RU101202U1

RU101202U1 - MULTI-FREQUENCY SPEAKING SYSTEM

Info

Publication number: RU101202U1
Application number: RU2010125281/28U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Корсков; Владимир Алексеевич Буланов
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2011-01-10

Abstract

Система многочастотного акустического зондирования, состоящая из антенны, включающей как минимум по одному резонансному и параметрическому акустическому преобразователю, соединенной посредством подводного кабеля с аппаратурным комплексом, содержащим тракт излучения, выполненный на базе программируемого цифрового генератора и усилителя мощности, тракт приема, состоящий из группы параллельно включенных селективных фильтров, частоты которых соответствуют рабочим частотам акустических преобразователей, а их количество равно количеству акустических преобразователей, усилителей, выполненных с возможностью усиления на своей частоте сигналов выделенных фильтрами, сумматора сигналов и амплитудного детектора, а также систему регистрации, обработки и расчета частотной зависимости амплитуд принятых акустических сигналов, выполненную на базе одноканального аналого-цифрового преобразователя и процессора обработки, при этом антенна подключена к кабелю, другой конец которого подключен к коммутатору для разделения сигналов излучения-приема. A multi-frequency acoustic sounding system consisting of an antenna including at least one resonant and parametric acoustic transducer connected via an underwater cable to a hardware complex containing a radiation path based on a programmable digital generator and power amplifier, a reception path consisting of a group of parallel-connected selective filters, the frequencies of which correspond to the working frequencies of acoustic transducers, and their number is equal to two acoustic transducers, amplifiers, capable of amplifying the signals extracted by the filters at their frequency, an adder of signals and an amplitude detector, as well as a system for recording, processing and calculating the frequency dependence of the amplitudes of the received acoustic signals, based on a single-channel analog-to-digital converter and processing processor, wherein the antenna is connected to a cable, the other end of which is connected to the switch to separate the radiation-reception signals.

Description

Полезная модель относится к гидроакустике, конкретно, к системам акустического зондирования морской среды и может использоваться в акустической спектроскопии мелкомасштабных неоднородностей для оценки размерного спектра неоднородностей и их концентрации.The utility model relates to hydroacoustics, specifically, to systems of acoustic sounding of the marine environment and can be used in acoustic spectroscopy of small-scale inhomogeneities to estimate the size spectrum of inhomogeneities and their concentration.

Системы многочастотного акустического зондирования морской среды применяются, например, при наличии в воде неоднородностей с выраженными резонансными свойствами, такими как рыбы с плавательным пузырем, отдельные виды планктона, содержащие газовые пузырьки (сифонофоры) и др., изучение рассеяния звука на различных частотах позволяет определить функцию распределения таких включений по размерам.Systems of multi-frequency acoustic sounding of the marine environment are used, for example, if there are heterogeneities in the water with pronounced resonance properties, such as fish with a swimming bladder, certain types of plankton containing gas bubbles (siphonophores), etc., the study of sound scattering at different frequencies allows us to determine the function size distribution of such inclusions.

Сложности создания многочастотных систем для зондирования морской среды заключаются в отсутствии акустических преобразователей, позволяющих эффективно излучать звук в широкой полосе частот. Поэтому, как правило, для зондирования применяется акустические антенны, включающие группу преобразователей с различными резонансными частотами и с соответствующими их частотам трактами излучения и приема, выделения и обработки сигналов.The difficulties in creating multi-frequency systems for sensing the marine environment lie in the absence of acoustic transducers that allow efficiently emit sound in a wide frequency band. Therefore, as a rule, acoustic antennas are used for sounding, including a group of transducers with different resonant frequencies and with the corresponding paths of radiation and reception, isolation and processing of signals.

Известно применение резонансных преобразователей для поиска и локализации рыбных косяков. Например, рыбопоисковые гидролокаторы японской фирмы FURUNO FCV-1100 и FCV-1150 имеют антенны двухчастотного излучения, использующие резонансные преобразователи, которые излучают и принимают звук последовательно на двух частотах (низкой и высокой).It is known the use of resonant converters for the search and localization of fish schools. For example, fish-finding sonars of the Japanese company FURUNO FCV-1100 and FCV-1150 have dual-frequency radiation antennas using resonant transducers that emit and receive sound in series at two frequencies (low and high).

