ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ II ПРИЕМНИКИ ЗВУКА


ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ II ПРИЕМНИКИ ЗВУКА
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ II ПРИЕМНИКИ ЗВУКА

- устройства, основанные на использовании эффекта генерации комбинац. тонов при взаимодействии звуковых волн, в к-рых роль излучающей (приёмной) антенны играет область среды, где происходит нелинейное взаимодействие волн.
В параметрич. излучателе в одном случае- две ВЧ-волны (т. н. компоненты волны накачки), взаимодействуя друг сдругом, порождают волну разностной частоты, излучаемую из области взаимодействия;в другом - модулированная по амплитуде или частоте ВЧ-волна накачки в результатедетектирования средой возбуждает НЧ-волну на частоте модуляции. Областьнелинейного взаимодействия является своеобразной "бестелесной" антенной, <размеры к-рой определяют характеристику направленности излучателя. Поэтомудаже при малых размерах излучателей волны накачки удаётся получить остронаправленноеНЧ-излучение. Наряду с высокой направленностью достоинство параметрич. <излучателя - отсутствие боковых лепестков диаграммы направленности и широкополосность;для существенного относительного изменения частоты излучения достаточновесьма незначительного изменения частоты накачки (в пределах ширины полосырезонансного излучателя волны накачки). Осн. недостаток параметрич. излучателя- его невысокая эффективность: доля энергии накачки, идущая на НЧ-излучение, <обычно невелика и зависит от соотношения частот получаемой волны 15036-60.jpgинакачки 15036-61.jpgДля оптимального режима отношение мощности НЧ-излучения Ws кмощности накачки W н определяется ф-лой

15036-62.jpg

Процесс генерации волны разностной частотыпроисходит по-разному, в зависимости от геом. параметров зоны взаимодействияволн накачки. Для плоского излучателя волны накачки можно выделить двапредельных случая.
1) Нелинейное взаимодействие происходитв ближней зоне излучения волны накачки (см. Звуковое поле), гдеона является плоской. Протяжённость зоны взаимодействия в направлении распространенияволн в этом случае определяется длиной пробега волны накачки l =15036-63.jpgгде 15036-64.jpg -коэф. поглощения этой волны, а поперечное сечение этой зоны - площадьюизлучателя волны накачки (рис. 1). Амплитуда ps НЧ-волны
в дальней зоне пропорц. длине l зоны взаимодействия. Для накачки в виде двух ВЧ-волн близкой частоты онавыражается ф-лой

15036-66.jpg

Здесь 15036-67.jpg- нелинейный параметр среды, р н - амплитуда волн накачки,15036-68.jpg15036-69.jpg- частота излучаемой НЧ-волны;15036-70.jpgи 15036-71.jpg - частотыкомпонент волны накачки; а - радиус ВЧ-пучка, определяемый размеромизлучателя волны накачки,15036-72.jpg- плотность среды, с - скорость звука в ней, r - расстояниеот излучателя волны накачки до точки наблюдения,15036-73.jpg- диаграмма направленности для НЧ-волны, описываемая выражением

15036-74.jpg

15036-65.jpg

Рис. 1. Режим работы параметрического излучателяпри взаимодействии волн накачки в ближней зоне. 1 - излучатель волннакачки; 2 - область взаимодействия; 3- диаграмма направленностинизкочастотного излучения.

Угол 15036-75.jpgотсчитывается от оси области взаимодействия; характерная ширина диаграммынаправленности, согласно (2),15036-76.jpgФ-ла (1) описывает два эффекта: образование тона разностной частоты привзаимодействии плоских волн на длине l =15036-77.jpg (множитель 15036-78.jpg )и дифракц. эффект при излучении волны низкой разностной частоты из цилиндрич. <области взаимодействия с малым поперечным сечением, характеризуемым параметром ksa2/r.
2) Гл. вклад в генерацию НЧ-волны даётнелинейное взаимодействие в дальней зоне излучения волны накачки, где онастановится расходящейся и область взаимодействия имеет форму рупора (рис.2). При этом НЧ-излучение как бы "вписывается" в диаграмму направленностиволны накачки с характерной шириной (ka)-1, где 15036-80.jpg, к-рая и определяет направленность НЧ-излучения. Волна разностной частотывозникает как результат взаимодействия расходящихся волн. Влияние дифракц. <эффектов в этом случае не проявляется, поэтому преобразование ВЧ-излученпяв низкочастотное происходит более эффективно. Амплитуда НЧ-волны пропорц. <первой степени волнового числа ks, а не квадрату, какв первом предельном случае:

15036-81.jpg

Здесь R =kа2/2- длина ближней зоны для волны на-качки, а диаграмма направленности имеетвид

15036-82.jpg

(J1- ф-цияБесселя 1-го рода 1-го порядка). Амплитуда ps излучаемойНЧ-волны как в первом, так и во втором случае растёт пропорц. квадратуамплитуды волны накачки.

