RU2292561C2 - Hydro acoustical antenna of pumping - Google Patents
Hydro acoustical antenna of pumping Download PDFInfo
- Publication number
- RU2292561C2 RU2292561C2 RU2004138348/28A RU2004138348A RU2292561C2 RU 2292561 C2 RU2292561 C2 RU 2292561C2 RU 2004138348/28 A RU2004138348/28 A RU 2004138348/28A RU 2004138348 A RU2004138348 A RU 2004138348A RU 2292561 C2 RU2292561 C2 RU 2292561C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric elements
- rod
- antenna
- sections
- rows
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к гидроакустической технике и может быть использовано в параметрических излучающих антеннах гидроакустических доплеровских лагов и эхолотов.The invention relates to sonar technology and can be used in parametric radiating antennas of sonar Doppler logs and echo sounders.
Излучающая параметрическая антенна должна обеспечивать одновременное излучение в заданный сектор пространства двух звуковых волн с разными частотами, называемых волнами накачки. Вследствие нелинейного взаимодействия этих волн в среде генерируется звуковая волна с частотой, равной разности частот волн накачки. Характеристика направленности антенны на разностной частоте может быть приближенно определена как произведение характеристик направленности на частотах накачки. Преимуществом параметрических антенн является возможность при небольших размерах антенны формировать на низкой частоте характеристики направленности с узким основным лепестком и очень низким уровнем бокового поля.A radiating parametric antenna should provide simultaneous radiation into a given sector of space of two sound waves with different frequencies, called pump waves. Due to the nonlinear interaction of these waves in the medium, a sound wave is generated with a frequency equal to the frequency difference of the pump waves. The directivity characteristic of the antenna at the difference frequency can be approximately defined as the product of the directivity characteristics at the pump frequencies. An advantage of parametric antennas is the ability to form directivity characteristics with a narrow main lobe and a very low level of the side field at small frequencies of the antenna.
Известна конструкция гидроакустической антенны накачки, в которой возбуждение двух волн на частотах накачки производится с помощью пьезокерамического диска [1, стр.207]. Для формирования электрических сигналов используется одноканальный метод с использованием биений двух частот. Такая конструкция проста и технологична, но ее недостатками являются низкая эффективность электроакустического преобразования и отсутствие возможности управлений характеристикой направленности.A known design of a hydroacoustic pump antenna in which two waves are excited at pump frequencies is made using a piezoceramic disk [1, p. 207]. To generate electrical signals, a single-channel method is used using beats of two frequencies. This design is simple and technological, but its disadvantages are the low efficiency of electro-acoustic conversion and the lack of the ability to control the directivity.
Известен двухчастотный преобразователь, предназначенный для работы в режиме излучения и приема [2]. Конструкция представляет собой низкочастотный стержневой преобразователь с накладкой в виде мозаичной системы стержневых высокочастотных преобразователей. Эта накладка и используется для излучения волн накачки. В режиме излучения высокочастотные сигналы на верхней и нижней частотах накачки подаются на преобразователи накладки, остальная часть устройства играет роль пассивных элементов. В этой конструкции реализация двухканального режима излучения, который является наиболее эффективным для параметрических излучающих антенн, не дает преимуществ, так как все преобразователи одинаковы по резонансной частоте.Known dual-frequency Converter, designed to operate in the radiation and reception mode [2]. The design is a low-frequency rod converter with an overlay in the form of a mosaic system of rod high-frequency converters. This pad is used to emit pump waves. In the radiation mode, high-frequency signals at the upper and lower pump frequencies are fed to the lining converters, the rest of the device plays the role of passive elements. In this design, the implementation of the two-channel radiation mode, which is most effective for parametric radiating antennas, does not give advantages, since all the converters are identical in resonance frequency.
Известна многоэлементная гидроакустическая антенна накачки, совпадающая с предлагаемой по наибольшему числу общих признаков [1, стр.213]. Эта антенна обеспечивает излучение волн накачки с достаточно высокой эффективностью, однако она не является универсальной, так как ее характеристика направленности имеет один основной лепесток в направлении нормали к ее поверхности. Поэтому известная антенна может использоваться в качестве излучающей антенны параметрического гидролокатора или эхолота, но не пригодна для использования в качестве антенны гидроакустического лага, для которой необходима характеристика направленности, имеющая два основных лепестка, отклоненных от нормали к поверхности антенны на некоторый угол.A multi-element hydroacoustic pumping antenna is known, which coincides with that proposed by the largest number of common features [1, p. 213]. This antenna provides radiation of pump waves with a sufficiently high efficiency, however, it is not universal, since its directivity has one main lobe in the direction normal to its surface. Therefore, the known antenna can be used as a radiating antenna of a parametric sonar or echo sounder, but is not suitable for use as an antenna of a sonar log, which requires a directivity characteristic having two main lobes deviated from the normal to the surface of the antenna by an angle.
