RU2492431C1 - Method of measurement of power of underwater sound projector and device for implementation of method - Google Patents

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: vibrational acceleration of the emitting surface of the radiator under the influence of the excitation signal is measured, for this the accelerometer is integrated in the radiator, and the radiated power is calculated by the formula: P_a=A²·R_w/ω², where A is acceleration; ω is circular frequency of the test signal; R_w is load resistance of the radiator on the part of fluid. The device for implementation of the method comprises a microprocessor 2 connected by the bidirectional signal bus to the communication interface 1, and by the bidirectional data bus to the digital inputs of DAC 3, which clock input is connected to the first control output of the microprocessor 2, and the output is connected to a chain of serially connected power amplifier 4, matching device 5 and underwater sound projector 6 on which emitting surface the accelerometer 7 is mechanically fixed, which outputs are connected to the amplifier 8, connected with the output to the input of the ADC 9, the digital outputs of which are connected to the bidirectional data bus of the microprocessor 2, the second control output of which is connected to the clock input of ADC 9.

EFFECT: ability to use to diagnose various types of underwater sound projectors in real conditions of their operation without use of additional measuring devices.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения мощности гидроакустических излучателей разного типа, входящих в состав гидролокаторов, систем гидроакустической связи, телеметрии, комплексов гидроакустического телеуправления и т.д., в процессе их диагностики в реальных условиях эксплуатации.The invention relates to measuring technique and can be used to determine the power of sonar emitters of various types that are part of sonar, sonar communication systems, telemetry, sonar remote control systems, etc., in the process of their diagnosis in real operating conditions.

Известен способ градуировки гидроакустических излучателей по чувствительности путем использования образцового измерительного гидрофона (приемника гидроакустических сигналов) [Л1, стр.38…40].There is a method of calibrating sonar emitters for sensitivity by using an exemplary measuring hydrophone (receiver of sonar signals) [L1, p.38 ... 40].

Образцовый гидрофон устанавливается в среде распространения (воде) на строго калиброванном расстоянии от контролируемого излучателя (не менее 1 м) и снабжен дополнительной измерительной аппаратурой. В процессе градуировки измеряется отклик образцового гидрофона на тестовый сигнал гидроакустического излучателя, по которому рассчитывается чувствительность излучателя S_u. Поскольку чувствительность излучателя есть отношение излучаемой гидроакустической мощности Р_а к вызвавшему ее напряжению возбуждающего электрического сигнала U, то по найденному значению S_u и известному значению U можно определить мощность гидроакустического сигнала излучателяAn exemplary hydrophone is installed in the propagation medium (water) at a strictly calibrated distance from the monitored emitter (at least 1 m) and is equipped with additional measuring equipment. During the calibration process, the response of the exemplary hydrophone to the test signal of the hydroacoustic emitter is measured, from which the emitter sensitivity S _u is calculated. Since the sensitivity of the emitter is the ratio of the emitted hydroacoustic power P _a to the voltage of the exciting electric signal U that caused it, it is possible to determine the power of the hydroacoustic signal of the emitter from the found value of S _u and the known value of U

P_a=S_u·U.P _a = S _u · _U.

Недостатком данного способа является то обстоятельство, что его можно использовать только для исходной градуировки гидроакустических излучателей и измерения их излучаемой мощности в стационарных условиях, при этом точность измерений снижается из-за возможных флюктуации водной среды между измерительным гидрофоном и контролируемым излучателем, в случаях, если при измерениях не обеспечен режим свободного поля для исключения появления отраженных сигналов.The disadvantage of this method is the fact that it can only be used for the initial calibration of hydroacoustic emitters and measuring their radiated power under stationary conditions, while the accuracy of the measurements is reduced due to possible fluctuations of the aqueous medium between the measuring hydrophone and the controlled emitter, if the measurements did not provide a free field mode to exclude the appearance of reflected signals.

Для диагностики гидроакустических излучателей в реальных условиях их эксплуатации с целью контроля мощности такой способ неприемлем. Кроме того, измерительная установка, реализующая такой способ, громоздка [Л1, с.159, рис.3.26].For the diagnosis of sonar emitters in real conditions of their operation in order to control power, this method is unacceptable. In addition, the measuring installation that implements this method is cumbersome [L1, p.159, Fig.3.26].

