RU2478220C1 - Устройство определения направления на источник звука - Google Patents

Устройство определения направления на источник звука Download PDF

Info

Publication number
RU2478220C1
RU2478220C1 RU2011135152/28A RU2011135152A RU2478220C1 RU 2478220 C1 RU2478220 C1 RU 2478220C1 RU 2011135152/28 A RU2011135152/28 A RU 2011135152/28A RU 2011135152 A RU2011135152 A RU 2011135152A RU 2478220 C1 RU2478220 C1 RU 2478220C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
outputs
shadow
inputs
shadow device
photoelectric
Prior art date
Application number
RU2011135152/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011135152A (ru
Inventor
Эдуард Георгиевич Гончаров
Андрей Германович Журенков
Вадим Эдуардович Королев
Галина Даниловна Кошевая
Борис Мартинович Мартинсон
Григорий Константинович Миалович
Лев Фёдорович Мусин
Леонид Борисович Смолянский
Александр Васильевич Сорокин
Пётр Константинович Шульженко
Александр Петрович Фролов
Виктор Александрович Яковлев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" filed Critical Открытое акционерное общество "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова"
Priority to RU2011135152/28A priority Critical patent/RU2478220C1/ru
Publication of RU2011135152A publication Critical patent/RU2011135152A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2478220C1 publication Critical patent/RU2478220C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области приборостроения. Заявленное устройство определения направления на источник звука содержит два фотоэлектрических теневых прибора, каждый из которых содержит последовательно установленные лазер, коллимирующий объектив, два защитных стекла, фокусирующий объектив, светоделитель в первом фотоэлектрическом теневом приборе, два ножа в виде полуплоскостей с взаимно перпендикулярными кромками в первом фотоэлектрическом теневом приборе, третий нож в виде полуплоскости во втором теневом приборе, согласующие объективы, установленные после каждого из этих ножей, два фотоприемника и два усилителя в первом теневом приборе и один фотоприемник с усилителем во втором теневом приборе. В каждом теневом приборе за лазером установлена плоскопараллельная пластинка под углом 45° к оптической оси. Также устройство содержит два вычитающих каскада, к которым подключены усилители, выходы всех вычитающих каскадов подключены ко входам своих аналого-цифровых преобразователей, выходы которых подключены ко входам устройств, определяющих среднеквадратические значения сигналов, выходы которых подключены ко входу программированной логической интегральной схемы, выходы аналого-цифровых преобразователей подключены ко входам умножителей сигналов. Технический результат - увеличение чувствительности устройства и минимизации ошибок в определенном направлении на источник звука. 4 ил.

