SU1739507A1 - Nonlinear parametric acoustic receiver - Google Patents
Nonlinear parametric acoustic receiver Download PDFInfo
- Publication number
- SU1739507A1 SU1739507A1 SU904847579A SU4847579A SU1739507A1 SU 1739507 A1 SU1739507 A1 SU 1739507A1 SU 904847579 A SU904847579 A SU 904847579A SU 4847579 A SU4847579 A SU 4847579A SU 1739507 A1 SU1739507 A1 SU 1739507A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- plate
- frequency
- emitter
- hydrophone
- wave
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: дл приема звуковых волн четырехволнового взаимодействи в акустическом резонаторе. Акустическим резонатором вл етс кругла тонка пластина 1, выполненна из твердого материала. В центре пластины, коаксиально ей установлен цилиндрический излучатель 2 накачки продольных волн. Пластина представл ет собой излучатель комбинационной частоты. Диаграмма направленности излучател (пластины) формируетс в волновой зоне, т.е. на рассто нии, где расположен гидро- фонный приемник 3. Поворот диаграммы направленности осуществл етс синхронным вращением всей системы, например, вокруг центра пластины. 1 ил.Use: for receiving four-wave sound waves in an acoustic resonator. The acoustic resonator is a round thin plate 1 made of solid material. In the center of the plate, a cylindrical emitter 2 of pumping longitudinal waves is installed coaxially to it. The plate is a combination frequency emitter. The radiation pattern of the radiator (plate) is formed in the wave zone, i.e. at the distance where the hydrophone receiver 3 is located. The rotation of the radiation pattern is carried out by synchronous rotation of the entire system, for example, around the center of the plate. 1 il.
Description
соwith
СWITH
Изобретение относитс к гидроакустике и может быть использовано дл приема звуковых волн, распростран ющихс в жидкости.This invention relates to underwater acoustics and can be used to receive sound waves propagating in a liquid.
Известен параметрический гидрофон дл приема низкочастотной (НЧ) звуковой волны, содержащий расположенные в водной среде на рассто нии L друг от друга высокочастотные (ВЧ) излучатель и приемник звуковых волн. В таком гидрофоне, представл ющем собой антенну бегущей волны, происходит нелинейное взаимодействие сигнальной волны низкой частоты Я и высокочастотной.волны накачки со , в результате чего об разуютс волны комбинационных частот о) ± О.A parametric hydrophone is known for receiving a low-frequency (LF) sound wave, which contains a high-frequency (HF) emitter and a receiver of sound waves located in an aqueous medium at a distance L from each other. In such a hydrophone, which is a traveling-wave antenna, nonlinear interaction of a low-frequency signal wave I and a high-frequency pumping wave occurs, resulting in the formation of combination-frequency waves a) ± O.
Недостатком такого гидрофона вл етс низка эффективность, обусловленна малым значением параметра у акустической нелинейности воды.The disadvantage of such a hydrophone is its low efficiency due to the small value of the parameter in the acoustic nonlinearity of water.
Известен апертурный параметрический акустический приемник, содержащий последовательно расположенные на однойKnown aperture parametric acoustic receiver containing consistently located on one
оси два высокочастотных излучател накачки , плоскопараллельный слой нелинейной среды, импеданс которой совпадает с импедансом окружающей жидкости, и отсто щий на рассто ние R0 от сло приемник. Рассто ние RO определ етс рассто ни ми eh, d2 между излучател ми накачки и слоем, а также частотами (1)1,0)2 излучателей накачки и частотой Q принимаемой низкочастотной волны (Ro Оэ ( - )1 где QO - - ftJ2 ± Q.)two high-frequency pump emitters, a plane-parallel layer of a nonlinear medium, whose impedance coincides with the impedance of the surrounding liquid, and a receiver spaced by R0 from the layer. The distance RO is determined by the distances eh, d2 between the pump emitters and the layer, as well as the frequencies (1) 1.0) 2 pump emitters and the frequency Q of the received low-frequency wave (Ro Oe (-) 1 where QO - - ftJ2 ± Q.)
Недостатком такого параметрического приемника вл етс сложность конструкции , св занна с наличием двух излучателей накачки и нелинейного сло , разнесенных на большое рассто ние.The disadvantage of such a parametric receiver is the complexity of the design, due to the presence of two pump emitters and a nonlinear layer separated by a large distance.
Целью изобретени вл етс упрощение конструкции.The aim of the invention is to simplify the design.
