CC BY
59
В целях получения параметра т из сэмплированных сигналов музыкальных произведений допустимо использовать проведение эксперимента на обычной сцене, снабжённой «одеждой сцены», так как характер ранних отражений не влияет на кривизну спада сигнала и, соответственно, на т Данное обстоятельство позволяет более экономично проводить исследования параметра Te различных исполняемых музыкальных произведений и создавать оптимальные условия для звуковосприятия музыкальных программ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Shevtsov S.E., Sumbatyan M.A. The influence of the structure of early reflections on subjective characteristics in architectural acoustics. http://www.math.rsu.ru/niimpm/niimpm.ru.html (Rus.)
2. Shevtsov S.E., The influence of the scene acoustics parameters on the parameters ze, ACF .
Natural and Technical Science. №6, 2004 (124,126) (Rus.)
3. Y. Ando. (1998) Architectural Acoustics/ Blending Sound Sources, Sound Fields, and Listeners. Springer-Verlag
4. Burd.A. N, Nachhallfreie Musik fur Akustische Modellunteruchungen. Mitteilungen 13 [1969]
5. T.Hidaka, K.Kageyama and S. Masuda, Recordings of Anechoic Orchestral Music and Measurement of its Physical Characteristics Based on the Autocorellation Function, Acustica, -Vol.67. - 1988. - P. 68-70.
УДК 534.6
И.А. Кириченко, В.В. Котляров, М.Н. Рябец РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ДЛЯ УЧЕТА БИОМАССЫ В РУСЛАХ РЕК
Межгодовые изменения биомассы рыб определяют необходимость в обоснованном и надежном долгосрочном прогнозе ее количественной оценки, что является важной практической задачей, с решением которой связан ряд научно-исследовательских работ [1-3].
Разрабатываемая рыбопоисковая гидроакустическая аппаратура для подсчета рыб на проходе их к местам нерестилищ в руслах рек, заливах морей, лиманах, а также в каналах и рыбоходных сооружениях должна обладать свойством адаптивности и удовлетворять следующим условиям [6]:
• иметь несколько счетных независимых идентичных каналов, реализующих функцию измерения, с помощью которых накапливается исходная информация;
• обладать функцией перестройки собственной структуры и характеристик, которая определяет качество функционирования системы;
• обладать функцией управления структурой, характеристиками и параметрами системы, адекватно отражающей изменения внешних воздействий на систему.
Выполнение этих условий возможно при комплексировании гидроакустической аппаратуры, которое позволяет успешно решать задачу оценки запаса биомассы с помощью гидроакустических приборов и увеличивает качество и надежность полученных результатов.
Анализ методов построения измерительных гидроакустических систем определил состав структуры комплекса и основные задачи проведенных экспериментальных исследований его основных характеристик [6]. Особенность разрабатываемого гидроакустического комплекса для количественной оценки рыбных скоплений заключается в том, что он имеет пять независимых идентичных каналов для получения первичной гидроакустиче-
ской информации, накопление и обработку информации, которая позволяет интерпретировать значение численности и биомассы рыбных скоплений. Для работы в руслах рек целесообразно применять эхолоты с рабочей частотой 120-200 кГц и небольшими диапазонами осмотра (0-10 м; 0-20 м и т. д.), а также использовать устройства выделения и блокировки донного сигнала [3].
На рис. 1 показана геометрия задачи по учету рыб в руслах рек и рыбоходах. Гидроакустический комплекс содержит пять акустических антенн. Ширина характеристики направленности 200,7 приемо-изучающих антенн составляет примерно 300. Метод основан на подсчете эхо-сигналов, отраженных от рыб, проходящих в зоне лоцирования, которая образуется суммарным акустическим полем всех пяти акустических каналов. Три антенны располагаются на дне, а две - на поверхности воды на поплавках. При изменении уровня воды антенны, расположенные на поверхности, тоже перемешаются. Акустические оси антенн ориентированы таким образом, что формируется зона лоцирования, перекрываю-шая практически все поперечное сечение течения воды в реке или рыбоходе.
Разрабатываемый гидроакустический комплекс помимо акустических антенн должен содержать излучаюший и приемный блоки, а также схему обработки и накопления полученной гидроакустической информации.