Наиболее близким к изобретению в части способа по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения мощности низкочастотного гидроакустического излучателя с внутренней воздушной полостью по патенту на изобретение RU №1140571. Особенностью такого способа является то, что измерительный гидрофон устанавливается во внутреннюю воздушную полость контролируемого излучателя, который погружают в жидкость. Измерительный гидрофон, находясь в воздушной полости внутри контролируемого излучателя, фиксирует воздушный акустический сигнал, который значительно слабее гидроакустического сигнала излучателя, поскольку воздух как среда распространения обладает существенно меньшими, чем вода, плотностью и упругостью, поэтому и чувствительность такого способа низкая.Closest to the invention in terms of the method according to the technical essence and the achieved result is a method for measuring the power of a low-frequency sonar emitter with an internal air cavity according to patent for invention RU No. 1140571. A feature of this method is that the measuring hydrophone is installed in the internal air cavity of the controlled emitter, which is immersed in a liquid. The measuring hydrophone, being in the air cavity inside the controlled emitter, captures the air acoustic signal, which is much weaker than the hydroacoustic signal of the emitter, since air as a propagation medium has significantly lower density and elasticity than water, therefore the sensitivity of this method is low.

Кроме того, способ применим только для гидроакустических излучателей больших размеров, имеющих внутри себя воздушные полости с объемом, достаточным для размещения измерительного гидрофона. Поскольку размеры излучающей поверхности излучателя соизмеримы с длиной волны излучаемого сигнала, то это в основном длинноволновые, т.е. низкочастотные излучатели диапазона до 1 кГц.In addition, the method is applicable only to hydroacoustic emitters of large sizes having inside them air cavities with a volume sufficient to accommodate a measuring hydrophone. Since the dimensions of the radiating surface of the emitter are commensurate with the wavelength of the emitted signal, it is mainly long-wavelength, i.e. low-frequency emitters up to 1 kHz.

Прототипом устройства, в котором может быть реализован предлагаемый способ, является установка для автоматической градуировки гидроакустических излучателей с помощью образцового гидрофона [Л1, с.159, рис.3.26]. Эта схема воспроизведена на фиг.1.The prototype of the device in which the proposed method can be implemented is the installation for automatic calibration of hydroacoustic emitters using an exemplary hydrophone [L1, p.159, Fig.3.26]. This diagram is reproduced in FIG.

Установка содержит:The installation contains:

- канал передачи, в котором сигнал генератора, проходя через предварительный усилитель, модулятор, усилитель мощности, схему согласования импедансов, поступает на контролируемый гидроакустический излучатель, излучающий акустический сигнал в воду;- a transmission channel in which the generator signal, passing through a pre-amplifier, modulator, power amplifier, impedance matching circuit, is fed to a controlled sonar emitter emitting an acoustic signal into the water;

- канал приема, в котором сигнал, принятый образцовым гидрофоном из воды, через усилители и фильтры, поступает на регистрирующие устройства;- a reception channel in which a signal received by an exemplary hydrophone from water, through amplifiers and filters, is fed to recording devices;

- дополнительные приборы для измерения параметров электрических сигналов и устройства синхронизации.- additional instruments for measuring the parameters of electrical signals and synchronization devices.

Установка измеряет чувствительность контролируемого излучателя в диапазоне частот, но, как указывалось выше, позволяет косвенным путем рассчитать и акустическую мощность излучателя. Однако, она очень сложна и громоздка, использование такой установки для контроля работоспособности гидроакустических излучателей, установленных на объектах, в том числе и подвижных, в процессе их диагностики в реальных условиях эксплуатации, практически невозможно.The setup measures the sensitivity of the monitored emitter in the frequency range, but, as mentioned above, allows indirect calculation of the acoustic power of the emitter. However, it is very complex and cumbersome, the use of such an installation to monitor the operability of hydroacoustic emitters installed at objects, including mobile ones, during their diagnosis in real operating conditions, is almost impossible.

Технической задачей изобретения является разработка способа измерения мощности гидроакустического излучателя, который может быть использован для диагностики возможно большего числа разных типов гидроакустических излучателей в реальных условиях их эксплуатации без привлечения каких-либо дополнительных измерительных устройств, и создание устройства для реализации данного способа.An object of the invention is to develop a method for measuring the power of a sonar emitter, which can be used to diagnose the largest possible number of different types of sonar emitters in real conditions of their operation without involving any additional measuring devices, and to create a device for implementing this method.