Description

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к устройствам определения направления на источник звука.
Известны устройства определения направления на источник звука (К.Клей, Г.Медвин. Акустическая океанография. - М.: Мир, 1980, с.170) с помощью линейки из n электроакустических преобразователей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Электрические сигналы с выходов преобразователей подают на n линий задержки. Меняя Δt (разницу в задержках сигнала между соседними линиями задержки), меняют задержку сигнала τ=(n-1)Δt на выходах линий задержки.
Направление на источник звука определяют по максимуму суммарного сигнала с выходов линий задержки при изменении Δt или по максимуму взаимно корреляционной функции. Угол направления на источник звука
Figure 00000001
где Δtmax - Δt, соответствующее максимуму сигнала;
Δl - расстояние между преобразователями;
c - скорость звука.
Это устройство имеет тот недостаток, что при движении антенны в среде возникает добавочный шум (по отношению к шуму прибора и среды), вызванный обтеканием средой защитного колпака антенны.
Перспективным для регистрации звуковой волны является использование теневых приборов (Т.П.), регистрирующих наличие в среде градиента показателя преломления (плотности), так как пучок света не вносит изменений в среду. Угол отклонения светового пучка
Figure 00000002
где z - направление, перпендикулярное направлению светового пучка;
n - показатель преломления среды;
L - длина светового пучка в среде.
Figure 00000003
где
Figure 00000004
- градиент показателя преломления по давлению.
Обычно угол θ измеряют с помощью теневого прибора, использующего параллельный пучок света в объеме измерения, по изменению мощности светового сигнала за ножом, который располагают в фокусе объектива, фокусирующего пучок света, с помощью фотоприемника, на выходе которого меняется электрический сигнал (М.А.Брамсон, Э.И.Красовский, Б.В.Наумов. Морская рефрактометрия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986, с.183).
В общем случае при расходящемся пучке света в измерительном объеме нож распологают после фокусирующего объектива в фокусе сходящегося светового пучка, т.е. в плоскости изображения светозадающей диафрагмы, или для лазерного пучка в плоскости минимальной перетяжки лазерного пучка.
Известен теневой фотоэлектрический прибор для регистрации изменения давления (Л.А.Васильев. Теневые методы. - М.: Наука, 1969, с.60). С помощью этого устройства, не внося изменений в среду, можно определить наличие акустической волны, но нельзя определить направление на источник звука.
В качестве прототипа выбрано устройство определения направления на источник звука (патент МПК G01S 3/80, №2276795, опубликованный 20.05.2006, Бюл. №14). В этом устройстве определения направления на источник звука, состоящем из двух фотоэлектрических теневых приборов и системы обработки информации, лазерные пучки направлены под углом 90° друг к другу. В каждом фотоэлектрическом теневом приборе после фокусирующего объектива лазерный пучок делится на два лазерных пучка, и эти два лазерных пучка поступают на два ножа с взаимно перпендикулярными кромками. Информация, полученная с двух фотоприемников, стоящих за этими ножами, используется для поддержания одинаковой чувствительности обоих фотоэлектрических теневых приборов. Выходные сигналы с одного из этих фотоприемников и двух других фотоприемников фотоэлектрических теневых приборов квадрируют, усиливают и суммируют. Сигнал на выходе сумматора поддерживают постоянным за счет петли отрицательной обратной связи с выхода сумматора на выходы усилителей. По величинам сигналов на выходах усилителей с учетом взаимных фаз сигналов на выходах фотоприемников с помощью фазовых детекторов и электронной вычислительной машины определяют направление на источник звука.
Устройство, реализованное в прототипе, позволяет определить направление на источник звука, но:
a) шумы лазерного источника с периодически возникающим возбуждением, которые существенно превышают дробовые шумы фотоприемника, снижают пороговую чувствительность всего устройства;
b) в прототипе используются мгновенные значения сигналов, что приводит к ошибкам в определении направления на источник звука.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков: увеличение чувствительности устройства и минимизация ошибок в определении направления на источник звука.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве (фиг.1), состоящем из двух фотоэлектрических теневых приборов, лазерные пучки которых направлены в среду под углом 90° друг к другу (см. прототип), в каждом из излучающих узлов после лазера установлены под углом 45° к оси плоскопараллельные пластинки, отражающие часть света на свой фотоприемник для создания двух опорных каналов в каждом из указанных теневых приборов. Далее лазерные пучки проходят через оптические элементы и анализируемый объем среды аналогично устройству, описанному в прототипе, и попадают соответственно на 3 фотоприемника, регистрирующих градиент показателя преломления в среде вдоль осей X, Y, Z. Далее электрические сигналы с двух фотоприемников (Z, Y) одного из теневых приборов и сигнал от своего опорного канала поступают на два вычитающих каскада, а сигнал со второго теневого прибора и его опорного канала - на третий вычитающий каскад (X). После вычитания с опорными каналами сигналы поступают на соответствующие аналого-цифровые преобразователи (АЦП), выходы которых подключены к двум умножителям сигналов X, Y и Y, Z, выходы которых подключены к соответствующим устройствам, измеряющим математическое ожидание, а их выходы подключены к пороговым устройствам, выходы которых подключены к программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС). Кроме того, выходы с трех АЦП (X, Y, Z) подключены соответственно ко входам устройств, определяющих среднеквадратические значения сигналов (СКОх, СКОу, CKOz) на выходах АЦП (X, Y, Z), после чего выходы с трех СКО подключены к ПЛИС, которая на основании полученных данных с пороговых устройств и с устройств СКО определяет углы (направление) на источник звука.