В качестве альтернативы резонансным преобразователям известно применение параметрических акустических преобразователей, обладающих наряду с широкой полосой рабочих частот, также и высокой направленностью в рабочей полосе частот (п. РФ №2308053, МПК G01S 15/04, Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. Л.: Судостроение. 1981. 264 с.).As an alternative to resonant transducers, it is known to use parametric acoustic transducers, which, along with a wide operating frequency band, also have a high directivity in the working frequency band (clause RF No. 2308053, IPC G01S 15/04, Novikov B.K., Rudenko O.V. ., Timoshenko V.I. Nonlinear hydroacoustics. L .: Shipbuilding. 1981. 264 p.).

Главным недостатком параметрических преобразователей является низкий уровень перекачки энергии высоких частот (частот накачки) в параметрическое низкочастотное излучение комбинационных частот, поэтому для их эффективной работы требуются большие мощности излучающих трактов и высокая чувствительность приемных трактов. Так при параметрической генерации волн разностной частоты из высокочастотных волн накачки даже при оптимальном режиме генерации не более 1% энергии волн накачки может быть преобразовано в волны разностной частоты. Параметрический прием требует высокочувствительной аппаратуры с высокой селективностью по частоте, поскольку уровень параметрических сигналов очень мал и часто соизмерим с уровнем шумов (Барник В., Вендт Г., Каблов Г.П. Гидролокационные системы вертикального зондирования дна. Под ред. А.Н.Яковлева. - Новосибирск: Изд-во Новое иб. Ун-та, 1992. - 218 с.).The main disadvantage of parametric converters is the low level of transfer of high-frequency energy (pump frequencies) to the parametric low-frequency radiation of combination frequencies, therefore, for their effective operation, high power of radiating paths and high sensitivity of the receiving paths are required. So, with parametric generation of difference-frequency waves from high-frequency pump waves, even with the optimal generation mode, not more than 1% of the energy of the pump waves can be converted to difference-frequency waves. Parametric reception requires highly sensitive equipment with high frequency selectivity, since the level of parametric signals is very small and often comparable with the noise level (Barnik V., Vendt G., Kablov GP. Sonar systems for vertical sounding of the bottom. Ed. By A.N. Yakovleva. - Novosibirsk: Publishing House New ib. Un-ta, 1992. - 218 p.).

Главное преимущество резонансных преобразователей - высокий коэффициент преобразования электрической энергии в акустическую, поэтому для их работы требуются излучающие тракты с мощностью во много раз меньшей, чем для параметрических трактов излучения.The main advantage of resonant transducers is a high coefficient of conversion of electrical energy into acoustic energy, therefore, their operation requires emitting paths with a power many times smaller than for parametric radiation paths.

Наиболее близко к заявляемому устройству стоит система, описанная в п. РФ №1641102, МПК G01S 15/00, которая принята за прототип. Система включает параметрический акустический излучающий преобразователь, приемные преобразователи накачки и волн разностной частоты, тракт излучения и тракт приема, систему обработки и регистрации принятого сигнала.Closest to the claimed device is the system described in p. RF No. 1641102, IPC G01S 15/00, which is adopted as a prototype. The system includes a parametric acoustic emitting transducer, receiving transducers for pumping and differential frequency waves, a radiation path and a receiving path, a system for processing and recording the received signal.