Решение технической задачи достигается за счет того, что в способе измерения мощности гидроакустического излучателя, заключающимся в том, что испытуемый излучатель погружают в жидкость, подают на излучатель тестовый (возбуждающий) синусоидальный сигнал заданной частоты (амплитуды), который заставляет вибрировать излучающую поверхность излучателя, измеряют установленным на излучающей поверхности излучателя акселерометром колебательное ускорение излучающей поверхности излучателя, колеблющейся под влиянием тестового сигнала, а мощность излучения Р_А рассчитывают по формулеThe solution to the technical problem is achieved due to the fact that in the method for measuring the power of a sonar emitter, namely, that the test emitter is immersed in a liquid, a test (exciting) sinusoidal signal of a given frequency (amplitude), which makes the emitting surface of the emitter vibrate, is measured an accelerometer installed on the radiating surface of the radiator, the vibrational acceleration of the radiating surface of the radiator, oscillating under the influence of the test signal, and _A radiation st P is calculated by the formula

P_A=A²·R_w/ω²,P _A = A ² R _w / ω ² ,

где А - среднеквадратическое значение ускорения в м/с², измеренное акселерометром;where A is the rms acceleration value in m / s ² measured by the accelerometer;

ω=2πF (F - частота излучения в Гц, для конкретного излучателя она является заданной);ω = 2πF (F is the radiation frequency in Hz, for a specific emitter it is a given one);

R_w - механическое сопротивление нагрузки на излучатель со стороны жидкости в кг/с, равное удельному волновому сопротивлению жидкости (для воды 1,5·10⁶ кг/м²с), умноженному на площадь излучающей поверхности излучателя.R _w is the mechanical resistance of the load on the emitter from the liquid side in kg / s, equal to the specific wave resistance of the liquid (for water 1.5 · 10 ⁶ kg / m ² s), multiplied by the area of the radiating surface of the emitter.

Если мощность находится в заданных пределах, делается вывод об исправности всего тракта передачи сигнала.If the power is within the specified limits, a conclusion is made about the serviceability of the entire signal transmission path.

В устройство для осуществления способа измерения мощности гидроакустического излучателя, содержащее микропроцессор, подключенный двунаправленной сигнальной шиной к интерфейсу связи, а двунаправленной шиной данных к цифровым входам данных цифроаналогового преобразователя, тактовый вход которого подключен к первому управляющему выходу микропроцессора, а выход подключен к цепочке из последовательно соединенных усилителя мощности, согласующего устройства и гидроакустического излучателя, дополнительно введена цепочка из последовательно соединенных акселерометра, механически закрепленного на излучающей поверхности гидроакустического излучателя, усилителя и аналого-цифрового преобразователя, цифровые выходы которого соединены с двунаправленной шиной данных микропроцессора, второй управляющий выход которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя.A device for implementing a method for measuring the power of a sonar emitter, comprising a microprocessor connected by a bi-directional signal bus to a communication interface, and a bi-directional data bus to digital data inputs of a digital-to-analog converter, whose clock input is connected to the first control output of the microprocessor, and the output is connected to a chain of series-connected power amplifier, matching device and sonar emitter, an additional chain of flax accelerometer connected mechanically fixed to the radiating surface hydroacoustic transducer, amplifier and analog-to-digital converter, digital outputs are connected to the microprocessor data bus bidirectional, the second control output of which is connected to the clock input of the analog-to-digital converter.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется фиг.2 и фиг.3. На фиг.2 представлена схема устройства, реализующего способ измерения мощности гидроакустического излучателя, где обозначено: 1 - интерфейс связи с внешними устройствами, задающими режимы работы излучателя и параметры излучаемых сигналов - как рабочих сигналов излучателя, так и тестового сигнала в режиме диагностики; 2 - микропроцессор, выполняющий функции управления устройством, обработки получаемых данных и формирования в цифровой форме подлежащих излучению сигналов, как рабочих, так и тестового; 3 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), преобразующий цифровой сигнал, формируемый микропроцессором, в соответствующий ему аналоговый сигнал; 4 - усилитель мощности аналогового сигнала, усиливающий аналоговый сигнал по электрической мощности, достаточной для обеспечения заданной гидроакустической мощности излучения; 5 - согласующее устройство, служащее для согласования выходного импеданса усилителя мощности с входным импедансом гидроакустического излучателя; 6 - гидроакустический излучатель; 7 - акселерометр; 8 - усилитель выходного сигнала акселерометра; 9 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий сигнал акселерометра в цифровую форму для обработки его микропроцессором.The essence of the proposed technical solution is illustrated in figure 2 and figure 3. Figure 2 presents a diagram of a device that implements a method for measuring the power of a sonar emitter, where it is indicated: 1 - communication interface with external devices that specify the emitter operating modes and parameters of the emitted signals, both the emitter working signals and the test signal in diagnostic mode; 2 - a microprocessor that performs the functions of controlling the device, processing the received data and generating in digital form the signals to be emitted, both working and test; 3 - digital-to-analog converter (DAC), converting the digital signal generated by the microprocessor into its corresponding analog signal; 4 - an analog signal power amplifier amplifying the analog signal with an electric power sufficient to provide a given hydro-acoustic radiation power; 5 - matching device, which is used to coordinate the output impedance of the power amplifier with the input impedance of the sonar emitter; 6 - sonar emitter; 7 - accelerometer; 8 - amplifier output signal of the accelerometer; 9 - analog-to-digital Converter (ADC), converting the accelerometer signal into digital form for processing by a microprocessor.