На рис. 2 представлена структурная схема гидроакустического комплекса. Функции управления структурой, характеристиками, параметрами комплекса и перестройки структуры комплекса реализуются ЭВМ. Блок формирования, состоящий из формирователя сигнала, формирователя закона временной автоматической регулировки усиления, схемы управления коммутацией сигнала и коммутатора сигнала, обеспечивает идентичность характеристик излучаемых сигналов, поступающих на входы пяти независимых изучающих блоков. Излучающий блок состоит из усилителя мощности, коммутатора приема-передачи и приемоизлучающей акустической антенны.
Каждый из пяти каналов комплекса имеет независимый приемный блок, который состоит из предварительного усилителя с временной автоматической регулировкой усиления, усилителя с ручной регулировкой усиления и детектора. Характеристики приемных блоков можно изменять в широком динамическом (не менее 80 дБ) диапазоне, что обеспечивает функцию перестройки характеристик комплекса и определяет качество функционирования системы в целом.
Рис. 1. Геометрия расположения акустических антенн
Приняты сигналы после соответствующей аналоговой обработки, осуществляемой приемным блоком, поступают на входы многоканального аналого-цифрового преобразователя, а затем в ЭВМ для накопления и обработки полученной информации.
Рис. 2. Структурная схема гидроакустического комплекса
-..'хем$
_._упр
|смму г “сигнала
Наиболее важным, с точки зрения идентичности получаемой информации, является идентичность и стабильность характеристик излучающего блока, что связано с конструктивными и технологическими особенностями гидроа^стическдйаппаратуры в целом.
На рис. 3 показана характеристика направленности одного канала излучения.
Рис. 3. Характеристика направленности акустической антенны комплекса В основу структурной и электрической принципиальной схем усилителя мощности (УМ) положены рассмотренные в [4, 5, 7] двухтактные схемы УМ. Лабораторные иссле-
Коммутат
ор
сигнала
Приемный блої Приемный блої Приемный блої Приемный блої
дования УМ показали, что для повышения надежности необходимо учесть ряд специфических вопросов, связанных как со схемотехническими решениями УМ, так и с особенностями его работы.
Исследование переходных процессов коммутации показало, что на этапе переключения транзисторы УМ оказываются открытыми и через них проходят “сквозные” токи. Такой режим является опасным для двухтактных схем. Устранить “сквозные” токи можно только задержкой включения одного транзистора по отношению к другому. Для этого в цепи управления УМ вводится принудительная пауза, длительность которой больше времени рассасывания основных носителей заряда в транзисторах.
Экспериментально определенная зависимость электрической мощности, отдаваемой УМ в активную нагрузку, для различных значений напряжения питания в диапазоне изменения нагрузки 10-50 Ом показала, что выходной трансформатор обеспечивает оптимальное согласование оконечного каскада УМ с нагрузкой 20 Ом. Была исследована зависимость выходной мощности УМ от величины нагрузки и частоты сигнала для двух различных типов выходных трансформаторов - на тороидальном и трубчатом сердечниках [4]. Выходной трансформатор в обоих случаях обеспечивал оптимальное согласование с нагрузкой 20 Ом с центральной частотой 190 кГц в диапазоне ±30 кГц относительно центральной частоты.
В усилителе мощности снималась зависимость мощности, развиваемой усилителем на активном сопротивлении, равном активному сопротивлению антенны эхолота на резонансе. В табл. 1 приведены значения мощности в диапазоне частот 160 - 300 кГц на нагрузке 40 Ом.
Таблица 1
Частота, кГ ц 160 180 200 220 240 260 280 300
Мощность, Вт 100 120 120 100 80 70 60 50
В табл. 2 приведена зависимость мощности, развиваемой усилителем на активном сопротивлении, от сопротивления нагрузки на частоте 200 кГц.
Таблица 2
Сопротивление, Ом 5 10 20 30 40 50
Мощность, Вт 70 100 110 120 120 100
При изменении длительности импульса от 50 мкс до 2 мс при скважности 10 мощность не меняется, скола импульса не наблюдается.