Поставленна цель достигаетс тем, что в нелинейном параметрическом акустическом приемнике, содержащем соосно установленные слой нелинейной среды иThe goal is achieved by the fact that in a nonlinear parametric acoustic receiver containing a coaxially mounted layer of a nonlinear medium and
VJVj
СОWITH
о ел оabout eaten about
акустические излучатель накачки продольных волн и приемный гидрофон, слой нелинейной среды выполнен в виде круглой пластины из твердого материала, в которой коаксиальноустановлен излучатель накачки в виде цилиндра, причем произведение плотности и скорости продольных волн в материале пластины отличаетс от произведени плотности и скорости звука в окружающей среде, а радиус R пластины определ етс соотношениемacoustic emitter pumping longitudinal waves and receiving hydrophone, a nonlinear medium layer made in the form of a circular plate made of solid material, in which a pump emitter in the form of a cylinder is installed coaxially, and the product of the density and velocity of longitudinal waves in the plate material differs from the product of density and sound speed in the environment and the radius R of the plate is determined by the ratio
R .л(т +3/4) , (1)R .l (t +3/4), (1)
где со - частота возбуждени излучател накачки,where co is the excitation frequency of the pump emitter,
с, v- скорость продольных волн и коэффициент Пуассона дл материала пластины,c, v is the velocity of the longitudinal waves and the Poisson’s ratio for the material of the plate,
m - целое число,m is an integer
толщина пластины h определ етс соотношениемplate thickness h is determined by the ratio
(2)(2)
где Д.-длина волны низкой частоты QB окружающей среде;where D. is the wavelength of the low frequency QB environment;
/Ц - длина волны комбинационной частоты «Из 2ш ± QB материале пластины;/ C is the wavelength of the combination frequency “From 2 ° ± QB to the plate material;
п - целое число,n is an integer
рассто ние между приемником и пластиной D Рф, где РФ - рассто ние Фраунгофера на частоте (ik дл пластины.the distance between the receiver and the plate D Russia, where RF is the Fraunhofer distance at the frequency (ik for the plate.
Изобретение основано на использовании дл приема звуковых волн четырехвол- нового взаимодействи в акустическом резонаторе. Акустическим резонатором вл етс кругла тонка пластина, выполненна из твердого материала, импеданс дл продольных волн которого (т.е. произведение плотности материала на скорость продольных волн в нем) отличен от импеданса окружающей среды (жидкости). В центре пластины, коаксиально ей, установлен цилиндрический излучатель накачки продольных волн, частота ш которого выбираетс в соответствии с соотношением (1). При возбуждении излучател в пластине возникает бегуща цилиндрическа (расход ща с ) волна с волновым вектором К. Поскольку излучатель находитс в центре пластины-резонатора , в ней возникает также отраженна от кра резонатора бегуща к центру (сход ща с ) цилиндрическа волна с той же частотой и и волновым вектором -К, При падении на пластину низкочастотной волны с частотой Q и волновым вектором К в ней вследствие кубичной нелинейности материала пластины происходит взаимодействие трех указанных волн. Результатом этого взаимодействи вл етс рождение четвертой волны с частотой (Ds (i) + (i)± QH волновым векто- - --S-- .The invention is based on the use of four-wave interaction in an acoustic resonator for receiving sound waves. The acoustic resonator is a round thin plate made of a solid material whose impedance for longitudinal waves (i.e., the product of the material density and the velocity of the longitudinal waves in it) is different from the impedance of the surrounding medium (liquid). In the center of the plate, coaxially to it, there is a cylindrical pump radiator of longitudinal waves, the frequency w of which is chosen in accordance with relation (1). When a radiator is excited in a plate, a running cylindrical (diverging) wave with a wave vector K arises. Since the radiator is in the center of the resonator plate, a cylindrical wave running from the resonator edge toward the center (converging) with the same frequency also occurs in it. and and the wave vector -K. When a low-frequency wave with a frequency Q and a wave vector K falls on a plate, the three said waves interact due to the cubic nonlinearity of the plate material. The result of this interaction is the generation of a fourth wave with a frequency (Ds (i) + (i) ± QH) of the wave vector - - - S--.
