Профілограф

Реферат: Профілограф належить до галузі гідроакустики і може бути використаний для дистанційного моніторингу морського дна і вивчення структури донних відкладів. Профілограф складається з передавальної двочастотної параметричної антени, передавальних трактів з першою та другою робочими частотами, формувачів зондувальних імпульсів з першою та другою несучими частотами, дільників частоти, високочастотного генератора сигналу опорної частоти, генератора відео імпульсів, приймальної низькочастотної антени, приймального тракту, пристрою обробки інформації, пристрою відображення інформації, пристрою керування та додатково вводять в двоканальний параметричний профілограф, що працює за принципом параметричного виділення у водному середовищі різницевої частоти двох високочастотних сигналів fн = f2 – f1, дільника частоти з коефіцієнтом ділення nн = f0 / fн і фазового коректора, які забезпечують при випромінюванні формування додаткових синфазних низькочастотних спектральних складових. За допомогою запропонованого винаходу досягається підвищення ефективності параметричного перетворення електричної енергії в низькочастотну випромінювану енергію. UA 104380 C2 (12) UA 104380 C2 UA 104380 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі гідроакустики і може бути використаний для дистанційного моніторингу морського дна і вивчення структури донних відкладів. Відомі акустичні профілографи (кн. Богородский А.В. Гидроакустическая техника исследования и освоения океана - Л: Гидрометеоиздат, 1984, - С. 27, 28, 80-85), що призначені для дослідження фізико-механічних властивостей донного ґрунту. Структура відомого акустичного профілографа включає в себе: випромінювач, пристрій його збудження, приймальну гідроакустичну антену, пристрій посилення, пристрій обробки і відображення інформації про властивості ґрунту. Оцінка глибини (дальності) заснована на вимірюванні інтервалу часу, протягом якого зондувальний імпульс поширюється до елемента відображення і назад. Недоліком даних пристроїв є невелика глибина профілювання. Найбільш близьким до пропонованого винаходу є акустичний профілограф, описаний в кн. Воронин В.А., Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Гидроакустические параметрические системы Ростов на Дону: РостИздат., 2004, - С. 269-283, що включає в себе передавальну антену з робочими частотами f1 і f2, приймальну антену з робочою частотою f н = f2 – f1, передавальний тракт з робочою частотою f1, передавальний тракт з робочою частотою f 2, формувач зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 і формувач зондувальних імпульсів з несучою частотою f2, дільник частоти з коефіцієнтом ділення n1=f0 / f1 і дільник частоти з коефіцієнтом ділення n2=f0/f2, генератор сигналу з опорною частотою f 0, генератор відеоімпульсів, приймальний тракт з робочою частотою fH=f2 – f1, пристрій обробки інформації, пристрій відображення інформації і пристрій керування, причому перший вхід передавальної антени з робочими частотами f1, f2 підключений до виходу передавального тракту з робочою частотою f 1, другий вхід передавальної антени з робочою частотою f2 підключений до виходу передавального тракту з робочою частотою f 2, входи передавальних трактів з робочими частотами f1 і f2 з'єднані з виходами формувачів зондувальних імпульсів з несучими частотами f 1 I f2 відповідно, перші входи формувачів зондувальних імпульсів з несучими частотами f 1 і f2 з'єднані з виходами дільника частоти з коефіцієнтом ділення n1=f0 / f1 і дільника частоти з коефіцієнтом ділення n2=f0/f2 відповідно, другі входи формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f1 і формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 з'єднані з виходом генератора відеоімпульсів, входи дільника частоти n1=f0 / f1 і дільника частоти n2=f0/f2 з'єднані з виходом генератора сигналу з опорною частотою f 0, вихід приймальної антени з робочою частотою fн = f2 – f1 з'єднаний із входом приймального тракту з робочою частотою f н = f2 – f1, перший, другий, третій, четвертий і п'ятий керуючі виходи пристрою керування з'єднані з другими входами пристрою відображення інформації, пристрою обробки інформації, приймального тракту з робочою частотою f н = f2 – f1, з третім керуючими входом формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f1 і з третім керуючим входом формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 відповідно, вихід приймального тракту з робочою частотою fн = f2 – f1 підключений через перший вхід пристрою обробки інформації до першого входу пристрою відображення інформації. Відображення ехосигналів в параметричному профілографі забезпечується на екрані монітора пристрою відображення інформації. Недоліком