Проведена проверка мощности, развиваемой усилителем на антенне эхолота. При этом мощность рассчитывалась по напряжению на антенне и активному сопротивлению антенны. Мощность на частоте 200 кГц равна 100 Вт.
БИБИЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Марколия А.И. Акустические методы учета рыб в реках и рыбоходах (устройства, исследования, практика): Монография. - Ростов-на-Дону: ООО «Ростиздат», 2003. - 288 с.
2. Кудрявцев В.И., Дегтев А.И., Соколов А.В. Об особенностях количественной оценки запасов байкальского омуля гидроакустическим методом / Интернет-версия журнала «Рыбное хозяйство»: - 2005. - № 3.
3. Гаврилов Е. Н., Пестриков В. В., Сорокин А. Л. Применение гидроакустического метода при подсчете биомассы ламинариевых водорослей // Тез. докл. 5 науч. конф. по пробл. промысл. прогнозир. (долгосроч. аспекты), - Мурманск. - 1992. - С. 40-41.
4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника.: Пер. с нем./ Под ред. А. Г. Алексеенко. - М.: Мир, 1982.
5. Хоровиц П, Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Т. 1.: Пер. с англ./ Под ред. М. В.
Гальперина. - М.: Мир, 1983.
6. Кириченко И.А., Раскита М.Н. Методика построения адаптивной гидроакустической системы // Сборник трудов XV сессии Российского акустического общества. Т.П. - М. -2004. - С. 206-210.
7. Кириченко И.А. Разработка и исследование усилителя мощности гидроакустического комплекса для экологического мониторинга водной среды // Известия ТРТУ. Тематический выпуск «Экология 2000 - море и человек». - Таганрог. - 2000. - С. 102-103.
УДК 622
А.В. Гоннова, Н.Н. Чернов
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ КОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ЦЕЛЕЙ
Возможности бесконтактного лечения мочекаменной болезни в последние годы уделяется особый интерес. И если до недавнего времени для целей экстракорпоральной литот-рипсии активно использовались электрогидравлический и электромагнитный ударноволновой генераторы, излучающие ударно-волновые импульсы, являющиеся фактором разрушения камней, то в последние годы на передний план выходит возможность использования пьезоэлектрического ударно-волнового генератора. Это обусловлено его широкими возможностями и отсутствием таких недостатков, как дороговизна расходного материала, а следовательно, и самого метода, низкий коэффициент полезного действия, ограниченные возможности качественного дробления крупных конкрементов в почке.
Одним из основных требований, предъявляемых к пьезоэлектрическому ударноволновому генератору литотриптора, является возможность излучения короткого акустического импульса. В среднем лучшей эксплуатационной длительностью импульса (на по-лувысоте амплитуды) в фокусе является время около 0,4-0,6 мкс. Более длительные импульсы (около 1,0-1,5 мкс) неизбежно приведут к повреждению тканей из-за выраженной отрицательной фазы волны, которая тем больше, чем длиннее импульс [1].
Известно, что для качественной передачи пьезопреобразователем коротких акустических импульсов последний должен обладать достаточно широкой полосой пропускания. Этой теме посвящены работы многих исследователей. Так, в работах [2] и [3] авторы проводят теоретический анализ и сравнение эффективностей электрического и механического демпфирования, использование согласующих слоев. Теоретически показано, что добиться короткого акустического импульса можно путем использования различных степеней демпфирования активного элемента или включением на вход пьезопластины электрической КЬ-нагрузки, или путем использования согласующего четвертьволнового слоя.
В данной работе представлены результаты разработки датчика, излучающего короткий импульс длительностью не больше 0,6 мкс, отвечающего требованиям литотрипсии с целью его дальнейшего применения в конструкции ударно-волнового генератора.
В качестве активного материала для преобразователя используется пьезокерамика ЦТС-19 диаметром 6 мм с собственной частотой 5 МГ ц. Для расширения полосы пропускания используется механический демпфер и согласующий четвертьволновой слой.
Поглощаемая демпфером акустическая энергия определяется физическими свойствами демпфирующего материала и геометрическими размерами демпфера и пьезопластины, а эффективность поглощения значительно зависит от степени согласования акустических сопротивлений демпфера и пьезопластины. Поэтому демпфер изготовлен из смеси с