Антенна-прототип выполнена в виде многоэлементной дискретной антенной решетки, имеет плоскую апертуру, содержит стержневые пьезоэлементы двух типов, соответственно имеющие резонансные частоты, равные верхней и нижней частотам накачки, и тыльный экран, заключенные в общий корпус, герметизированный по рабочей поверхности звукопрозрачным слоем. Стержневые пьезоэлементы разных типов в решетке расположены в шахматном порядке.The prototype antenna is made in the form of a multi-element discrete antenna array, has a flat aperture, contains rod piezoelectric elements of two types, respectively, having resonant frequencies equal to the upper and lower pump frequencies, and a rear screen enclosed in a common housing sealed on the working surface with a translucent layer. The rod piezoelectric elements of various types in the lattice are staggered.
Недостатком этой антенны является отсутствие универсальности. Являясь пригодной для работы в качестве антенны эхолота навигационного комплекса судна, она не может обеспечить работу комплекса в режиме гидроакустического лага.The disadvantage of this antenna is the lack of versatility. Being suitable for operation as an antenna of an echo sounder of a ship’s navigation complex, it cannot provide the complex with hydroacoustic lag mode.
Задача изобретения состоит в том, чтобы создать унифицированную гидроакустическую антенну накачки, обеспечивающую эффективное излучение волн накачки при работе навигационного комплекса судна как в режиме эхолота, так и в режиме гидроакустического доплеровского лага.The objective of the invention is to create a unified sonar pumping antenna that provides efficient radiation of pumping waves during operation of the navigation system of the vessel both in sonar mode and in sonar Doppler log mode.
Для решения поставленной задачи в гидроакустическую антенну накачки в виде многоэлементной дискретной антенной решетки, имеющей плоскую апертуру, содержащую стержневые пьезоэлементы двух типов, соответственно имеющие резонансные частоты, равные верхней и нижней частотам накачки, и тыльный экран, заключенные в общий корпус, герметизированный по рабочей поверхности по крайней мере одним звукопрозрачным слоем, введены новые признаки, а именно: стержневые пьезоэлементы размещены рядами, и в каждом ряду находятся стержневые пьезоэлементы одного типа, ряды со стержневыми пьезозлементами разного типа чередуются между собой, расстояние между центрами рядов со стержневыми пьезоэлементами одного типа не превышает длины звуковой волны в воде на верхней частоте накачки, стержневые пьезоэлементы внутри ряда сгруппированы в чередующиеся секции равной протяженности, при этом отношение протяженности секций, образованных стержневыми пьезоэлементами разных типов, обратно пропорционально их резонансным частотам; стержневые пьезоэлементы, образующие секцию, соединены между собой параллельно, электрическим монтажом секции стержневых пьезозлементов каждого типа объединены в две группы таким образом, что смежные в одном ряду секции включены в разные группы, и секции, входящие в группу, соединены между собой параллельно.To solve the problem in a hydroacoustic pump antenna in the form of a multi-element discrete antenna array having a flat aperture containing two types of piezoelectric rods, respectively having resonant frequencies equal to the upper and lower pump frequencies, and a rear screen enclosed in a common housing sealed over the working surface with at least one translucent layer, new features have been introduced, namely: rod piezoelectric elements are arranged in rows, and rod piezoelectric elements are located in each row of the same type, rows with rod piezoelectric elements of different types alternate with each other, the distance between the centers of the rows with rod piezoelectric elements of the same type does not exceed the sound wavelength in water at the upper pump frequency, rod piezoelectric elements within the row are grouped into alternating sections of equal length, while the ratio of the length of the sections formed by rod piezoelectric elements of various types, inversely proportional to their resonant frequencies; the core piezoelectric elements forming the section are connected together in parallel, the sections of the core piezoelectric elements of each type are combined into two groups by electrical installation so that adjacent sections in the same row are included in different groups, and sections included in the group are interconnected in parallel.