На фиг.3 представлен вариант конструкции пьезокерамического стержневого излучателя, наиболее распространенного типа гидроакустических излучателей, с акселерометром 7, где 10 - излучающая поверхность; 11 - пьезопакет; 12 - корпус; 13 - выводы пьезопакета; 14 - выводы акселерометра.Figure 3 presents a design variant of a piezoelectric rod emitter, the most common type of sonar emitters, with an accelerometer 7, where 10 is a radiating surface; 11 - a piezo-packet; 12 - case; 13 - the conclusions of the piezoelectric package; 14 - conclusions of the accelerometer.

Предлагаемый способ измерения мощности гидроакустического излучателя, установленного на объекте в реальных условиях эксплуатации (для диагностики излучателя в целях проверки его работоспособности), осуществляется следующим образом. В режиме диагностики на излучатель 6 подается тестовый смодулированный электрический сигнал синусоидальной формы, с напряжением, равным максимальному напряжению сигнала в рабочем режиме и с частотой, равной несущей частоте сигнала в рабочем режиме. Акселерометр 7, жестко закрепленный на внутренней стороне вибрирующей излучающей поверхности 10 излучателя 6, измеряет колебательное ускорение А этой поверхности, которое при известной частоте излучения F=ω/2π и сопротивлении нагрузки излучателя со стороны воды R_w, однозначно определяет значение излучаемой мощности по приведенной выше формуле Р_А=А²·R_w/ω².The proposed method for measuring the power of a hydroacoustic emitter installed on an object in real operating conditions (for diagnostics of the emitter in order to verify its operability) is as follows. In diagnostic mode, the emitter 6 is supplied with a test modulated electric signal of a sinusoidal shape, with a voltage equal to the maximum voltage of the signal in the operating mode and with a frequency equal to the carrier frequency of the signal in the operating mode. The accelerometer 7, rigidly fixed on the inner side of the vibrating radiating surface 10 of the emitter 6, measures the vibrational acceleration A of this surface, which, at a known radiation frequency F = ω / 2π and the water resistance of the emitter load R _w , uniquely determines the value of the radiated power from the above the formula P _A = A ² · R _w / ω ² .

Известно, что среднее за период значение мощности, излучаемое излучателем в среду распространения гидроакустического сигнала (воду) определяется соотношениемIt is known that the average power value for a period emitted by a radiator into the propagation medium of a hydroacoustic signal (water) is determined by the ratio

$$P_A=V^2\cdot R_w,\left(1\right)$$

$$P_A={\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="V"\; filenames="00000012.png"\; state="\{\{state\}\}">V</figure-callout>}}^2\cdot R_w,\left(\mathrm{one}\right)$$

где V - среднеквадратическое значение колебательной скорости излучающей поверхности излучателя;where V is the rms vibrational velocity of the radiating surface of the emitter;

R_w- активная составляющая механического сопротивления, которое испытывает излучающая поверхность со стороны воды.R _w is the active component of the mechanical resistance that the radiating surface experiences on the water side.

