalen f^ en f^, die elk een gewenste primaire frequentie voorstellen, gesommeerd in een sommeernetwerk 10. Dergelijke sommeernetwerken zijn "bekend en leveren een analoog signaal, dat een eenvoudige som van twee sinusvormige signalen voorstelt en bij-5 voorbeeld overeenkomt met de drukgolfvorm T, weergegeven in figuur 2.

Het uitgangssignaal van het sommeemetverk 10 wordt via een linaire versterker 11 aan de transducent 2 toegevoerd.

De primaire excitatiefrequentie f ^ wordt ook aangelegd aan een tweede sommeernetwerk 10’. Het primaire excitatiesignaal fg wordt 10 ook via een fasever schuiver van 180° aan het sommeernetwerk 10' toegevoerd voor het verkrijgen van een in fase verschoven somfrequentie. Dit laatste signaal wordt via een lineaire versterker 11' aan de transducent 2' toegevoerd, zodat het transducentenpaar 2 en 2' uitgangssignalen levert waarvan de faserelatie is weergegeven door de golf vormen 7 en 9 in 15 figuur 2.

Het is duidelijk, dat ofschoon de bovenstaande toelichting betrekking heeft op een paar transducenten 2 en 2' ook een combinatie van drie of meer transducenten kan worden toegepast. In die gevallen wordt elke verdere transducent via afzonderlijke sommeernetwerken, 20 lineaire versterkers en f as evers chui vers bekrachtigd. De f as evers chui vers -·' bij deze toepassingen moeten evenwel zodanig worden ingesteld, dat dienovereenkomstig kleinere fas evers chui vingen worden verkregen opdat de uit de individuele transducenten in de bepaalde combinatie uitgezonden bundels ten opzichte van elkaar equiangulaire faseversehuivingen bezit-25 ten.

Men kan ook gebruik maken van de voorkeursketen volgens figuur k om de primaire excitatiefrequenties aan hetpaar transducenten 2 en 2' toe te voeren. Bij de keten volgens figuur ^ worden de primaire excitatiefrequenties f^ en f2 via individuele vermogensversterkers 13 en 30 I** over een normale hybride-koppelinrichting 15 gevoerd. De uitgangs signalen uit de som- en verschilpoorten van de hybride-koppelinrichting 15 worden toegevoerd aan de respectieve transducenten 2 en 2*. De keten volgens figuur U heeft als voordeel, dat geen lineaire versterkers nodig zijn aangezien slechts primaire excitatiesignalen met constant 35 niveau voor de sommering worden versterkt. De versterkers zijn nodig voor het verschaffen van het gewenste uitgangsniveau doch behoeven een variërende omhullende niet getrouw weer te geven. De sommatie geschiedt 8101328 11 op hoog niveau door middel van de hybride-koppelinrichting 15, welke een inrichting met vier poorten is, waarin twee poorten ingangen zijn en twee uitgangspoorten een signaal leveren, dat equivalent is aan de combinatie van de respectieve primaire excitatiesignalen. Hybride-kop-5 pelinrichtingen van verschillende typen zijn bekend doch in het algemeen zijn dergelijke koppelinrichtingen versies van een gebalanceerde elec-trische brug en in het algemeen in de handel verkrijgbaar voor verschillende vermogens en frequenties.

Een geschikt type hybride-koppelinrichting is bij wijze 10 van voorbeeld weergegeven in figuur 5· Deze koppelinrichting bestaat in wezen uit een gebalanceerde brug 16, die via een nauwkeurig in het midden afgetakte transformator 17 wordt bekrachtigd. De ingangssignalen worden aan de respectieve ingangspoorten 18 en 19 toegevoerd en de uitgangssignalen worden uit de som-verschilpoorten afgenomen. De transformator 15 17 is bestemd voor een juiste transformatie van de ingangsspanning, ge woonlijk geleverd met een geschikte aardisolatie.