Для упрощения монтажа один из выводов от двух групп стержневых пьезоэлементов одного типа, например вывод от электродов на внешней (рабочей) поверхности, может быть общим. При этом достигается минимизация затенения монтажом рабочей поверхности антенны, но одновременно усложняется проблема согласования антенны с возбуждающим генератором, так как при переходе от одного режима формирования характеристики направленности к другому параллельное соединение двух групп секций заменяется на их последовательное соединение. Соответственно в 4 раза возрастает входной электрический импеданс антенныTo simplify installation, one of the conclusions from two groups of rod piezoelectric elements of the same type, for example, the output from the electrodes on the external (working) surface, can be common. At the same time, shading is minimized by mounting the working surface of the antenna, but at the same time the problem of matching the antenna with the exciting generator is complicated, since when switching from one mode of forming the directivity characteristics to another, the parallel connection of two groups of sections is replaced by their serial connection. Accordingly, the input electrical impedance of the antenna increases 4 times
Также для упрощения монтажа стержневые пьезоэлементы одного типа в разных группах могут иметь противоположное направление поляризации. Это может быть удобным в том случае, когда антенна предназначается для работы только в режиме формирования двухлепестковой характеристики направленности, и общими могут быть оба вывода от двух групп стержневых пьезоэлементов одного типаAlso, to simplify the installation, rod piezoelectric elements of the same type in different groups can have the opposite direction of polarization. This can be convenient when the antenna is intended to operate only in the mode of forming a two-petal directivity pattern, and both outputs from two groups of rod piezoelectric elements of the same type can be common.
В ряде случаев, когда антенна предназначается для эксплуатации при повышенном гидростатическом давлении, для обеспечения прочности при сохранении электроакустических характеристик, внутренний объем корпуса должен быть заполнен упругой средой с волновым сопротивлением, близким к ρс воды.In some cases, when the antenna is intended for operation at increased hydrostatic pressure, in order to ensure strength while maintaining electro-acoustic characteristics, the internal volume of the housing should be filled with an elastic medium with a wave resistance close to ρ from water.
Наиболее эффективное экранирование излучения от тыльных поверхностей стержневых пьезоэлементов, помещенных в корпус, заполненный упругой средой с волновым сопротивлением, близким к ρс воды, достигается с использованием жесткого, как правило, выполненного из стали, экрана, когда расстояние между поверхностью тыльного экрана и тыльной поверхностью стержневого пьезоэлемента равно четверти длины волны звука в упругой среде, заполняющей корпус. Так как стержневые пьезоэлементы разных типов могут иметь разную высоту, тыльная поверхность многоэлементной дискретной антенной решетки может иметь ступенчатую структуру. В этом случае для обеспечения наиболее эффективного экранирования обращенная к тыльной поверхности многоэлементной дискретной антенной решетки поверхность тыльного экрана должна иметь ответную ступенчатую структуру.The most effective screening of radiation from the rear surfaces of rod piezoelectric elements placed in a housing filled with an elastic medium with a wave impedance close to ρ from water is achieved using a hard screen, usually made of steel, when the distance between the surface of the back screen and the back surface the core of the piezoelectric element is equal to a quarter of the wavelength of sound in the elastic medium filling the body. Since rod piezoelectric elements of different types can have different heights, the back surface of a multi-element discrete antenna array can have a stepped structure. In this case, to ensure the most effective shielding, the back screen surface facing the back surface of a multi-element discrete antenna array should have a step response structure.
Техническим результатом от использования изобретения является расширение функциональных возможностей гидроакустической антенны накачки, т.е. создание возможности использования предложенной антенны накачки в двух режимах формирования характеристики направленности: характеристики направленности с одним основным лепестком и характеристики направленности с двумя основными лепестками. Этот результат достигается за счет предложенной структуры разделения элементов антенны на секции. При синфазном возбуждении всех секций стержневых пьезоэлементов каждого типа на соответствующей частоте антенна обеспечивает на обеих частотах накачки формирование характеристики направленности с одним основным лепестком, ось которого перпендикулярна апертуре антенны.The technical result from the use of the invention is to expand the functionality of the sonar pump antenna, i.e. creating the possibility of using the proposed pump antenna in two modes of forming the directivity characteristics: directivity characteristics with one main lobe and directivity characteristics with two main lobes. This result is achieved due to the proposed structure of the separation of the antenna elements into sections. When in-phase excitation of all sections of rod piezoelectric elements of each type at the appropriate frequency, the antenna provides at both pump frequencies the formation of directivity with one main lobe, the axis of which is perpendicular to the aperture of the antenna.