Мгновенное значение излучаемой мощностиInstantaneous Radiated Power

$$p_A\left(t\right)=v^2\left(t\right)\cdot R_w\left(2\right)$$

$$p_A\left(t\right)=v^2\left(t\right)\cdot R_w\left(2\right)$$

В случае синусоидального воздействия для колебательной скорости излучающей поверхностиIn the case of a sinusoidal effect for the vibrational velocity of the radiating surface

$$v\left(t\right)=\surd 2\cdot V\cdot \sin \omega t\left(3\right)$$

$$v\left(t\right)=\surd 2\cdot V\cdot \sin \omega t\left(3\right)$$

Подстановка (3) в (2) даетSubstituting (3) into (2) gives

$$p_A\left(t\right)=2\cdot V^2\cdot {\sin }^2\omega t\cdot R_w\left(4\right)$$

$$p_A\left(t\right)=2\cdot {\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="V"\; filenames="00000012.png"\; state="\{\{state\}\}">V</figure-callout>}}^2\cdot {\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="sin"\; filenames="00000012.png"\; state="\{\{state\}\}">sin</figure-callout>}}^2\omega t\cdot R_w\left(\mathrm{four}\right)$$

Ускорение излучающей поверхностиAcceleration of the radiating surface

$$a\left(t\right)=dv/dt=\surd 2\cdot \omega V\cdot \cos \omega t\left(5\right)$$

$$a\left(t\right)=dv/dt=\surd 2\cdot \omega V\cdot \cos \omega t\left(5\right)$$

Величина ωV [м/с²], является среднеквадратическим значением ускорения А. Возводим равенство (5) в квадрат и умножаем на R_w, получаем:The value of ωV [m / s ² ] is the rms value of the acceleration A. We square the equation (5) and multiply by R _w , we get:

$$a^2\left(t\right)\cdot R_w=2\cdot {\omega }^2\cdot V^2\cdot {\cos }^2\omega t\cdot R_w={\omega }^2\left[2\cdot V^2\cdot {\cos }^2\omega t\cdot R_w\right]\left(6\right)$$

$$a^2\left(t\right)\cdot R_w=2\cdot {\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="\omega "\; filenames="00000012.png"\; state="\{\{state\}\}">\omega </figure-callout>}}^2\cdot {\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="V"\; filenames="00000012.png"\; state="\{\{state\}\}">V</figure-callout>}}^2\cdot {\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="cos"\; filenames="00000012.png"\; state="\{\{state\}\}">cos</figure-callout>}}^2\omega t\cdot R_w={\omega }^2\left[2\cdot {\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="V"\; filenames="00000012.png"\; state="\{\{state\}\}">V</figure-callout>}}^2\cdot {\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="cos"\; filenames="00000012.png"\; state="\{\{state\}\}">cos</figure-callout>}}^2\omega t\cdot R_w\right]\left(6\right)$$

т.е $$a^2\left(t\right)\cdot R_w={\omega }^2\cdot p_A\left(t\right)\left(7\right)$$

those $$a^2\left(t\right)\cdot R_w={\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="\omega "\; filenames="00000012.png"\; state="\{\{state\}\}">\omega </figure-callout>}}^2\cdot p_A\left(t\right)\left(7\right)$$

или $$p_A\left(t\right)=a^2\left(t\right)\cdot R_w/{\omega }^2\left(8\right)$$

or $$p_A\left(t\right)=a^2\left(t\right)\cdot R_w/{\omega }^2\left(8\right)$$

После подстановки в равенство (8) значение a(t) из равенства (5) и с учетом того, что ωV=А, найдем среднее значение излучаемой мощности за периодAfter substituting into equality (8) the value of a (t) from equality (5) and taking into account the fact that ωV = A, we find the average value of the radiated power for the period

$$P_A=\frac{1}{T}{\displaystyle \underset{1}{\overset{T}{\int }}{p}_A\left(t\right)}dt=\frac{2R_w{A}^2}{{\omega }^{2}T}{\displaystyle \underset{1}{\overset{T}{\int }}{\cos }^2\omega t\cdot dt}$$

$$P_A=\frac{\mathrm{one}}{T}{\displaystyle \underset{\mathrm{one}}{\overset{T}{\int }}{p}_A\left(t\right)}dt=\frac{2R_w{A}^2}{{\omega }^{2}T}{\displaystyle \underset{\mathrm{one}}{\overset{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="T\; cos"\; filenames="00000012.png"\; state="\{\{state\}\}">T\; </figure-callout>}}{\int }}{\cos }^{}{}^2\omega t\cdot dt}$$

После интегрирования имеем формулу Р_А=А²·R_w/ω², которая определяет связь между ускорением, измеряемым акселерометром, и излучаемой мощностью.After integration, we have the formula P _A = A ² · R _w / ω ² , which determines the relationship between the acceleration measured by the accelerometer and the radiated power.