ром Кз К - К ± К ±К, котора излучаетс в окружающую пластину среду. Таким образом, пластина представл ет собой излучатель комбинационной частоты % 2со ± Q . Дл эффективного излучени пластиной волны частоты УЗ необходимо обеспечить акустическое согласование пластины с окружающей средой, дл чего толщина h пластины выбираетс в соответствии с соотношением (2). Радиус RRum Kz K - K ± K ± K, which is emitted into the surrounding plate. Thus, the plate is a combination emitter of frequency% 2 ± Q. To efficiently emit a wave of the ultrasonic frequency to the plate, it is necessary to ensure the acoustic matching of the plate with the environment, for which the thickness h of the plate is chosen in accordance with relation (2). Radius r
пластины определ етс необходимой шириной 6b диаграммы направленности и св зан с ней соотношениемthe plate is determined by the required width of the 6b radiation pattern and is related to it by the ratio
2020
R«A/20bR "A / 20b
(3)(3)
5five
00
5five
00
5five
00
5five
Как известно, поле давлени такого излучател определ етс фазовым распределением источников комбинационной частоты 0s по апертуре (плоской) пластины, которое, в свою очередь определ етс низкочастотной волной(Q, К). При нормальном падении волны (Q, К) на пластину источники комбинационной частоты ш$ синфазным го апертуре пластины, и она создает пучок(Шз, Кь) вдоль акустической оси. Диаграмма направленности излучател (пластины) формируетс в волновой зоне, т.е. на рассто нии, определ емом соотношением (3), где расположен приемник.As is known, the pressure field of such a radiator is determined by the phase distribution of the sources of the combination frequency 0s over the aperture of the (flat) plate, which, in turn, is determined by the low-frequency wave (Q, K). With a normal incidence of a wave (Q, K) on a plate, the sources of the combinational frequency are common-phase aperture of the plate, and it creates a beam (Shz, Kb) along the acoustic axis. The radiation pattern of the radiator (plate) is formed in the wave zone, i.e. at a distance determined by the relation (3) where the receiver is located.
При наклонном падении волны (О, К) на пластину по вл етс расфазировка вторичных источников частоты ufe по апертуре пластины и она излучает волну (Шв, Ks) под углом к акустической оси, в результате чего амплитуда сигнала принимаемого гидрофоном падает. Это и вл етс механизмом формировани ДН предлагаемого параметрического гидрофона.When the wave (O, K) is incident on the plate, the secondary sources of the frequency ufe appear on the plate aperture and it emits a wave (SW, Ks) at an angle to the acoustic axis, resulting in the amplitude of the signal received by the hydrophone. This is the mechanism for the formation of the DN of the proposed parametric hydrophone.
Поскольку в устройстве используетс только один излучатель накачки, который расположен в твердотельной пластине (нелинейном слое) и представл ет с ней одно целое, то конструкци предлагаемого устройства проще, чем известного,Since the device uses only one pump emitter, which is located in the solid-state plate (nonlinear layer) and represents one whole, the design of the proposed device is simpler than the known one
Следует отметить, что параметрический приемник обладает высокой эффективностью вследствие как сильной акустической нелинейности материала пластины, так и возможностью создани более интенсивной волны накачки в твердотельном резонаторе- пластине, чем в воде, где интенсивность накачки ограничена порогом кавитации.It should be noted that the parametric receiver is highly efficient due to both the strong acoustic nonlinearity of the plate material and the possibility of creating a more intense pump wave in a solid-state resonator plate than in water, where the pump intensity is limited by the cavitation threshold.
На чертеже изображена схема одного из вариантов устройства.The drawing shows a diagram of one of the variants of the device.
Нелинейный параметрический акустический приемник содержит круглую металлическую пластину 1 из твердого материала. В конкретном варианте исполнени пластина 1 выполнена из меди (С 3,5- 105см/с, ,3). Радиус пластины R, ее толщина h выбраны в соответствии с соотношени ми (1, 2) и равны , соответственно 25 и 2,3, см. В центре пластины 1, коаксиально ей, жестко закреплен цилиндрический излучатель 2 продоль- ных волн. Цилиндрический излучатель 2 установлен в центре пластины 1 и вл етс сплошным цилиндром. Дл обеспечени эффективного взаимодействи волн накачки и сигнала необходимо, радиус г излуча- тел и радиус R пластины удовлетвор ли соотношению . В конкретном варианте исполнени радиус г равен 1,5 см, его высота h равна 2,3 см. Частота излучател выбрана в соответствии с соотношением (1) и совпадает с резонансной частотой четвертой моды () пластины 1, равной f а) /2 ТЕ 33 кГц. На акустической оси пластины 1 на рассто нии D, выбранном в соответствии с соотношением D Ј/Рф(в кон- кретном варианте D 10 м), установлен гидрофон 3 (например, гидрофон типа 8103, 8100 фирмы Брюль и Къер).Nonlinear parametric acoustic receiver contains a round metal plate 1 of solid material. In a specific embodiment, plate 1 is made of copper (C 3.5-110 cm / s, 3). The plate radius R, its thickness h is chosen in accordance with ratios (1, 2) and equal, respectively, 25 and 2.3, see. In the center of plate 1, a cylindrical emitter 2 of rigid waves is rigidly fixed. The cylindrical emitter 2 is installed in the center of the plate 1 and is a solid cylinder. To ensure the effective interaction of the pump waves and the signal, it is necessary that the radius r of the radiators and the radius R of the plate satisfy the relation. In a specific embodiment, the radius g is 1.5 cm, its height h is 2.3 cm. The emitter frequency is selected in accordance with relation (1) and coincides with the resonant frequency of the fourth mode () of plate 1, equal to f a) / 2 TE 33 kHz. On the acoustic axis of the plate 1 at a distance D, selected in accordance with the ratio D D / Rf (in the concrete variant D 10 m), a hydrophone 3 is installed (for example, a hydrophone of type 8103, 8100 from Brühl and Kjерr).