При противофазном возбуждении смежных секций стержневых пьезоэлементов каждого типа на соответствующей частоте антенна обеспечивает на обеих частотах накачки формирование характеристики направленности с двумя основными лепестками, оси которых лежат в плоскости, перпендикулярной апертуре, параллельной направлению рядов, и отклонены от нормали к апертуре на угол ±α, удовлетворяющий условию sinα=±λ/2d, где λ - длина волны звука в воде на соответствующей частоте, d - протяженность секции. Предложенное соотношение протяженности секций стержневых пьезоэлементов разных типов обеспечивает совпадение направлений осей основных лепестков характеристики направленности на обеих частотах накачки. Предложенное ограничение на отношение расстояния между центрами рядов со стержневыми пьезоэлементами одного типа к длине звуковой волны в воде на верхней частоте накачки обеспечивает отсутствие «паразитных» дополнительных лепестков характеристики направленности на обеих частотах.With antiphase excitation of adjacent sections of rod piezoelectric elements of each type at an appropriate frequency, the antenna provides at both pump frequencies the formation of directional characteristics with two main lobes, whose axes lie in a plane perpendicular to the aperture parallel to the direction of the rows and deviated from the normal to the aperture by an angle of ± α, satisfying the condition sinα = ± λ / 2d, where λ is the wavelength of sound in water at the corresponding frequency, d is the length of the section. The proposed ratio of the length of the sections of the rod piezoelectric elements of different types ensures the coincidence of the directions of the axes of the main lobes of the directivity characteristics at both pump frequencies. The proposed restriction on the ratio of the distance between the centers of the rows with rod piezoelectric elements of the same type to the sound wavelength in water at the upper pump frequency ensures the absence of “parasitic" additional lobes of directivity at both frequencies.
Сущность изобретения поясняется на примере конструкции предлагаемой антенны накачки, у которой нижняя частота накачки составляет 75 кГц, верхняя - 100 кГц (фиг.1 - 6).The invention is illustrated by the example of the design of the proposed pump antenna, in which the lower pump frequency is 75 kHz, the upper one is 100 kHz (Figs. 1-6).
На фиг.1 приведен пример выполнения конструкции антенны; на фиг.2 - схемы электрического монтажа с резонансной частотой 75 кГц; на фиг.3 - схемы электрического монтажа рядов стержневых пьезоэлементов с резонансной частотой 100 кГц; на фиг.4 - схематическое изображение рабочей поверхности антенны; на фиг 5 - характеристики направленности антенны в режиме формирования двухлучевой ХН; на фиг.6 - характеристики направленности антенны в режиме формирования однолучевой ХН.Figure 1 shows an example of the design of the antenna; figure 2 - circuit wiring with a resonant frequency of 75 kHz; figure 3 - electric wiring diagrams of the rows of rod piezoelectric elements with a resonant frequency of 100 kHz; figure 4 is a schematic illustration of the working surface of the antenna; on Fig 5 - the characteristics of the directivity of the antenna in the mode of formation of two-beam CN; figure 6 - characteristics of the directivity of the antenna in the mode of formation of single-beam CN.