15036-79.jpg

Рис. 2. Режим работы параметрического излучателяпри взаимодействии волн накачки в дальней зоне. 1 - излучатель волннакачки; 2 - область взаимодействия; 3 - диаграмма направленности низкочастотногоизлучения.

При больших интенсивностях волны накачкиона трансформируется в пилообразную волну, возрастает её поглощение и работапараметрич. излучателя переходит в нелинейный режим. Длина пробега волнынакачки определяется теперь нелинейным поглощением звука и равна 15036-83.jpgЕсли взаимодействие пилообразных волн происходит в основном в ближней зоне(цилиндрич. антенна, рис. 1), то амплитуда излучаемой НЧ-волны в дальнейзоне выражается ф-лой

15036-84.jpg

а ширина диаграммы направленности определяется, <как и в линейном режиме, длиной зоны взаимодействия:15036-85.jpgПри взаимодействии в дальней зоне (рис. 2)

15036-86.jpg15036-87.jpg

Т. о., в нелинейном режиме работы параметрич. <излучателя амплитуда ps НЧ-волны не зависит от нелинейногопараметра среды е и пропорц. р н.
В параметрич. приёмнике гармонич. ВЧ-пучок(волна накачки) модулируется принимаемым НЧ-сигналом, в результате чегоиз-за нелинейных свойств среды возникают сигналы комбинац. частот, обладающиевысокой направленностью, к-рые регистрируются ВЧ-приёмником звука (рис.3).

15036-88.jpg

Рис. 3. Схема параметрического приёмниказвука. 1 - излучатель волн накачки; 2- приёмник звука; .- низкочастотный сигнал.

Амплитуда р к комбинационноготона частоты 15036-89.jpgравна:

15036-90.jpg

где 15036-91.jpg- частота 15036-92.jpg р н и 15036-93.jpg- амплитуда и частота волны накачки, ps и 15036-94.jpg- амплитуда и частота НЧ-сигнала,15036-95.jpgk= k н/c. Ширина диаграммы направленности параметрич. приёмника 15036-96.jpgгде L - длина области взаимодействия, определяемая расстоянием междуизлучателем и приёмником ВЧ-волны накачки; угол 15036-97.jpgотсчитывается от оси волнового пучка накачки. Осн. достоинством параметрич. <приёмника является возможность реализации достаточно длинных областей взаимодействия, <что позволяет получить острую направленность при приёме НЧ-звука.
Параметрич. излучатели применяются в калибровочныхлаб. установках, в измерит. гидроакустич. бассейнах как широкополосныеизлучатели для калибровки приёмников звука. Частота накачки в таких устройствах~ 1 МГц, частота излучения 1 - 100 кГц, амплитуда сигнала ~10 Па x м, радиусизлучателя составляет неск. см, мощность накачки - десятки Вт. Более мощныеи более низкочастотные параметрич. излучатели применяются в гидроакустике для прецизионного профилирования дна, зондирования придонных областей, <излучения звукорассеивающих слоев, турбулентности, определения толщиныслоя ила, поиска предметов в морском грунте, а также в атмосферной акустике для зондирования атмосферы, в частности для контроля степени турбулентностина взлётных трассах аэропортов. Частота накачки в таких излучателях составляет25 - 50 кГц, частота излучения 0,5 - 15 кГц, ширина диаграммы направленности- неск. градусов, мощность накачки 102 - 103 кВт, <амплитуда сигнала ~102 Па х м, размер излучателя ~ 102 см. Параметрич. излучатели применяются также в рыбо-поисковой аппаратуре, <эхолотах и др., где характеристики их излучения и размеры определяютсяисходя из поставленной задачи.

Лит.: Наугольных К. А., ОстровскийЛ. А., Сутин А. М., Параметрические излучатели звука, в кн.: Нелинейнаяакустика, Горький, 1980; Новиков Б. К., Руденко О. В., Тимошенко В. II.,Нелинейная гидроакустика, Л., 1981; Наугольных К. А., Островский Л. А.,О нелинейных эффектах в акустике океана, в кн.: Акустика океана, М., 1982.

К. Л. Наугольных.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ II ПРИЕМНИКИ ЗВУКА" в других словарях:

  • ПРИЁМНИКИ ЗВУКА — акустич. приборы для восприятия звуковых сигналов и преобразования их с целью измерения, передачи, воспроизведения, записи или анализа. Наиболее распространены П. з., преобразующие акустич. сигналы в электрические (см. ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ… …   Физическая энциклопедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.