Экспериментальное исследование ближнего поля параметрического излучателя звука с целью получения узких, порядка 1° лучей на разностных частотах Текст научной статьи по специальности «Физика»

ЛИТЕРАТУРА

1. Шустер Г. Детерминированный хаос. Введение., М.,Мир,1988.

2. Нелинейные волны. Динамика и эволюция. /Под ред.Гапонова-Грехова А.В.!, М.,Наука, 1989.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БЛИЖНЕГО ПОЛЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ ЗВУКА С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ УЗКИХ, ПОРЯДКА 1° ЛУЧЕЙ НА РАЗНОСТНЫХ ЧАСТОТАХ

Я. В. Монссснко (ГУП РФ ЦНИИ «Гидроприбор»,

г. Санкт-Петербург))

Experimental trials of the near-field (up to 30m) of a linear parametric transducer with the aperture of 0,87m being excited on two primary waves in range of (72 - 87kc) have seen carried out in 1989 on the Lake Ladoga. Possibility to obtain at low different frequencies (5 - 15kc) the narrow beams (1,1 - 1,5°), which do not exceed in width the beams of primary waves generating them and have pressure levels approximately corresponding to calculated ones. Has been shown, research has been carried out in order to detect small-sized local non-uniformities and bodies in bottom sediments.

В случаях работы с парамегрическими гидролокаторами (ПГЛ) в условиях мелководья или с носителей, буксируемых вблизи морского дна, приходится работать в ближнем поле параметрических излучателей (ПИ), где волны разностных частот (ВРЧ) ещё не сформировались.

В связи с этим представляет интерес исследования поля ВРЧ. в ближней зоне ПИ до дистанции Э, определенной как Р = Ъ1!\, где Ь -апергура антенны, А. - длина волны звука.

В ряде работ [1*3] были проведены исследования ближнего поля круглой поршневой антенны диаметром 0,83 м при частотах накачки Гп 1 = 11 кГц и П12= 16 кГц [ 1- 2 ] и круглой поршневой антенны диаметром 0,34 м при частотах накачки = (80 - 115) кГц на расстоянии до 30 м [ 3 ]. В этих работах была экспериментально продемонстрирована возможность получения в ближнем поле круглого поршневого ПИ на разностной частоте 5 кГц луча шириной (4 - 5) °.

Поводом для исследований, о которых пойдет речь в данной работе, послужила, прежде всего, проблема обнаружения и классификации малоразмерных объектов и локальных неоднородностей в толще донных осадков, где факторов, служащих помехой и искажающих эхосигналы.

118

особенно много.

В связи с этим целью исследований стало выяснение возможности получения с помощью линейного (не круглого) параметрического излучателя (ЛГТИ), имеющего на частотах накачки на уровне 0,7 характеристику направленности шириной 0О 7 = 1°, луча такой же ширины 0 »,? = 1° и на разностных частотах в диапазоне ВРЧ = (5 - 15) кГц. Такие частоты хорошо проникают в донные осадки.

Для проведения этого эксперимента была изготовлена линейная антенная решетка (АР) с шагом X / 2, составленная из армированных пьезопреобразоватслей с резонансной частотой Г = 80 кГц при полосе пропускания ДҐ о,? = 15 кГц. Предельно допустимая электрическая мощность, которую можно было подводить к антенне, составляла 6 кВт. Общая апертура антенной решетки составляла 0,87 м.

Эксперимент проводился в 1989 г. в зимнее время в пресной воде Ладожского озера. Измеряемый параметрический излучатель ЛИИ, установленный на штанге поворотного устройства, и приемный гидрофон (сфера диаметром 0,07 м) опускались на одинаковую глубину через лунки во льду. Гидрофон в процессе измерения помещался на расстоянии п = 15 м и Гг = 30 м от ЛПИ.

Измерения характеристик направленности (ХН) производились путем вращения ЛПИ на все 360° (с помощью поворотного устройства) с регистрацией на ленте самописца сигналов с выхода приемного гидрофона. Регистрировались сигналы и ХН на частотах накачки Гл 1 и Ггь и разностных частотах Р_ - 5; 10; 15 кГц. Подводимая к ЛПИ электрическая мощность составляла около 50 Вт.