В данном примере антенна представляет собой многоэлементную дискретную антенную решетку, имеющую плоскую, ограниченную окружностью апертуру, содержащую стержневые пьезоэлементы двух типов, соответственно имеющие резонансные частоты, равные верхней и нижней частотам накачки, и тыльный экран, заключенные в общий корпус, герметизированный по рабочей поверхности звукопрозрачным слоем. Пьезоэлементы с резонансной частотой 75 кГц представляют собой стержни состава ЦТБС-3 с размерами 5,1×5,1×21 мм. Пьезоэлементы с резонансной частотой 100 кГц представляют собой стержни состава ЦТБС-3 с размерами 5,1×5,1×16 мм. Электроды нанесены на торцевые поверхности стержней. Стержневые пьезоэлементы размещены рядами, и в каждом ряду находятся стержневые пьезоэлементы одного типа, ряды со стержневыми пьезоэлементами разного типа чередуются между собой. Излучающие поверхности стержневых пьезоэлементов обоих типов находятся в одной плоскости. Размер «окна», занимаемого одним стержневым пьезоэлементом на рабочей поверхности антенны, - 6,3×6,3 мм2. Всего антенна включает в себя 224 стержневых пьезоэлементов с резонансной частотой 100 кГц и 216 стержневых пьезоэлементов с резонансной частотой 75 кГц. Перед излучающей поверхностью размещен герметизирующий слой, выполненный из звукопрозрачной резины.In this example, the antenna is a multi-element discrete antenna array having a flat, circumferentially bounded aperture, containing two types of rod piezoelectric elements, respectively, having resonant frequencies equal to the upper and lower pump frequencies, and a rear screen enclosed in a common housing sealed with a translucent soundproof surface layer. Piezoelectric elements with a resonant frequency of 75 kHz are rods of the composition TsTBS-3 with dimensions 5.1 × 5.1 × 21 mm. Piezoelectric elements with a resonant frequency of 100 kHz are rods of the composition TsTBS-3 with dimensions 5.1 × 5.1 × 16 mm. The electrodes are deposited on the end surfaces of the rods. The rod piezoelectric elements are arranged in rows, and in each row there are rod piezoelectric elements of the same type, rows with rod piezoelectric elements of different types alternate with each other. The radiating surfaces of the rod piezoelectric elements of both types are in the same plane. The size of the “window” occupied by one rod piezoelectric element on the working surface of the antenna is 6.3 × 6.3 mm 2 . In total, the antenna includes 224 rod piezoelectric elements with a resonant frequency of 100 kHz and 216 rod piezoelectric elements with a resonant frequency of 75 kHz. In front of the radiating surface there is a sealing layer made of translucent rubber.
Тыльные поверхности рядов стержневых пьезоэлементов представляют собой ступенчатую структуру. За тыльной поверхностью стержневых пьезоэлементов помещен экран из стали, также имеющий ступенчатую форму. Зазоры между стержневыми пьезоэлементами и между тыльными поверхностями стержневых пьезоэлементов и экраном заполнены полиуретановым компаундом. Расстояние между поверхностью тыльного экрана и тыльными поверхностями стержневых пьезоэлементов разных типов равно четверти длины волны звука в полиуретановом компаунде на соответствующей частоте.The back surfaces of the rows of rod piezoelectric elements are a stepped structure. Behind the back surface of the rod piezoelectric elements there is a steel screen, also having a stepped shape. The gaps between the rod piezoelectric elements and between the rear surfaces of the rod piezoelectric elements and the screen are filled with a polyurethane compound. The distance between the surface of the back screen and the back surfaces of the rod piezoelectric elements of different types is equal to a quarter of the wavelength of sound in the polyurethane compound at the corresponding frequency.
Обеспечение различия резонансных частот для стержневых элементов двух типов может быть получено выполнением их из пьезокерамики разных составов, имеющих различную скорость звука. При этом стержневые пьезоэлементы могут иметь одинаковую высоту, и конструкция антенны становится более простой, однако не для всех частот накачки нужные составы пьезокерамики могут быть подобраны.Ensuring the difference in resonant frequencies for the rod elements of two types can be obtained by performing them from piezoceramics of different compositions having different speeds of sound. In this case, the rod piezoelectric elements can have the same height, and the antenna design becomes simpler, but not for all pump frequencies, the necessary compositions of piezoceramics can be selected.
Расстояние между центрами рядов стержневых пьезоэлементов одного типа равно 12,6 мм, что составляет 0,84 длины волны в воде на частоте 100 кГц.The distance between the centers of the rows of rod piezoelectric elements of the same type is 12.6 mm, which is 0.84 wavelengths in water at a frequency of 100 kHz.
Схема конструкции антенны показана на фиг.1, где 1 - пьезоэлементы с резонансной частотой 100 кГц; 2 - пьезоэлементы с резонансной частотой 75 кГц; 3 - тыльный экран; 4 - герметизирующий слой; 5 - полиуретановый компаунд.The design diagram of the antenna is shown in figure 1, where 1 - piezoelectric elements with a resonant frequency of 100 kHz; 2 - piezoelectric elements with a resonant frequency of 75 kHz; 3 - back screen; 4 - sealing layer; 5 - polyurethane compound.