На фиг.1 изображены оптическая и структурная схемы предлагаемого устройства определения направления на источник звука, которое содержит: лазеры 1, 12; плоскопараллельные пластинки 2, 13; коллимирующие объективы 3, 14; защитные стекла 4, 5, 15, 16; фокусирующие объективы 6, 17; светоделитель 7; ножи 8, 10, 18; согласующие объективы 9, 11, 19; фотоприемники Фх, Фу, Фz; усилители Ух, Уу, Уz; фотоприемники опорных каналов Фок(х, у) и Фок(z); вычитающие каскады ВКх, ВКу, BKz; аналого-цифровые преобразователи АЦПх, АЦПу, АЦПz; умножитель сигналов YМ1(Х,У), умножитель сигналов УМ2(Y,Z), устройства определения математического ожидания МO1, MO2 на выходе умножителей; пороговые устройства П1, П2; устройства, определяющие среднеквадратическое значение сигналов СКОх, СКОу, CKOz; программированная логическая интегральная схема ПЛИС (XL9500, фирма Xilinx, USA).
Предлагаемое устройство (фиг.1) состоит из двух фотоэлектрических теневых приборов (I т.п., II т.п.), сделанных по коллимационной схеме, т.е. два параллельных лазерных пучка проходят анализируемый объем (АО) под углом 90° друг к другу. Каждый из указанных приборов имеет излучающую и приемную части.
Оси координат выбраны следующим образом: ось Х совпадает с оптической осью первого теневого прибора (I т.п.), ось Z совпадает с оптической осью второго теневого прибора (II т.п.), а ось Y направлена перпендикулярно плоскости X0Z и определена как положительная (+) для удобства дальнейшей обработки информации.
В излучающих частях между лазерами 1, 12 установлены плоскопараллельные отражающие часть света пластинки 2, 13 под углом 45° к оптическим осям и совместно с фотоприемниками Фок1 и Фок2 и усилителями Уок1, Уок2, формируют два опорных канала. Излучающие части устройства одинаковы. Здесь световой пучок от лазеров 1 и 12 проходит плоскопараллельные пластинки 2, 13, коллимирующие объективы 3, 14, защитные стекла 4, 15, анализируемый объем (А.О.), попадает в приемные части, при этом в приемной части первого теневого прибора (I т.п.) лазерный пучок, пройдя защитное стекло 5, фокусирующий объектив 6, попадает на светоделитель 7
Figure 00000005
и фокусируется в плоскостях ножей 8, 10, кромки которых перпендикулярны друг другу.
Ножи 8, 10 частично перекрывают изображения тел излучения лазеров 1, 12 и, таким образом, определяют величину электрического сигнала с фотоприемников Ф1, Ф2, возникающего при прохождении звуковой (ультразвуковой) волны через анализируемый объем. При этом фотоприемник Ф1 чувствует изменение света, пропорциональное проекции перемещения изображения тела излучения лазера 1 на ось Z (фиг.2), а фотоприемник Ф2 чувствует изменение света, пропорциональное проекции перемещения изображения тела излучения лазера 1 на ось (фиг.3).
Приемная часть второго теневого прибора с помощью ножа 18 и фотоприемника Ф3 чувствует изменение света, пропорциональное проекции перемещения изображения тела излучения лазера 12, на ось Х (фиг.4).
Сигналы с выходов фотоприемников Ф1(Z) и Ф2(Y) после усиления поступают на вычитающие каскады BKZ и BKY, где вычитаются с сигналом с опорного канала Фок1, а сигнал с фотоприемника Ф3(Х) после усиления поступает на вычитающий каскад ВКХ, где вычитается с сигналом с опорного канала Фок2. После этого сигналы с BKZ, BKY и ВКХ поступают каждый на свой аналого-цифровой преобразователь (АЦПz, АЦПу, АЦПх).
После оцифровки сигнал с АЦПх поступает на умножитель сигналов Х и Y (УМ1), сигнал с АЦПz поступает на умножитель сигналов Y и Z (УМ2), а сигнал с АЦПу поступает на оба умножителя УМ1 и УМ2. С помощью умножителей (УМ1 и УМ2) мгновенных значений и устройств (МO1 и МO2) измеряют математическое ожидание с последующим порогом П1 и П2. Пороговые устройства П1 и П2 с нулевым порогом определяют знаки координат Х и Z, вычисляются с помощью устройств СКОх, СКОу и CKOz, измеряющих среднеквадратическое отклонение на выходе АЦПх, АЦПу и АЦПz. Модуль R равен корню квадратному от суммы квадратов СКОх, СКОу, CKOz и соответственно углы относительно координат X,Y,Z определяются как arcos(X/R), arcos(Y/R), arcos(Z/R) соответственно. По этой информации с помощью программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) XL 9500 фирмы Xilinx, USA, определяются углы, определяющие направление на источник звука относительно координат X, Y, Z.
Предлагаемое устройство позволяет с помощью двух теневых фотоэлектрических приборов определить направление на источник звука. По сравнению с прототипом здесь введены два опорных канала, использование которых с последующим вычитанием сигналов трех информационных каналов приблизительно в 10 раз уменьшает влияние шумов лазера, что в соответствующее количество раз увеличивает чувствительность устройства. Кроме того, в прототипе подлежат обработке мгновенные значения сигналов, а в предлагаемом устройстве используются усредненные значения, что минимизирует ошибки и увеличивает точность определения направления на источник звука.