Тракт излучения состоит из генератора амплитудно-модулированных импульсов, построенного на двух генераторах (несущей и огибающей частот) и двух модуляторах (амплитудном и импульсном), усилителе мощности, коммутатора сигналов прием-передача. Параметрический излучающий преобразователь излучает в воду амплитудно-модулированные импульсы, которые за счет нелинейности среды формируют волну разностной частоты (ВРЧ). Отраженные от зондируемого объекта сигналы ВРЧ и частоты накачки принимаются приемными преобразователями, усиливаются, стробируются по времени и детектируются в усилителях-ограничителях (тракт приема). Далее видеосигналы поступают в систему обработки на входы нормирующего устройства, в котором сигнал ВРЧ приводится к уровню сигнала на частоте накачки. В зависимости от размера лоцируемого объекта (больше длины ВРЧ или меньше ее) сигнал ВРЧ будет либо отражаться от него либо огибать его. В соответствии с этим на выходе нормирующего устройства будет единичное или нужное напряжение, что позволяет судить о размерах лоцируемого объекта. Далее сигналы, несущие информацию о размерах объекта и частоте ВРЧ, регистрируются в системе регистрации. Для более точного определения размеров длина ВРЧ изменяется путем перестройки частоты модуляции, вырабатываемой генератором амплитудно-модулированных импульсов.The radiation path consists of an amplitude-modulated pulse generator built on two generators (carrier and frequency envelope) and two modulators (amplitude and pulse), a power amplifier, and a receive-transmit signal switch. A parametric radiating transducer emits amplitude-modulated pulses into the water, which, due to the nonlinearity of the medium, form a difference frequency wave (TFC). The signals of the RF and pump frequencies reflected from the probed object are received by the receiving transducers, amplified, time-gated and detected in the amplifier-limiters (reception path). Next, the video signals are fed to the processing system at the inputs of the normalizing device, in which the RF signal is brought to the signal level at the pump frequency. Depending on the size of the located object (more or less than the length of the VLF), the VLF signal will either be reflected from it or bend around it. In accordance with this, at the output of the normalizing device there will be a unit or the required voltage, which allows one to judge the size of the located object. Further, signals carrying information about the size of the object and the frequency of the frequency response are recorded in the registration system. For a more accurate sizing, the length of the VLF is changed by tuning the modulation frequency generated by the amplitude-modulated pulse generator.

Известно, что эффективность параметрического преобразования зависит от соотношения частот накачки и разностных частот, нелинейности среды и режима излучения. Поэтому параметрический преобразователь не всегда может обеспечить требуемый диапазон частот, а эффективность преобразования при перестройке частоты изменяется в больших пределах. Кроме того, построение генератора амплитудно-модулированных импульсов на двух генераторах (несущей и огибающей частот) и двух модуляторах (амплитудном и импульсном) ограничивает возможности формирования сигналов в широком диапазоне частот и различной формы из-за жестко заданной структурной схемы.It is known that the efficiency of parametric conversion depends on the ratio of pump frequencies and difference frequencies, medium nonlinearity and radiation mode. Therefore, a parametric converter can not always provide the required frequency range, and the conversion efficiency during frequency tuning varies within wide limits. In addition, the construction of a generator of amplitude-modulated pulses on two generators (carrier and envelope of frequencies) and two modulators (amplitude and pulse) limits the possibility of generating signals in a wide range of frequencies and various shapes due to a rigidly defined structural scheme.

Задача, решаемая заявляемым устройством, состоит в расширении рабочего диапазона частот, формы зондирующих сигналов, повышении стабильности характеристик излучаемых сигналов и повышении помехозащищенности устройства.The problem solved by the claimed device is to expand the operating frequency range, the shape of the probing signals, increasing the stability of the characteristics of the emitted signals and increasing the noise immunity of the device.

Поставленная задача решается системой многочастотного акустического зондирования, содержащей источник излучения, соединенный посредством подводного кабеля с аппаратурным комплексом, состоящим из тракта излучения, тракта приема, и системы регистрации и обработки принятого акустического сигнала, при этом источник излучения выполнен в виде антенны, включающей как минимум по одному резонансному и параметрическому акустическому преобразователю, трак излучения выполнен на базе программируемого цифрового генератора и усилителя мощности, коммутатор, который переводит систему из режима излучения в режим приема, тракт приема состоит из группы параллельно включенных селективных фильтров, количество которых равно количеству акустических преобразователей, а частоты фильтров соответствуют рабочим частотам акустических преобразователей, сумматора сигналов и амплитудного детектора, а система регистрации и обработки выполнена на базе одноканального аналого-цифровой преобразователя и процессора обработки и расчета частотной зависимости амплитуд принятых акустических сигналов.The problem is solved by a multi-frequency acoustic sounding system containing a radiation source connected via an underwater cable to a hardware complex consisting of a radiation path, a reception path, and a system for recording and processing the received acoustic signal, while the radiation source is made in the form of an antenna including at least one resonant and parametric acoustic transducer, the radiation path is based on a programmable digital generator and power amplifier , a switch that transfers the system from the radiation mode to the reception mode, the reception path consists of a group of selective filters connected in parallel, the number of which is equal to the number of acoustic transducers, and the filter frequencies correspond to the operating frequencies of the acoustic transducers, a signal adder and an amplitude detector, and a recording and processing system made on the basis of a single-channel analog-to-digital converter and a processor for processing and calculating the frequency dependence of the amplitudes of the received acoustic systems catch.