Стержневые пьезоэлементы с резонансной частотой 100 кГц электрическим монтажом сгруппированы в рядах в чередующиеся секции с периодичностью четыре преобразователя. Стержневые пьезоэлементы с резонансной частотой 75 кГц электрическим монтажом сгруппированы в рядах в чередующиеся секции с периодичностью три преобразователя. Электрический монтаж на передней поверхности антенны осуществляется соединением электродов стержневых пьезоэлементов одного типа вдоль рядов одной высоты. Электрический монтаж на тыльной поверхности антенны осуществляется следующим образом: секции стержневых пьезоэлементов каждого типа объединены в две группы, так что смежные секции в рядах отнесены к разным группам, и электроды стержневых пьезоэлементов, принадлежащих группе, соединены между собой. Схема электрического монтажа ряда стержневых пьезоэлементов с резонансной частотой 100 кГц в двух вариантах исполнения показана на фиг.2а, 2б, с резонансной частотой 75 кГц - на фиг.3а, 3б. В варианте исполнения фиг.2а, 3а направления поляризации стержневых пьезоэлементов смежных секций совпадают, в варианте исполнения фиг.2б, 3б стержневые пьезоэлементы смежных секций поляризованы в противоположных направлениях. На фиг.2, 3 обозначены: 6 - вывод от электродов на рабочих поверхностях стержневых пьезоэлементов с резонансной частотой 100 кГц; 7 и 8 - выводы от электродов на тыльных поверхностях групп секций стержневых пьезоэлементов с резонансной частотой 100 кГц; 9 - вывод от электродов на рабочих поверхностях стержневых пьезоэлементов с резонансной частотой 75 кГц; 10 и 11 - выводы от электродов на тыльных поверхностях групп секций стержневых пьезоэлементов с резонансной частотой 75 кГц. Группы стержневых пьезоэлементов каждого типа, объединенные по рядам, соединяются параллельно. Два вывода от групп стержневых пьезоэлементов каждого типа могут быть и не объединены, и тогда антенна имеет по 4 самостоятельных электрических вывода от каждого канала (с частотой 75 кГц и с частотой 100 кГц), это может быть удобно при коммутации и подсоединении к генератору, но усложняет монтаж и увеличивает степень затенения им рабочей поверхности.Electric piezoelectric rod piezoelectric elements with a resonant frequency of 100 kHz are grouped in rows in alternating sections with a frequency of four transducers. Piezoelectric rods with a resonant frequency of 75 kHz are electrically mounted in rows in alternating sections with a frequency of three transducers. Electrical installation on the front surface of the antenna is carried out by connecting the electrodes of the rod piezoelectric elements of the same type along rows of the same height. Electrical installation on the back surface of the antenna is carried out as follows: sections of the rod piezoelectric elements of each type are combined into two groups, so that adjacent sections in the rows are assigned to different groups, and the electrodes of the rod piezoelectric elements belonging to the group are interconnected. The electrical installation diagram of a number of rod piezoelectric elements with a resonant frequency of 100 kHz in two versions is shown in Fig.2a, 2b, with a resonant frequency of 75 kHz - in Fig.3a, 3b. In the embodiment of FIGS. 2a, 3a, the polarization directions of the rod piezoelectric elements of adjacent sections are the same; in the embodiment of FIGS. 2b, 3b, the rod piezoelectric elements of adjacent sections are polarized in opposite directions. In figure 2, 3 are indicated: 6 - output from the electrodes on the working surfaces of the rod piezoelectric elements with a resonant frequency of 100 kHz; 7 and 8 - conclusions from the electrodes on the rear surfaces of the groups of sections of the rod piezoelectric elements with a resonant frequency of 100 kHz; 9 - output from electrodes on the working surfaces of the rod piezoelectric elements with a resonant frequency of 75 kHz; 10 and 11 - conclusions from the electrodes on the rear surfaces of the groups of sections of the rod piezoelectric elements with a resonant frequency of 75 kHz. Groups of rod piezoelectric elements of each type, combined in rows, are connected in parallel. Two outputs from groups of rod piezoelectric elements of each type may not be combined, and then the antenna has 4 separate electrical outputs from each channel (with a frequency of 75 kHz and a frequency of 100 kHz), this can be convenient when switching and connecting to a generator, but complicates installation and increases the degree of shadowing of the working surface.