відомого пристрою є низький коефіцієнт параметричного перетворення енергії, що генерується в енергію випроменених низькочастотних коливань. Задачею винаходу є підвищення ефективності параметричного перетворення електричної енергії в низькочастотну випромінювану акустичну енергію. Поставлена задача досягається тим, що в параметричний профілограф, який містить передавальну антену з робочими частотами f 1, f2, приймальну антену з робочою частотою f н = f2 – f1 передавальний тракт з робочою частотою f 1, передавальний тракт з робочою частотою f2, формувач зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 і формувач зондувальних імпульсів з несучою частою f2, дільник частоти f1 з коефіцієнтом ділення n1=f0 / f1 і дільник частоти f2 з коефіцієнтом ділення n2=f0/f2, генератор сигналу опорної частоти f0, генератор відеоімпульсів, приймальний тракт з робочою частотою f н = f2 – f1, пристрій обробки інформації, пристрій відображення інформації і пристрій керування, причому перший вхід передавальної антени з робочими частотами f1, f2, підключений до виходу передавального тракту з робочою частотою f 1, другий вхід передавальної антени з робочими частотами f 1, f2 підключений до виходу передавального тракту з робочою частотою f2, вхід передавального тракту з робочою частотою f1 і вхід передавального тракту з частотою f2 з'єднані з виходами формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f1 і формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 відповідно, перші входи формувачів зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 і формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 з'єднані з виходами дільника частоти f 1 і дільника 1 UA 104380 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 частоти f2 відповідно, другі входи формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 і формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 з'єднані з виходом генератора відеоімпульсів, входи дільника частот f 1 і дільника частот f2 з'єднані з виходом генератора сигналів з опорною частотою f0, низькочастотна приймальна антена f н = f2 – f1 з'єднана з першим входом приймального тракту з робочою частотою f н = f2 – f1, вихід приймального тракту з робочою частотою fн = f2 – f1 підключений через перший вхід пристрою обробки інформації до першого входу пристрою відображення інформації, другий керуючий вхід пристрою відображення інформації з'єднаний з першим виходом пристрою керування, другий, третій керуючі виходи пристрою керування з'єднані з другим керуючим входом пристрою обробки інформації і другим керуючим входом приймального тракту з робочою частотою f н = f2 – f1 відповідно, четвертий і п'ятий керуючі виходи пристрою керування з'єднані з третім керуючим входом формувача зондувального імпульсу з несучою частотою f 1 і третім керуючим входом формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 введені дільник частоти fн = f2 – f1 з коефіцієнтом ділення n3=f0/(f2-f1) і фазовий коректор, причому вихід генератора сигналу з опорною частотою f0 з'єднаний зі входом дільника частоти fн = f2 – f1, вихід дільника частоти з вихідною частотою fн = f2 – f1 через фазовий коректор з'єднаний з четвертим входом формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 і з четвертим входом формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2.· Дані ознаки дають можливість сформувати в випромінювальному тракті профілографа додаткові спектральні складові з частотою f н = f0/ (f2-f1) і тим самим підвищити ефективність параметричного перетворення електричної енергії високочастотного випромененого сигналу в енергію низькочастотного сигналу, що приймається при гідролокаційному обстеженні підводної обстановки Фіг. 1. - Схема прототипу; Фіг. 2. - Схема пропонованого пристрою; Фіг. 3 - Епюри сигналів на виході: а) дільників частоти f1, f2; б) на виході дільника fн = f2 – f1, в) на виході генератора відеоімпульсів; д) на виході передавального тракту. Профілограф, що заявляється, містить генератор сигналу опорної частоти 1, дільник частоти f1 2, формувач зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 3, передавальний тракт з робочою частотою f1 4, генератор відеоімпульсів 6, дільник частоти f2 7, формувач зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 8, передавальний тракт з робочою частотою f2 9, передавальну антену f1, f2 5, пристрій керування 10, пристрій відображення інформації 11, пристрій обробки інформації 12, приймальний тракт з робочою частотою f н = f2 – f1 13, приймальну антену fн = f2 – f1 14, дільник частоти fн = f2 – f1 15 і фазовий коректор 16, причому вихід генератора сигналу опорної частоти 1 з'єднаний з входом дільника частоти f1 2, вихід якого