Claims (1)

  1. Устройство определения направления на источник звука, включающее два фотоэлектрических теневых прибора, лазерные пучки которых направлены в среду под прямым углом друг к другу, каждый из двух фотоэлектрических теневых приборов содержит последовательно установленные лазер, коллимирующий объектив, два защитных стекла, между которыми размещается анализируемый объем, фокусирующий объектив, светоделитель в первом фотоэлектрическом теневом приборе, предназначенный для разделения лазерного пучка на два пучка для формирования двух информационных каналов, два ножа в виде полуплоскостей с взаимно перпендикулярными кромками в первом фотоэлектрическом теневом приборе, третий нож в виде полуплоскости во втором теневом приборе, представляющем собой третий информационный канал, согласующие объективы, установленные по одному, после каждого из этих ножей, два фотоприемника и два усилителя в первом теневом приборе и один фотоприемник с усилителем во втором теневом приборе, отличающееся тем, что в каждом теневом приборе за лазером установлена плоскопараллельная пластинка под углом 45° к оптической оси, предназначенная для отражения части света на фотоприемник с усилителем и формирующая опорный канал, при этом выходы усилителей первого теневого прибора подключены ко входам двух вычитающих каскадов, выход усилителя опорного канала первого теневого прибора также подключен ко входам тех же вычитающих каскадов, а выход усилителя опорного канала второго теневого прибора подключен ко входу вычитающего каскада второго теневого прибора, выходы всех вычитающих каскадов подключены соответственно ко входам своих аналого-цифровых преобразователей, выходы которых подключены ко входам соответствующих устройств, определяющих среднеквадратические значения сигналов, выходы которых подключены ко входу программированной логической интегральной схемы, выходы аналого-цифровых преобразователей подключены ко входам умножителей сигналов, причем выход аналого-цифрового преобразователя одного из информационных каналов первого теневого прибора подключен ко входам обоих умножителей сигналов, а выходы умножителей сигналов подключены ко входам устройств, определяющих математическое ожидание сигналов, а их выходы подключены ко входам двухпороговых устройств, выходы которых подключены к программированной логической интегральной схеме.
RU2011135152/28A 2011-08-22 2011-08-22 Устройство определения направления на источник звука RU2478220C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011135152/28A RU2478220C1 (ru) 2011-08-22 2011-08-22 Устройство определения направления на источник звука