Взаимное расположение стержневых пьезоэлементов в антенне показано на фиг.4.The relative position of the rod piezoelectric elements in the antenna is shown in Fig.4.
Смежные секции стержневых пьезоэлементов с резонансной частотой 100 кГц обозначены на фиг.4 белым и черным цветом. Смежные секции стержневых пьезоэлементов с резонансной частотой 75 кГц обозначены на фиг.4 двумя оттенками серого цвета.Adjacent sections of rod piezoelectric elements with a resonant frequency of 100 kHz are indicated in FIG. 4 by white and black. Adjacent sections of rod piezoelectric elements with a resonant frequency of 75 kHz are indicated in FIG. 4 by two shades of gray.
Волновой размер группы стержневых пьезоэлементов обоих типов, образующих секцию, составляет 1,28λ.The wave size of the group of rod piezoelectric elements of both types forming a section is 1.28λ.
Работа антенны происходит следующим образом. В случае выполнения электрического монтажа в соответствии с фиг.2а, 3а в режиме формирования однолучевой ХН электрическое напряжение на нижней частоте накачки подается между соединенными вместе выводами 7 и 8 и выводом 6; на верхней частоте накачки - между соединенными вместе выводами 10 и 11 и выводом 9. Вследствие пьезоэффекта возбуждаются продольные колебания стержневых пьезоэлементов низкочастотного и высокочастотного каналов антенны соответственно на низкой и высокой частоте накачки, при этом все стержневые пьезоэлементы каждого канала колеблются синфазно. Акустическая энергия излучается с передних (рабочих) поверхностей стержневых пьезоэлементов, и вследствие интерференции акустических волн на обеих частотах в дальнем поле формируется характеристика направленности с одним основным лепестком, ось которого перпендикулярна рабочей поверхности антенны.The operation of the antenna is as follows. In the case of performing electrical installation in accordance with figa, 3A in the mode of formation of a single-beam XN electrical voltage at the lower pump frequency is supplied between the
В режиме формирования двухлучевой ХН электрическое напряжение на нижней частоте накачки подается между выводами 7 и 8; на верхней частоте накачки - между выводами 10 и 11. Вследствие пьезоэффекта возбуждаются продольные колебания стержневых пьезоэлементов низкочастотного и высокочастотного каналов антенны соответственно на низкой и высокой частоте накачки, при этом стержневые пьезоэлементы смежных секций каждого канала колеблются с противоположными фазами. Акустическая энергия излучается с передних (рабочих) поверхностей стержневых пьезоэлементов, и вследствие интерференции акустических волн на обеих частотах в дальнем поле формируется характеристика направленности с двумя основными лепестками, оси которых лежат в плоскости, перпендикулярной апертуре, параллельной направлению рядов, и отклонены от нормали к апертуре на угол ±α, удовлетворяющий условию sinα=±λ/2d, где λ - длина волны звука в воде на соответствующей частоте, d - протяженность секции. Так как отношения d/λ на обеих частотах накачки одинаковы, направления осей основных лепестков характеристик направленности совпадают.In the mode of formation of a two-beam CN, an electric voltage at the lower pump frequency is applied between
В случае выполнения электрического монтажа в соответствии с фиг.2б, 3б в режиме формирования однолучевой ХН электрическое напряжение на нижней частоте накачки следует подавать между выводами 7 и 8; на верхней частоте накачки - между выводами 10 и 11. В режиме формирования двухлучевой ХН электрическое напряжение на нижней частоте накачки следует подавать между соединенными вместе выводами 7 и 8 и выводом 6; на верхней частоте накачки - между соединенными вместе выводами 10 и 11 и выводом 9.In the case of performing electrical installation in accordance with figb, 3b in the mode of formation of a single-beam XN electrical voltage at the lower pump frequency should be applied between the
Экспериментальная отработка предлагаемой антенны была проведена на макете, выполненном в полном соответствии с вышеописанной конструкцией, представленной на фиг.1-4. Представленные на фиг, 5 и 6 характеристики направленности макета (кривая 1 - на частоте 75 кГц, кривая 2 - на частоте 100 кГц) при работе в режиме формирования однолучевой ХН (фиг.5) и двухлучевой ХН (фиг.6) подтверждают, что заявленный технический результат - создание унифицированной гидроакустической антенны накачки, обеспечивающей эффективное излучение волн накачки при работе навигационного комплекса судна как в режиме эхолота, так и в режиме гидроакустического доплеровского лага, достигнут.Experimental testing of the proposed antenna was carried out on the layout, made in full accordance with the above construction, presented in figure 1-4. Presented in FIGS. 5 and 6, the directivity characteristics of the layout (curve 1 — at a frequency of 75 kHz,