Fig. 6 toont een keten voor het bekrachtigen van een stelsel met vier bundels zoals een "Janus"-Doppler-sonarstelsel, waarbij gebruik wordt gemaakt van het type aandrijfketen, weergegeven in fig. 20 1«·. Naast de vermogensversterkers 13 en 1^ en de hybride-koppelinrichting 15 voor het aandrijven van de transducenten 2 en 2', zoals eerder onder verwijzing naar figuur U beschreven, omvat de keten volgens figuur 6 verdere vennogensversterkers 20 en 21 voor het aandrijven van een hybride-koppelinrichting 22 ten einde het tweede paar transducenten 23 en 23' te 25 bekrachtigen. De vermogensversterkers, de hybride-koppelinrichting en de transducenten komen overeen met de overeenkomstige elementen van figuur 4 ofschoon de vermogensversterker 21 via een faseverschuiver 2h van 90° met de primaire excitatiefrequentie wordt aangegeven. Door middel van de keten volgens figuur 6 levert elk paar transducenten 2, 2' en 30 23, 23’ een paar uitgangsgolven, als weergegeven door de golfvormen 7 en 9 in figuur 2. Het paar golven, dat door de transducenten 23 en 23r wordt geleverd, is evenwel naar de tijd over 90° verschoven ten opzichte van het paar golven, dat door de transducenten 2 en 2' wordt opgewekt.

Deze faseverschuiving van 90° doet de maxima van een stel golven ten op-35 zichte van de maxima van het andere stel golven verschuiven met een bedrag, dat gelijk is aan een kwart van de golflengte 8, aangegeven in fi- 8101328 » 12 guur 2, waardoor derhalve een versterking tussen individuele golven wordt vermeden.

De inrichting volgens de uitvinding voorziet in een praktisch middel voor het bedrijven van een parametrisch sonarstelsel 5 van het Doppler-type in diep water. Het grote vermogen, dat bij een dergelijk stelsel vereist is, wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van transducenten met relatief grote opening in combinatie met de speciale lens, die een neutraal centraal gedeelte bevat, dat een in hoofdzaak ongestoorde voortplanting van de primaire bundel mogelijk maakt, 10 en een convergerend gedeelte, dat dient om het teruggaande signaal met gering vermogen op te zamelen en dit signaal op een transducent te concentreren. Door de transducenten voor het brandpuntsvlak van de lens op te stellen, kan de relatief grote transducent in hoofdzaak alle teruggaande energie in een bepaalde bundel onderscheppen. Cavitatie-15 problemen in het watermedium, welke zich kunnen voordoen in verband met de aan stelsels met een aantal bundels gestelde eisen ten aanzien van groot vermogen, worden vermeden door de individuele acoustisehe golven een zodanige fase te geven, dat een versterking van de individuele golven in het gebied van de bundelsnijdingen wordt belet.

8101328

Claims (9)

1. Parametrische sonar-inrichting van het Doppler-type, gekenmerkt door een aantal transducenten (2, 2', 23, 23') van het zui-gertype, die elk zodanig zijn opgesteld, dat zij acoustische energie langs een verschillende bepaalde as uit zenden en ontvangen, organen om 5 elke transducent tijdens bepaalde tijdintervallen te bekrachtigen met een signaal, dat een combinatie van eerste en tweede primaire excitatie-frequenties omvat, een acoustische lens (t) met een ringvormig stralen-convergerend gedeelte (V), dat een centraal gebied (h) omgeeft, dat aan een bundel, welke het centrale gebied passeert, praktisch geen 10 deviatie mededeelt, waarbij elk van de transducenten (2, 2’, 23, 23’) een diameter heeft, welke voldoende groot is om een in hoofdzaak gecol-limeerde acoustische bundel langs de as van die transducent uit te zenden en zodanig is georiënteerd, dat de gecollimeerde bundel door het centrale gebied van de lens wordt gericht, waarbij elk van de transdu-15 centen (2, 2’, 23* 23’) voorts binnen het brandpuntsgebied van het convergerende gedeelte (ku) van de lens zodanig is opgesteld, dat in hoofdzaak alle acoustische energie wordt onderschept, die vanuit een zich op een afstand bevindend doelwit wordt gereflecteerd en de lens langs de as van deze transducent passert.