Устройство для осуществления способа измерения мощности гидроакустического излучателя содержит микропроцессор 2, подключенный двунаправленной сигнальной шиной к интерфейсу связи 1, а двунаправленной шиной данных к цифровым входам данных ЦАП 3, тактовый вход которого подключен к первому управляющему выходу микропроцессора 2, а выход подключен к цепочке из последовательно соединенных усилителя мощности 4, согласующего устройства 5 и гидроакустического излучателя 6, на внутренней стороне излучающей поверхности которого механически закреплен (приклеен) акселерометр 7, выводы которого подключены к усилителю 8, выходом подключенного к входу АЦП 9, цифровые выходы которого соединены с двунаправленной шиной данных микропроцессора 2, второй управляющий выход которого соединен с тактовым входом АЦП 9.A device for implementing a method for measuring the power of a sonar emitter includes a microprocessor 2 connected by a bi-directional signal bus to the communication interface 1, and a bi-directional data bus to the digital inputs of the DAC 3, the clock input of which is connected to the first control output of the microprocessor 2, and the output is connected to a chain from connected power amplifier 4, matching device 5 and sonar emitter 6, on the inside of the emitting surface of which is mechanically closed captured (glued) an accelerometer 7, which terminals are connected to an amplifier 8, output connected to the input of the ADC 9, the digital outputs are connected to a bidirectional data bus of the microprocessor 2, the second control output of which is connected to the clock input of the ADC 9.

Как и устройство-аналог, предлагаемое устройство (фиг.2) содержит канал передачи, принципиально не отличающегося от канала передачи аналога. Разница лишь в том, что функции генератора переменной частоты и модулятора в предлагаемом устройстве выполняют интерфейс связи 1, ЦАП 3 и микропроцессор 2, синхронизирующий работу устройства.Like the analog device, the proposed device (figure 2) contains a transmission channel that is not fundamentally different from the analog transmission channel. The only difference is that the functions of the variable frequency generator and modulator in the proposed device perform the communication interface 1, DAC 3 and microprocessor 2, synchronizing the operation of the device.

Принципиальное отличие предлагаемого устройства заключается в том, что в канал приема введены акселерометр 7, усилитель выходного сигнала акселерометра 8 и АЦП 9. Акселерометр механически закреплен (приклеен) на внутренней стороне излучающей поверхности излучателя 6. Основу излучателя (фиг.3) составляет пакет из некоторого количества дисковых пьезоэлементов 11, обеспечивающих в сумме необходимую мощность излучения. Электрически пьезоэлементы в пакете соединены параллельно. Напряжение сигнала, подведенное к выводам пакета 13, возбуждает в нем механические колебания. Поскольку пьезопакет 11 жестко соединен с корпусом 12 излучателя, то по корпусу будут распространяться волны упругих деформаций. Конструкция корпуса выполнена так, что часть его обладает повышенной локальной упругостью и испытывает повышенную вибрацию под действием волн упругих деформаций, это верхняя часть корпуса 12. Ее поверхность, контактирующая с водой, используется в качестве излучающей поверхности 10 излучателя. Акселерометр 7, измеряя колебательное ускорение излучающей поверхности 10 излучателя, выдает электрическое напряжение, пропорциональное этому ускорению. В режиме измерения излучаемой акустической мощности предлагаемое устройство работает следующим образом. Микропроцессор 2 формирует через определенные промежутки времени N-разрядные цифровые сигналы, соответствующие мгновенным значениям тестового синусоидального сигнала заданной частоты и амплитуды для возбуждения излучателя 6. Эти цифровые сигналы выводятся на параллельную двунаправленную N-разрядную шину микропроцессора 2, которая на время существования этих сигналов переключается на передачу.The fundamental difference of the proposed device lies in the fact that the accelerometer 7, the amplifier of the output signal of the accelerometer 8 and the ADC 9 are introduced into the receiving channel. The accelerometer is mechanically fixed (glued) on the inside of the radiating surface of the emitter 6. The basis of the emitter (Fig. 3) is a packet of some the number of disk piezoelectric elements 11, providing in total the necessary radiation power. The piezoelectric elements in the package are electrically connected in parallel. The signal voltage, brought to the conclusions of the package 13, excites mechanical vibrations in it. Since the piezoelectric packet 11 is rigidly connected to the housing 12 of the emitter, then waves of elastic strains will propagate through the housing. The housing is designed so that part of it has increased local elasticity and experiences increased vibration under the influence of waves of elastic strains, this is the upper part of the housing 12. Its surface in contact with water is used as the radiating surface 10 of the emitter. The accelerometer 7, measuring the vibrational acceleration of the radiating surface 10 of the emitter, produces an electric voltage proportional to this acceleration. In the measurement mode of the radiated acoustic power, the proposed device operates as follows. Microprocessor 2 generates at certain intervals N-bit digital signals corresponding to the instantaneous values of the test sinusoidal signal of a given frequency and amplitude to excite the emitter 6. These digital signals are output to a parallel bi-directional N-bit bus of microprocessor 2, which switches to the duration of these signals transmission.