в свою чергу з'єднаний з першим входом формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f1 3, другий вхід формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 3 і другий вхід формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 8 з'єднані з виходом генератора відеоімпульсів 6, третій вхід формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 3 з'єднаний з четвертим виходом пристрою керування 10, четверті входи формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f1 3 і формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 7 з'єднані з виходом фазового коректора 16, вихід формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f1 3 з'єднаний через передавальний тракт з робочою частотою f 1 4 з першим входом передавальної антени f1, f2 5, генератор сигналу опорної частоти 1 з'єднаний також з входом дільника частоти f2 7 і з входом дільника частоти fн = f2 – f1 15, вихід дільника частоти f2 з'єднаний з першим входом формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 8, вихід якого через передавальний тракт з робочою частотою f2 9 з'єднаний з другим входом передавальної антени f1, f2 5, третій вхід формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 8 з'єднаний з п'ятим виходом пристрою керування 10, вихід приймальної антени f н = f2 – f1 14 з'єднаний з першим входом приймального тракту f н = f2 – f1 13, другий вхід приймального тракту fн = f2 – f1 13 з'єднаний з третім виходом пристрою керування 10, вихід приймального тракту f н = f2 – f1 13 з'єднаний, в свою чергу, через перший вхід пристрою обробки сигналів 12 з першим входом пристрою відображення сигналів 11, другий вхід пристрою відображення інформації 11 з'єднаний з першим керуючим виходом пристрою керування 10, вихід дільника fн = f2 – f1 15 з'єднаний із входом фазового коректора 16. Генератор сигналу опорної частоти 1 - високостабільний кварцовий генератор опорної частоти. Дільник частоти f1 2, - цифровий логічний пристрій, що зменшує частоту вхідного сигналу в n1=f0 / f1 число разів. 2 UA 104380 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Формувач зондувальних імпульсів з несучою частотою f1 3 і формувач зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 8 - формують пачку прямокутних радіоімпульсів з несучою частотою f1 (f2), тривалістю 1/2πfΗ і з частотою повторення fн (див. Фіг. 3 д). Передавальний тракт з робочою частотою f 1 4 і передавальний тракт з робочою частотою f2 9 - містять у собі передкінцеві і кінцеві каскади посилення зондувальних імпульсів. Передавальна антена f2, f1 5 - двочастотна параметрична антена, побудована за принципом самодетектування, що використовує ефект нелінійної взаємодії спектральних складових при поширенні у водному середовищі імпульсних сигналів. При поширенні у водному середовищі періодичних акустичних імпульсів відбувається їх детектування і перенос частоти енергії в область низьких частот. Дільник частоти f2 7, - цифровий логічний пристрій, що зменшує частоту вхідного сигналу в n2=f0/f2 число разів. Пристрій керування 10 - виконано як програмно-апаратний пристрій, який формує керуючий сигнал з тривалістю і частотою повторення зондувальних імпульсів. Приймальний тракт fн = f2 – f1 13 призначений для прийому, посилення, частотної селекції і обробки відбитих сигналів різницевої частоти. Пристрій відображення інформації 11 являє собою кольоровий відеомонітор, який здійснює відображення прийнятих сигналів. Пристрій обробки інформації 12 здійснює статистичну обробку прийнятих сигналів. Приймальна антена f н = f2 – f1 14 - вузькосмугова резонансна низькочастотна акустична приймальна антена, призначена для прийому низькочастотних сигналів. Дільник частоти fн = f2 – f1 7, - цифровий логічний пристрій, що зменшує частоту вхідного сигналу в n3=f0/(f2-f1) число разів. Фазовий коректор 16 - компенсує фазові зрушення в антені для частот f 1, f2 і тим самим забезпечує синфазність гармонік fн, отриманих як різницеві коливання f2-f1 і як амплітудномодульовані коливання в пачці випроменених імпульсів. Профілограф, що заявляється, працює таким чином: - пристрій керування 10 формує синхроімпульси і подає їх з виходів 1, 2, 3, 4 і 5 на вхід 2 пристрою відображення інформації 11, на вхід 2 пристрою обробки інформації 12, на керуючий вхід 2 приймального тракту f н = f2 – f1 13, на вхід 3 формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f1 3 і на вхід 3 формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 8. З виходу високостабільного кварцового генератора сигналу опорної частоти 1 безперервний сигнал надходить на входи дільників частоти f 1 2, f2 7, fн = f2 – f1 11. З виходу дільника частоти f 1 2 і з виходу дільника частоти f2 7 високочастотний