Источники информацииInformation sources
1. Б.К.Новиков, В.И.Тимошенко. Параметрические антенны в гидролокации, Ленинград, Судостроение, 1990 г.1. B.K. Novikov, V.I. Timoshenko. Parametric antennas in sonar, Leningrad, Shipbuilding, 1990
2. Патент США №3952216 от 20.04.1976 г.2. US patent No. 3952216 from 04/20/1976
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004138348/28A RU2292561C2 (en) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | Hydro acoustical antenna of pumping |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004138348/28A RU2292561C2 (en) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | Hydro acoustical antenna of pumping |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2292561C2 true RU2292561C2 (en) | 2007-01-27 |
Family
ID=37773603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004138348/28A RU2292561C2 (en) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | Hydro acoustical antenna of pumping |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2292561C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2458359C1 (en) * | 2011-07-06 | 2012-08-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Hydroacoustic trailing antenna for geophysical work |
| RU2528549C1 (en) * | 2013-05-07 | 2014-09-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Sonar antenna arrays |
| RU213214U1 (en) * | 2022-03-28 | 2022-08-30 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | High-frequency multi-element hydroacoustic antenna |
-
2004
- 2004-12-27 RU RU2004138348/28A patent/RU2292561C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Б.К.Новиков, В,И.Тимошенко, Параметрические антенны в гидролокации, Л., Судостроение, 1990, с.213. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2458359C1 (en) * | 2011-07-06 | 2012-08-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Hydroacoustic trailing antenna for geophysical work |
| RU2528549C1 (en) * | 2013-05-07 | 2014-09-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Sonar antenna arrays |
| RU213214U1 (en) * | 2022-03-28 | 2022-08-30 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | High-frequency multi-element hydroacoustic antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1271555A (en) | Biplane phased array transducer for ultrasonic medical imaging | |
| US6617765B1 (en) | Underwater broadband acoustic transducer | |
| US3924259A (en) | Array of multicellular transducers | |
| EA013166B1 (en) | Dual frequency band ultrasound transducer arrays | |
| CN101712027B (en) | Centrally symmetrical phased focused array transducer comprising planar wafer elements | |
| US20100204582A1 (en) | Multidimensional, multilayer ultrasound transducer probe for medical ultrasound imaging | |
| CN104646260A (en) | Ultrasonic transducer | |
| Butler et al. | A low-frequency directional flextensional transducer and line array | |
| US6288477B1 (en) | Composite ultrasonic transducer array operating in the K31 mode | |
| US20100137718A1 (en) | Bidimensional ultrasonic array for volumetric imaging | |
| RU2292561C2 (en) | Hydro acoustical antenna of pumping | |
| RU2166840C2 (en) | Hydroacoustic antenna | |
| JP3958880B2 (en) | Ultrasonic transducer and ultrasonic detection method | |
| AU2009283312B2 (en) | An acoustic transducer for swath beams | |
| RU27768U1 (en) | MULTI-ELEMENT HYDROACOUSTIC ANTENNA | |
| JP7288239B2 (en) | Laminated transducer | |
| Kang et al. | Design of flexural ultrasonic phased array for fluid-coupled applications | |
| JP5207335B2 (en) | Ultrasonic phased array transducer | |
| RU2146408C1 (en) | Antenna with circular or sector-shaped directivity pattern | |
| RU147370U1 (en) | SECTION OF MULTI-ELEMENT HYDROACOUSTIC ANTENNA | |
| RU211686U1 (en) | Piezoelectric transducer for multi-element hydroacoustic antenna | |
| Shaulov et al. | Biplane phased array for ultrasonic medical imaging | |
| US8817575B1 (en) | Transducer for high pressure environment | |
| JPS5824785Y2 (en) | Array-shaped ultrasonic probe | |
| JP2023071213A (en) | Laminate type composite vibrator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091228 |