Формируемые микропроцессором 2 цифровые сигналы с шины данных поступают на входной регистр ЦАП 3 и последовательно защелкиваются в нем тактовыми импульсами ЦАП 3, поступающими с микропроцессора 2. Результатом этого будет синусоидальный сигнал заданной амплитуды и частоты на выходе ЦАП 3, который поступает на усилитель мощности 4 с калиброванным коэффициентом передачи по напряжению, а с него на согласующее устройство 5, представляющее собой обычно повышающий трансформатор с известным значением коэффициента трансформации, и далее на гидроакустический излучатель 6. Акселерометр 7, закрепленный (фиг.2) на внутренней стороне излучающей поверхности излучателя 6, измеряет колебательное ускорение этой поверхности и выдает на своем электрическом выходе постоянное напряжение, пропорциональное среднеквадратическому значению этого ускорения. Это напряжение поступает на усилитель 8, а с него на АЦП 9. Тактовые импульсы, запускающие процесс преобразования в АЦП 9, поступают с микропроцессора 2 в промежутки времени между формируемыми микропроцессором 2 цифровыми сигналами возбуждения излучателя 6. Двунаправленная шина данных микропроцессора 2 переключается в эти промежутки времени на прием, значение ускорения, измеренное акселерометром 7 и преобразованное АЦП 9 в цифровую форму, заносится во внутреннюю память микропроцессора 2 для расчета, по приведенной выше формуле, значения излучаемой акустической мощности.Digital signals generated by microprocessor 2 are sent to the input register of DAC 3 and sequentially latched in it by clock pulses of DAC 3 coming from microprocessor 2. The result will be a sinusoidal signal of a given amplitude and frequency at the output of DAC 3, which is fed to a power amplifier 4 s calibrated voltage transfer coefficient, and from it to the matching device 5, which is usually a step-up transformer with a known value of the transformation coefficient, and then to the hydro kustichesky emitter 6. The accelerometer 7 attached (Figure 2) on the inner side of the radiating surface of the radiator 6, measures the acceleration of the oscillating surface and provides at its output an electric direct voltage proportional to the rms value of the acceleration. This voltage is supplied to amplifier 8, and to ADC 9 from it. Clock pulses, which start the process of conversion to ADC 9, come from microprocessor 2 in the intervals between microprocessor 2 generated digital excitation signals of emitter 6. The bi-directional data bus of microprocessor 2 switches to these intervals time of reception, the acceleration value measured by the accelerometer 7 and converted by the ADC 9 into digital form is entered into the internal memory of the microprocessor 2 for calculating, according to the above formula, the values of tea acoustic power.

Таким образом, замена гидрофона, измеряющего в прототипе параметры воздушного акустического поля, на акселерометр, установленный на излучающую поверхность гидроакустического излучателя и измеряющего колебательное ускорение его излучающей поверхности, позволяет значительно расширить функциональные возможности, повысить чувствительность устройства, упростив ее конструкцию, так как современные акселерометры представляют собой интегральные микросхемы довольно малых размеров и массы. Например, размеры корпуса акселерометра типа ADXL210E фирмы Analog Devices - 5 мм-5 мм-2 мм и масса менее 1 грамма [Л2].Место для такого акселерометра можно предусмотреть при конструировании даже малых по размеру высокочастотных (до десятков кГц и более) гидроакустических излучателей.Thus, the replacement of the hydrophone measuring the parameters of the air acoustic field with an accelerometer mounted on the radiating surface of the hydroacoustic emitter and measuring the vibrational acceleration of its radiating surface can significantly expand the functionality, increase the sensitivity of the device, simplifying its design, as modern accelerometers represent Integrated circuits are quite small in size and weight. For example, the size of the case of the accelerometer type ADXL210E from Analog Devices is 5 mm-5 mm-2 mm and the weight is less than 1 gram [L2]. A place for such an accelerometer can be provided when designing even small-sized high-frequency (up to tens of kHz and more) sonar emitters .