В табл. 1 и на рис. 1 и рис. 2 приведены основные исходные параметры и результаты эксперимента.

На рис. 1 и рис.2 приведены фрагменты характеристик направленности (ХН) ЛПИ на расстояниях г=15м и г=30м на частотах накачки Гп 1 и йі2 и разностных частотах Р_, порожденных этими первичными волнами частот накачки. По оси ординат отложены в логарифмическом масштабе величины, пропорциональные давлению на выходе приемного гидрофона (ПГ) и приведен масштаб, соответствующий 10 дБ. По оси абсцисс отложены значения углов поворота ЛПИ и приведен масштаб, соответствующий конкретному числу градусов.

Оценка результатов экспериментальных исследований позволила сделать выводы:

- в ближнем поле линейного параметрического излучателя ширина луча на разностных частотах (ВРЧ) не превосходит ширины лучей на первичных частотах накачки и, следовательно, вывод о возможности получения на ВРЧ = 5; 10; 15 кГц лучей шириной 0 0_7 = (1,1 - 1,5)° в ближней зоне ПА;

- акустическое давление соответствует теоретическому, рассчитанному по формулам, приведенным в [ 4 ].

119

Таблица 1

Й1| Й12 її Й1| ЇЇІ2 Р Й1, Лі2 Р г

кГц кГц кГц кГц кГц кГц кГц кГц кГц т

0 85 5 74 84 10 72 87 15

Дв<),7 град 1,6 2,0 2,0 2,0 1,7 3,0 1,5 1,5 1,5 15

Р_ Па эксперимент 3,0 4,4 9,0

Р_Па Теория 6

А^0,7 град 2,0 1,3 1,1 1,3 1,5 1,2 30

Р_ Па эксперимент 2,4 3,7 6,0

Р_ Па Теория 4,6

г - расстояние между измеряемой антенной и приемным гидрофоном;

- первая и вторая частоты накачки; Р_ - разностная частота; Л0О,7 - ширина характеристики направленности на уровне 0,7; Р_ эксперимент и Р_ теория -акустическое давление на выходе гидрофона и акустическое давление, теоретически рассчитанное по формулам, приведенным в [ 4 ].

Автор выражает благодарность за помощь в подготовке и проведении исследований Гиндиной Н.И., Зингеру М.Н., а также Тарасову С.П. за полезные дискуссии по рассматриваемым вопросам и надеется, что, несмотря на задержку с опубликованием результатов данных исследований, они не потеряли практическую ценность.

120

и/ ^

Рис.1 Характеристики направленности (ХН) линейного параметрического излучателя при г = 15 м. 1.1; 1.2; 1.3 - ХН на частотах накачки Гп| = 80кГц Гп2 = 85 кГц и Р_ = 5 кГц, соответственно. 1.4; 1.5;1.6; -ХН на Л11 = 84 кГц 2 = 74 кГц и Р_ = 10 кГц, соответственно. 1.7; 1.8; 1.9-ХН на Й!) = 72 кГц, Й12 = 87 кГц и Р_ = 15 кГц, соответственно

№»* У.Ґ 2.6

г !Є„,. 7У

Рис. 2 Характеристики направленности ХН ЛПИ при г = 30 м. 2.1 -ХН на F_ = 5 кГц. 2.2; 2.3 - ХН на fnt = 74 кГц и разностной частоте F_ =10 кГц, соответственно. 2.4; 2.5; 2.6 - ХН на fri] = 72 кГц, fn^ = 87 кГц и Г_= 15 кГц, сооответственно.

ЛИТЕРАТУРА

1. GreerS. Garrett Neatfield of a large acoustic transducer. Part II: Parametric radiation J.Acoust. Soc. Amer. 1983 v.74 №3 p.1013-1020.

2. GreerS. Garrett Nearfield of a large acoustic transducer, Part III: General results.- J.Acoust. Soc. Amer. 1984 v.75 №3 p.769-779.

3. Калачев А.И., Островский Д.Б. Экспериментальное исследование ближнего поля параметрического излучателя звука. Акуст. ж. 1983 т.29 №3 с.406-408.

4. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика Л., Судостроение 1981.

122