2. Sonar-inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het centrale gebied bestaat uit een centraal schijfvormig gedeelte (1*0 van de lens (1).

3. Sonar-inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het ken merk, dat het aantal transducenten een paar transducenten (2, 2r) omvat 25 en de organen voor het bekrachtigen van deze transducenten zijn voorzien van organen (10, 10’) voor het verschaffen van een-signaal, dat gelijk is aan een momentane som van de eerste en tweede signalen naar de transducenten. Sonar-inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, 30 dat de organen voor het bekrachtigen van het paar transducenten (2, 2f) verder zijn voorzien van organen (12) om de fase van het aan een van de transducenten van het paar toegevoerde signaal over 180° te verschuiven ten opzichte van het aan de andere transducent van het paar toegevoerde signaal. 8101328 y-

5· Sonar-inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het aantal transducenten twee paren transducenten (2, 2", 23, 23') omvat, die voor een werking in een "Janus"-stelsel zijn opgesteld.

56. Sonar-inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat. de organen voor het "bekrachtigen van de transducenten zijn voorzien van organen om de fase van het signaal, dat aan een van de transducenten van elk paar wordt toegevoerd, over 180° te verschuiven ten opzichte van het signaal, dat aan de andere transducent van het paar wordt toegevoerd, 10 en verder is voorzien van organen (2k) om de fase van de signalen, die aan een paar transducenten worden toegevoerd over 90° te verschuiven ten opzichte van de signalen, die aan het andere paar transducenten worden toegevoerd.

7. Sonar-inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het 15 kenmerk, dat het aantal transducenten een paar transducenten (2, 2’) omvat en de organen voor het.bekrachtigen van de transducenten zijn voorzien van individuele sommeerorganen (10, 10’) welke op de eerste en tweede signalen reageren, en individuele lineaire versterkerorganen (11, 11T), die op de uitgangssignalen van de overeenkomstige sommeer-20 organen (10, 10') reageren om elte transducent te bekrachtigen, waarbij de bekrachtigingsorganen voorts zijn voorzien van faseverschuivings-organen (12) om de fase van het tweede signaal om te keren voordat dit signaal aan een van de sommeerorganen wordt toegevoerd.

8. Sonar-inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het 25 kenmerk, dat het aantal transducenten een paar transducenten (2, 2') omvat en de organen voor het bekrachtigen van de transducenten zijn voorzien van individuele vermogensversterkers (13, 1^·), welke zodanig zijn gekoppeld, dat deze de respectieve eerste en tweede signalen ontvangen, en een hybride-koppelinrichting (15) met eerste en tweede ingangspoorten, 30 en som- en verschiluitgangspoorten, waarbij de eerste en de tweede ingangspoorten zodanig zijn gekoppeld, dat deze de uitgangssignalen uit de eerste en tweede vermogensversterkers ontvangen en de som- en verschiluitgangspoorten zodanig zijn gekoppeld, dat de eerste en tweede transducenten in het respectieve paar wordt bekrachtigd. 35 9· Sonar-inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de lens (1) bestaat uit een materiaal met een acous- 8101328 η tisehe voortplantingssnelheid, welke groter is dan die van water, waar bij bet ringvormige gedeelte (^!) de vorm heeft van een dubbel concave lens.

10. Sonar-inrichting volgens conclusie 9» met het kenmerk, 5 dat de lens (1) bestaat uit methylmethacrylaat, een syntactische epoxy- schuim of polystyreen.

11. Sonar-inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het ringvormige gedeelte (k) van de lens (1) zodanig is uitgevoerd, dat een brandpuntslengfce van in hoofdzaak 1,1 m 10 wordt verkregen en de transducenten op een afstand van in hoofdzaak 99 cm van de lens zijn opgesteld. -- - 8101328