На фиг. приведена функциональная схема заявляемого устройства, где 1 - антенна, 2 - аппаратурный комплекс, 3 - кабель, 4 - акустические преобразователи, 5 - процессор обработки и расчета частотной зависимости амплитуд принятых акустических сигналов, 6 - цифровой генератор сигналов, 7 усилитель мощности, 8 - коммутатор сигналов, 9 - полосовые фильтры, 10 - корректирующие усилители, 11 - сумматор сигналов, 12 - амплитудный детектор, 13 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП).In FIG. the functional diagram of the claimed device is shown, where 1 is the antenna, 2 is the hardware complex, 3 is the cable, 4 is the acoustic transducer, 5 is the processor for processing and calculating the frequency dependence of the amplitudes of the received acoustic signals, 6 is a digital signal generator, 7 is a power amplifier, 8 is signal switch, 9 - bandpass filters, 10 - correction amplifiers, 11 - signal combiner, 12 - amplitude detector, 13 - analog-to-digital converter (ADC).

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

Антенну 1 устанавливают на дно и направляют в сторону поверхности. С аппаратурным комплексом 2 она соединяется подводным кабелем 3.Antenna 1 is mounted on the bottom and directed towards the surface. With hardware complex 2, it is connected by an underwater cable 3.

Цифровой программируемый генератор 6 последовательно генерирует импульсы, количество которых равно количеству преобразователей в антенне, с частотами заполнения, соответствующими рабочим частотам преобразователей 4 антенны 1. Каждый преобразователь антенны возбуждается импульсом, соответствующим его рабочей частоте, и излучает акустический сигнал в воду. Между импульсами программно генератором импульсов 6 обеспечивается пауза, необходимая для того, чтобы излученный акустический импульс прошел все звукорассеивающие структуры в толще воды, отразился от поверхности моря и вернулся к антенне 1. Сигналы обратного рассеяния принимаются теми же преобразователями 4 антенны 1 и по кабелю 3 через коммутатор сигналов 8 передаются к устройствам регистрации и обработки данных 13 и 5 (АЦП, процессор обработки и расчета).The digital programmable generator 6 sequentially generates pulses, the number of which is equal to the number of converters in the antenna, with fill frequencies corresponding to the operating frequencies of the converters 4 of the antenna 1. Each antenna converter is excited by a pulse corresponding to its operating frequency, and emits an acoustic signal into the water. Between pulses, the pulse generator 6 provides a pause necessary for the emitted acoustic pulse to pass through all sound-scattering structures in the water column, be reflected from the sea surface and return to antenna 1. The backscattering signals are received by the same transducers 4 of antenna 1 and by cable 3 through the signal switch 8 is transmitted to the data recording and processing devices 13 and 5 (ADC, processing and calculation processor).

Отличительной особенностью заявляемой системы является использование в качестве излучателя не одного параметрического акустического преобразователя, а антенны, включающей как минимум по одному резонансному и параметрическому акустическому преобразователю. Отметим, что количество дополнительных резонансных или параметрических акустических преобразователей определяется требуемым диапазоном частот. Суммарный рабочий диапазон частот антенны определяется исходя из размерного спектра неоднородностей в воде, которые представляют интерес для задач исследования. Все преобразователи 4 включены параллельно друг с другом, образуя излучающую антенну 1, которая подключена к кабелю 3, другой конец которого подключен к коммутатору 8 для разделения сигналов излучения-приема. Для расширения возможностей изменения диапазона частот и формы генерируемых сигналов установлен цифровой программируемый генератор 6, который представляет собой запоминающее устройство, в память которого записывается в виде цифрового кода аналитическое выражение сигнала излучения антенны (программа работы генератора). Записанный цифровой код считывается цифро-аналоговым преобразователем, являющимся частью генератора, усиливается усилителем 7 мощности и через коммутатор 8 сигналов передается к донной антенне 1.A distinctive feature of the claimed system is the use as an emitter of not one parametric acoustic transducer, but an antenna that includes at least one resonant and parametric acoustic transducer. Note that the number of additional resonant or parametric acoustic transducers is determined by the required frequency range. The total operating frequency range of the antenna is determined based on the size spectrum of inhomogeneities in water, which are of interest for research problems. All converters 4 are connected in parallel with each other, forming a radiating antenna 1, which is connected to the cable 3, the other end of which is connected to the switch 8 to separate the radiation-reception signals. To expand the possibilities of changing the frequency range and the shape of the generated signals, a digital programmable generator 6 is installed, which is a memory device in the memory of which an analytical expression of the antenna radiation signal (generator program) is written in the form of a digital code. The recorded digital code is read by a digital-to-analog converter, which is part of the generator, amplified by a power amplifier 7 and transmitted through a switch 8 of the signals to the bottom antenna 1.