Параметрический приемник работает следующим образом.Parametric receiver works as follows.
При возбуждении цилиндрического изт лучател на указанной частоте в пластине 1 возбуждаютс резонансные колебани на этой же частоте. При падении на пластину 1 распростран ющейс в воде низкоча- стотной волны с частотой F Q/27T 10 кГц ( Л 15 см) в пластине возбуждаютс тол- щинные колебани на комбинационной частоте fs Ok /2 п 76 кГц. На этой частоте длина волны AS в медной пластине состав- л ет 4,6 см. Толщина пластины, как указано выше, выбрана равной 2,3 см, т.е. половине длины волны (). Таким образом, пластина 1 излучает в окружающую среду акустическую волну с частотой fs 76 кГц.When a cylindrical emitter is excited at the indicated frequency in plate 1, resonant oscillations are excited at the same frequency. When a low-frequency wave propagating in water with a frequency F Q / 27T 10 kHz (L 15 cm) is incident on the plate 1, thickness oscillations are excited in the plate at the combination frequency fs Ok / 2 n 76 kHz. At this frequency, the wavelength AS in the copper plate is 4.6 cm. The plate thickness, as indicated above, is chosen to be 2.3 cm, i.e. half wavelength (). Thus, plate 1 emits an acoustic wave with a frequency of fs 76 kHz into the environment.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904847579A SU1739507A1 (en) | 1990-05-04 | 1990-05-04 | Nonlinear parametric acoustic receiver |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904847579A SU1739507A1 (en) | 1990-05-04 | 1990-05-04 | Nonlinear parametric acoustic receiver |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1739507A1 true SU1739507A1 (en) | 1992-06-07 |
Family
ID=21525544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904847579A SU1739507A1 (en) | 1990-05-04 | 1990-05-04 | Nonlinear parametric acoustic receiver |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1739507A1 (en) |
-
1990
- 1990-05-04 SU SU904847579A patent/SU1739507A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР Me 422197, кл. В 06 В 1/00. Назаров В.Е., Сутин A.M. Теори параметрического приемника звука с нелинейным слоем. - Акустический журнал, 1989, т.35, №5, с.877-881. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6772490B2 (en) | Method of forming a resonance transducer | |
US4333028A (en) | Damped acoustic transducers with piezoelectric drivers | |
EA199900113A1 (en) | ACOUSTIC HETERODINE DEVICE AND METHOD FOR ITS USE (OPTIONS) | |
US3872421A (en) | Standing wave acoustic parametric source | |
US3917024A (en) | Sound radiating structure | |
CA1136262A (en) | Electro-acoustic transducer with horn and reflector | |
RU2133047C1 (en) | Parametric echo-pulse sonar | |
SU1739507A1 (en) | Nonlinear parametric acoustic receiver | |
US3912954A (en) | Acoustic antenna | |
US2823365A (en) | Electro-acoustic system and method | |
RU2003237C1 (en) | Nonlinear parametric acoustic receiver | |
EP0039986A1 (en) | An acoustic transducer system | |
JPH06343933A (en) | Supersonic cleaning using supersonic reflector | |
US7443081B2 (en) | Multi-frequency transmission/reception apparatus | |
RU2784885C1 (en) | Method for increasing the efficiency of a parametric acoustic radiating antenna and a device for its implementation | |
SU1520461A1 (en) | Method of nonnuclear acoustic logging | |
GB2085591A (en) | Method of Classifying Underwater Objects | |
RU2700031C1 (en) | Multi-frequency receiving-emitting antenna device | |
SU1379725A1 (en) | Ultrasound transducer of acoustic emission signals | |
RU188744U1 (en) | Dual element electroacoustic transducer for parametric generation of acoustic signals | |
RU2096807C1 (en) | Method of forming the directed radiation of low-frequency signals | |
JPH11352002A (en) | Antenna for water leakage detector | |
RU2822084C1 (en) | Ultrasonic oscillating system for gaseous media | |
US4039998A (en) | Ultrasonic transmitter or receiver | |
JPS5842056Y2 (en) | Ultrasonic atomization device |