Известные способы и реализующие их устройства позволяют проводить частичную диагностику гидроакустических передающих устройств, выполняя контроль функционирования лишь их электронной части. Процесс преобразования электрической мощности в акустическую, выполняемый гидроакустическим излучателем, остается неконтролируемым. Предлагаемое техническое решение путем контроля акустической мощности тестового сигнала обеспечивает в реальных условиях эксплуатации полную диагностику функционирования передающего гидроакустического устройства практически любой конструкции, на излучателе которой можно установить акселерометр.Known methods and devices that implement them allow partial diagnostics of sonar transmitting devices by monitoring the functioning of only their electronic parts. The process of converting electrical power into acoustic power, performed by a sonar emitter, remains uncontrolled. The proposed technical solution by monitoring the acoustic power of the test signal in real operating conditions provides a complete diagnosis of the functioning of the transmitting sonar device of almost any design, on the emitter of which an accelerometer can be installed.

ЛитератураLiterature

1. Боббер Р.Дж. Гидроакустические измерения. М., Мир, 1974.1. Bobber R.J. Hydroacoustic measurements. M., World, 1974.

2. Data sheet ADXL210Eф. Analg Devices.2. Data sheet ADXL210Ef. Analg Devices.

Claims (2)

1. Способ измерения мощности гидроакустического излучателя, заключающийся в том, что испытуемый излучатель погружают в жидкость, подают на излучатель тестовый возбуждающий синусоидальный сигнал заданной частоты и амплитуды, заставляющий вибрировать излучающую поверхность излучателя, отличающийся тем, что измеряют колебательное ускорение излучающей поверхности излучателя, а мощность излучения Р_A рассчитывают по формуле P_A=A²·R_w/ω², где А -среднеквадратическое значение ускорения; ω=2πF, где F - частота излучения; R_w - сопротивление нагрузки излучателя со стороны жидкости.1. A method for measuring the power of a hydroacoustic emitter, which consists in immersing the test emitter in a liquid, applying a test excitation sinusoidal signal of a given frequency and amplitude to the emitter, which makes the emitting surface of the emitter vibrate, characterized in that the vibrational acceleration of the emitting surface of the emitter is measured, and the power radiation P _{A is} calculated by the formula P _A = A ² · R _w / ω ² , where A is the root mean square acceleration; ω = 2πF, where F is the radiation frequency; R _w is the load resistance of the emitter from the liquid side. 2. Устройство для осуществления способа измерения мощности гидроакустического излучателя, содержащее микропроцессор, подключенный двунаправленной сигнальной шиной к интерфейсу связи, а двунаправленной шиной данных к цифровым входам данных цифроаналогового преобразователя, тактовый вход которого подключен к первому управляющему выходу микропроцессора, а выход подключен к цепочке из последовательно соединенных усилителя мощности, согласующего устройства и гидроакустического излучателя, отличающееся тем, что в него дополнительно введена цепочка из последовательно соединенных акселерометра, механически закрепленного на излучающей поверхности гидроакустического излучателя, усилителя и аналого-цифрового преобразователя, цифровые выходы которого соединены с двунаправленной шиной данных микропроцессора, второй управляющий выход которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя. 2. A device for implementing a method for measuring the power of a sonar emitter, comprising a microprocessor connected by a bi-directional signal bus to a communication interface, and a bi-directional data bus to digital data inputs of a digital-to-analog converter, the clock input of which is connected to the first control output of the microprocessor, and the output is connected to a chain from connected power amplifier, matching device and sonar emitter, characterized in that it additionally a chain of a series-connected accelerometer mechanically mounted on the emitting surface of a sonar emitter, an amplifier and an analog-to-digital converter, the digital outputs of which are connected to the bi-directional data bus of the microprocessor, the second control output of which is connected to the clock input of the analog-to-digital converter, is included.

Images