Таким образом, заявляемое устройство реализует систему зондирования с применением принципа временного разделения сигналов различных частот, используя как резонансные, так и параметрические излучатели.Thus, the claimed device implements a sensing system using the principle of temporary separation of signals of different frequencies, using both resonant and parametric emitters.

Изменение частотного диапазона измерений заявляемой системы зондирования осуществляют, варьируя количество резонансных преобразователей антенны 1 и вводя соответствующие изменения в программу работы генератора 6.Changing the frequency range of measurements of the inventive sensing system is carried out by varying the number of resonant transducers of the antenna 1 and introducing the appropriate changes to the program of operation of the generator 6.

В отличие от прототипа, в заявляемом устройстве отсутствуют элементы селекции сигналов по времени распространения (локализация объекта в пространстве) и рассматривается все пространство рассеяния и отражения звука. Сигналы, принятые антенной 1, через коммутатор 8 сигналов попадают на параллельно включенные входы узкополосных селективных фильтров 9, количество которых равно числу преобразователей 4, и настроенных на их рабочие частоты. Выделенные фильтрами 9 сигналы усиливаются на своей частоте усилителями 10 для улучшения отношения сигнал/шум. Выходы усилителей 10 соединены с входами сумматора 11 сигналов. Сигналы излучения и приема разных частот поступают на входы сумматора 11 последовательно в соответствии с порядком их излучения и разделены во времени, поэтому не оказывают взаимного влияния на их амплитуды и не вносят искажений. Сигналы после сумматора 11 детектируются амплитудным детектором 12. Итоговый сигнал с выхода амплитудного детектора 12 в форме видеоимпульсов поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 13. Видеоимпульсы, преобразованные в цифровой код, в виде файла данных записывается в память компьютера 5. Большинство современных плат ввода данных (АЦП) обладают функцией внешнего запуска (режима синхронизации начала оцифровки данных по внешнему импульсу). Известна последовательность излучения импульсов разных частот, поэтому при синхронной записи последовательность частот в файле данных также известна. Дальнейшая обработка полученной информации в компьютере 5 заключается в определении размеров неоднородностей. Эффективность рассеяния звука в жидкости оценивают по коэффициенту объемного рассеяния m_v, которое выражается в общем случае как отношение рассеиваемой от неоднородностей мощности звука к плотности потока энергии в падающей волне. Коэффициент объемного рассеяния m_v можно выразить через квадрат отношения давления звука в отраженной волне P_s к давлению звука в падающей на неоднородность волне Р_i на частоте ω при длительности импульса τ и ширине основного лепестка характеристики направленности узконаправленного излучателя θ следующим образом:Unlike the prototype, in the inventive device there are no elements of signal selection by propagation time (localization of an object in space) and the entire space of sound scattering and reflection is considered. The signals received by the antenna 1 through the switch 8 of the signals fall on the parallel-connected inputs of the narrow-band selective filters 9, the number of which is equal to the number of converters 4, and tuned to their operating frequencies. The signals allocated by the filters 9 are amplified at their frequency by amplifiers 10 to improve the signal-to-noise ratio. The outputs of the amplifiers 10 are connected to the inputs of the adder 11 signals. Signals of radiation and reception of different frequencies arrive at the inputs of the adder 11 sequentially in accordance with the order of their radiation and are separated in time, therefore, they do not have a mutual effect on their amplitudes and do not introduce distortions. The signals after the adder 11 are detected by the amplitude detector 12. The final signal from the output of the amplitude detector 12 in the form of video pulses is fed to the input of an analog-to-digital converter 13. Video pulses converted into a digital code are written in the form of a data file to computer memory 5. Most modern data input cards (ADCs) have an external trigger function (synchronization mode of the start of digitizing data by an external pulse). The sequence of emission of pulses of different frequencies is known, therefore, in synchronous recording, the sequence of frequencies in the data file is also known. Further processing of the information obtained in computer 5 is to determine the size of the inhomogeneities. The efficiency of sound scattering in a liquid is estimated by the volume scattering coefficient m _v , which is expressed in the general case as the ratio of the sound power dissipated from inhomogeneities to the energy flux density in the incident wave. The volume scattering coefficient m _v can be expressed in terms of the square of the ratio of the sound pressure in the reflected wave P _s to the sound pressure in the incident wave P _i at the frequency ω at the pulse duration τ and the width of the main lobe of the directivity of the narrow emitter θ as follows:

, ,

где c - скорость звука в жидкости.where c is the speed of sound in a liquid.

В данном выражении величины θ, τ, с, ω известны, поскольку являются характеристиками среды, аппаратуры, задаются программно. Давление звука в отраженной волне P_s и давление звука в падающей на неоднородность волне Р_i, на частоте ω измеряются непосредственно описываемой системой.In this expression, the values of θ, τ, c, ω are known, since they are characteristics of the medium, equipment, and are set programmatically. The sound pressure in the reflected wave P _s and the sound pressure in the incident wave P _i incident on the inhomogeneity, at a frequency ω, are measured directly by the described system.

Анализируя получаемую в результате эксперимента величину коэффициента объемного рассеяния на разных частотах, делают заключение о размерах неоднородности.Analyzing the value of the volume scattering coefficient obtained at the experiment at different frequencies, a conclusion is drawn on the size of the inhomogeneity.

Заявляемая система была реализована с использованием следующих элементов. Акустические преобразователи изготовлены из пьезокерамических дисков с резонансными частотами 170, 300 и 700 кГц и параметрический преобразователь с частотами накачки 665 и 735 кГц для работы на разностной частоте 70 кГц.The inventive system was implemented using the following elements. Acoustic transducers are made of piezoceramic discs with resonant frequencies of 170, 300 and 700 kHz and a parametric transducer with pump frequencies of 665 and 735 kHz for operation at a difference frequency of 70 kHz.

Сигналы для излучения формировались цифровым программируемым генератором ГСПФ-053 выпускаемым ЗАО "Руднев и Шиляев" (г.Москва). Генератор последовательно формировал импульсы с указанными выше частотами с интервалом между импульсами 20 мс. Общая длительность цикла излучения-приема всех частот составила 87 мс. Сформированные сигналы усиливались двумя ступенями усиления. Предварительное усиление обеспечивал усилитель У7-5. Выходная ступень усиления представляла двухтактный трансформаторный каскад на транзисторах BU508D. Каскад позволял поднять амплитуду выходного напряжения до 600 В в режиме оптимального согласования с нагрузкой в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц. Реальные уровни выходных напряжений составляли 170 В на частоте 700 кГц, 280 В на частоте 300 кГц, 160 В на частоте 170 кГц. Следует отметить, что добиться оптимального согласования усилителя мощности с набором излучателей, существенно отличающихся своими импедансами, не всегда удается в полной мере, поэтому реальная эффективность отдачи мощности в нагрузку снижается. Тем не менее, если при параметрическом преобразовании перекачка энергии составляет не более 1% и это является физическим пределом, то потери на рассогласование в заявляемом случае зависят от качества согласования, поддаются настройке и могут быть минимизированы.Signals for radiation were generated by a digital programmable generator GSPF-053 manufactured by Rudnev and Shilyaev CJSC (Moscow). The generator sequentially generated pulses with the above frequencies with an interval between pulses of 20 ms. The total duration of the radiation-reception cycle of all frequencies was 87 ms. The generated signals were amplified by two stages of amplification. Preamplification was provided by the U7-5 amplifier. The output amplification stage was a push-pull transformer stage on transistors BU508D. The cascade made it possible to increase the amplitude of the output voltage to 600 V in the mode of optimal matching with the load in the range from 100 kHz to 1 MHz. Actual output voltage levels were 170 V at a frequency of 700 kHz, 280 V at a frequency of 300 kHz, 160 V at a frequency of 170 kHz. It should be noted that it is not always possible to fully achieve optimal coordination of the power amplifier with a set of emitters that differ significantly in their impedances, therefore, the real efficiency of power transfer to the load decreases. Nevertheless, if the energy transfer during parametric conversion is not more than 1% and this is a physical limit, then the loss of mismatch in the claimed case depends on the quality of matching, can be adjusted and can be minimized.