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011135152/28A RU2478220C1 (ru) 2011-08-22 2011-08-22 Устройство определения направления на источник звука

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011135152A RU2011135152A (ru) 2013-02-27
RU2478220C1 true RU2478220C1 (ru) 2013-03-27

Family

ID=49119999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011135152/28A RU2478220C1 (ru) 2011-08-22 2011-08-22 Устройство определения направления на источник звука

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2478220C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2092802C1 (ru) * 1993-03-18 1997-10-10 Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" Способ определения уровней давления и пространственного расположения источников шумоизлучения движущегося объекта
RU2232400C2 (ru) * 2000-10-17 2004-07-10 Алексеев Николай Васильевич Способ определения направления на источник звука и устройство для его реализации
RU2276795C2 (ru) * 2003-06-30 2006-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт физической оптики, оптики лазеров и информационных оптических систем" ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова" Устройство определения направления на источник звука
US7558156B2 (en) * 2006-01-06 2009-07-07 Agilent Technologies, Inc. Acoustic location and enhancement
EP2159593A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-03 Harman Becker Automotive Systems GmbH Method and device for locating a sound source

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2092802C1 (ru) * 1993-03-18 1997-10-10 Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" Способ определения уровней давления и пространственного расположения источников шумоизлучения движущегося объекта
RU2232400C2 (ru) * 2000-10-17 2004-07-10 Алексеев Николай Васильевич Способ определения направления на источник звука и устройство для его реализации
RU2276795C2 (ru) * 2003-06-30 2006-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт физической оптики, оптики лазеров и информационных оптических систем" ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова" Устройство определения направления на источник звука
US7558156B2 (en) * 2006-01-06 2009-07-07 Agilent Technologies, Inc. Acoustic location and enhancement
EP2159593A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-03 Harman Becker Automotive Systems GmbH Method and device for locating a sound source

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011135152A (ru) 2013-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210025992A1 (en) Multiline lidar
CN102169050B (zh) 一种反射率综合测量方法
CN109798847B (zh) 测量光束发散角及激光质量因子的测量装置及其测试方法
CN108802425A (zh) 一种机载风速测量激光雷达系统
CN103471998B (zh) 超声材料反射和透射系数激光测量系统
Koukoulas et al. Gated photon correlation spectroscopy for acoustical particle velocity measurements in free-field conditions
CN114858264B (zh) 一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置及方法
CN102012401A (zh) 固体材料非均匀性质的无损检测方法
CA2810630C (en) Measuring apparatus and measuring method for metallic microstructures or material properties
CN105547197A (zh) 基于激光自混合干涉的同时测量角度与振动的方法及装置
CN105092013A (zh) 声音识别系统及声音识别方法
CN102967281A (zh) 脉冲激光体纵波厚度测量系统
RU2478220C1 (ru) Устройство определения направления на источник звука
CN103913218A (zh) 一种收发分离式激光振动测量系统
RU160836U1 (ru) Устройство для регистрации усиления и ослабления обратного рассеяния в атмосфере
KR101082463B1 (ko) 레이저를 이용하여 거리 측정이 가능한 로봇눈용 거리측정장치
CN103336013A (zh) 密封环境中光敏芯片粘接强度的光声检测装置
JPH04297888A (ja) 水中用レーザレーダ
RU2009112729A (ru) Способ измерения расстояния и устройство для его осуществления
RU2476898C1 (ru) Устройство определения направления на источник звука
RU2232400C2 (ru) Способ определения направления на источник звука и устройство для его реализации
JP3874749B2 (ja) 対象音検出方法及びその装置
JP2000171232A (ja) 超音波計測装置
RU2240504C1 (ru) Способ определения толщины диэлектрического материала
RU2276795C2 (ru) Устройство определения направления на источник звука

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180823