В качестве полосовых фильтров и усилителей использовались селективные усилители SMV-11, фильтры RFT-01118 с полосой пропускания 1/3 октавы, все фирмы ROBOTRON, ГДР, селективный нановольтметр SN-233 фирмы UNIPAN, Польша. Усиление трактов приема составляло 7.5*10⁴ на частоте 700 кГц, 7*10⁴ на частоте 300 кГц, 3*10³ на частоте 170 кГц. Запись сигналов рассеяния и отражения проводилась цифровым измерительным регистратором МА-16, выпускаемым ЗАО "Руднев и Шиляев" (г.Москва). Частота дискретизации сигнала составляла 102400 Гц, что обеспечивало высокое пространственное разрешение акустического зондирования толщи моря. Отметим, что если бы запись частотных каналов производилась не последовательно, а параллельно на каждой частоте, то суммарную частоту дискретизации пришлось бы увеличивать в четыре раза.Selected amplifiers SMV-11, filters RFT-01118 with a bandwidth of 1/3 octave, all from ROBOTRON, GDR, and a selective nanovoltmeter SN-233 from UNIPAN, Poland were used as bandpass filters and amplifiers. The gain of the reception paths was 7.5 * 10 ⁴ at a frequency of 700 kHz, 7 * 10 ⁴ at a frequency of 300 kHz, 3 * 10 ³ at a frequency of 170 kHz. The scattering and reflection signals were recorded by the MA-16 digital measuring recorder manufactured by Rudnev and Shilyaev CJSC (Moscow). The signal sampling frequency was 102400 Hz, which ensured high spatial resolution of acoustic sounding of the sea thickness. Note that if the frequency channels were recorded not sequentially, but in parallel at each frequency, the total sampling frequency would have to be quadrupled.

Таким образом, заявляемая система позволяет произвольно задавать диапазон исследуемого спектра размеров неоднородностей за счет свободного выбора частотного диапазона звуковых волн (набора излучателей), позволяет повысить коэффициент преобразования электрической энергии в акустическую благодаря резонансным свойствам излучателей антенны, обеспечивает высокую стабильность характеристик излучаемых сигналов и широкий выбор в формировании сигналов произвольной частоты и формы за счет применения цифрового генератора, обладает повышенной помехозащищенностью, так как благодаря временному разделению частот отсутствует межканальное проникновение сигналов разных частот и упрощается фильтрация сигналов, а одноканальный ввод в компьютер позволяет снизить частоту квантования АЦП, обеспечивает хранение и документирование результатов измерений благодаря использования памяти компьютера.Thus, the claimed system allows you to arbitrarily set the range of the studied spectrum of sizes of inhomogeneities due to the free choice of the frequency range of sound waves (a set of emitters), allows you to increase the conversion factor of electric energy into acoustic due to the resonant properties of the antenna emitters, provides high stability of the characteristics of the emitted signals and a wide selection of the formation of signals of arbitrary frequency and shape through the use of a digital generator, has an increased constant noise immunity, because due to the temporary frequency division offline interchannel penetration signals of different frequencies and signals simplifies filtering, and a single-channel input to the computer to reduce the ADC sampling frequency, provides storage and documenting of measurement results due to the use of computer memory.

Claims

A multi-frequency acoustic sounding system consisting of an antenna including at least one resonant and parametric acoustic transducer connected via an underwater cable to a hardware complex containing a radiation path based on a programmable digital generator and power amplifier, a reception path consisting of a group of parallel-connected selective filters whose frequencies correspond to the working frequencies of acoustic transducers, and their number is equal to two acoustic transducers, amplifiers, capable of amplifying the signals extracted by the filters at their frequency, an adder of signals and an amplitude detector, as well as a system for recording, processing and calculating the frequency dependence of the amplitudes of the received acoustic signals, based on a single-channel analog-to-digital converter and processing processor, while the antenna is connected to a cable, the other end of which is connected to the switch to separate the radiation-reception signals.