сигнал частотою f 1 і високочастотний сигнал частотою f2 надходять на входи 1 формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 3 і формувача зондувальних імпульсів несучою частотою f2 8 відповідно. На входи 2 формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 3 і формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2, надходить з виходу генератора імпульсів 6 відеоімпульс із заданою тривалістю і періодом повторення. На вхід 4 формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 3 і на вхід 4 формувача зондувальних імпульсів з несучою частотою f2 8 надходить з дільника частоти fн = f2 – f1 низькочастотний сигнал. На виході дільника частоти f н = f2 – f1 15 формується безперервний тональний сигнал частотою f н = f2 – f1 який через фазовий коректор 16 подається на входи 4 формувачів зондувальних імпульсів з несучою частотою f 1 3 і несучою частотою f2 8, де відбувається модуляція сформованих радіоімпульсів різницевої частоти, тобто формується серія імпульсів, які промодульовані частотою f н = f2 – f1. Сформовані зондувальні сигнали накачування у вигляді пачок радіоімпульсів з частотою повторення всередині пачки рівній f н = f2 – f1 з виходів формувачів зондувальних імпульсів з несучою частотою f1 3 і з несучою частотою f2 8 надходять на входи передавального тракту з робочою частотою f1 4 і передавального тракту з робочою частотою f2 9. Посилені передавальними трактами по потужності сигнали двочастотною передавальною антеною f 1, f2 5 перетворюються в акустичні сигнали і випромінюються в водний простір в напрямку донної поверхні на частотах f1 та f2. При поширенні у воді в результаті нелінійної взаємодії компонент сигналу накачування формується сумарний сигнал різницевої частоти. Відбиті від дна і об'єктів сигнали різницевої частоти приймаються приймальною антеною f н = f2 – f1 14 і після перетворення надходять на перший вхід приймального тракту з робочою частотою f н = f2 – f1 13. Посилені сигнали різницевої частоти f н = f2 – f1 через пристрій обробки інформації 12 надходять на перший вхід пристрою відображення інформації 11. 3 UA 104380 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 Профілограф, що містить передавальну двочастотну параметричну антену, низькочастотну приймальну антену, передавальний тракт з першою робочою частотою, передавальний тракт з другою робочою частотою, формувач зондувального імпульсу з першою несучою частотою і формувач зондувального імпульсу з другою несучою частотою, перший дільник частоти і другий дільник частоти, високочастотний генератор сигналу опорної частоти, генератор відеоімпульсів, приймальний тракт з низькою робочою частотою, пристрій обробки інформації, пристрій відображення інформації і пристрій керування, причому перший вхід двочастотної передавальної антени підключений до виходу передавального тракту з першою робочою частотою, другий вхід двочастотної передавальної антени, підключений до виходу передавального тракту з другою робочою частотою, вхід передавального тракту з першою робочою частотою, вхід передавального тракту з другою робочою частотою з'єднані з виходами формувачів зондувальних імпульсів з першою та другою несучими частотами відповідно, перші входи формувачів зондувальних імпульсів з першою несучою частотою і другою несучою частотою з'єднані з виходами дільників першої та другої частоти відповідно, другий вхід формувача зондувальних імпульсів з першою несучою частотою і другий вхід формувача зондувальних імпульсів з другою несучою частотою з'єднані з виходом генератора відеоімпульсів, вхід дільника першої частоти і вхід дільника другої частоти з'єднані з виходом високочастотного генератора опорної частоти, низькочастотна приймальна антена з'єднана з входом приймального тракту з низькою робочою частотою, перший, другий, третій, четвертий і п'ятий керуючі виходи пристрою керування з'єднані з другим керуючим входом пристрою відображення інформації, другим керуючим входом пристрою обробки інформації, другим керуючим входом приймального тракту низької частоти, з третіми керуючими входами формувачів зондувальних імпульсів з першою несучою частотою і формувача зондувальних імпульсів з другою несучою частотою, вихід приймального тракту з низькою робочою частотою підключений через пристрій обробки до входу пристрою відображення інформації, який відрізняється тим, що для підвищення ефективності перетворення випромінюваної електричної енергії в низькочастотну акустичну енергію в нього введені дільник низької частоти, що формує низьку частоту, рівну низькій частоті приймального тракту, і фазовий коректор, причому вихід генератора опорної частоти з'єднаний із входом дільника низької частоти, вихід дільника низької частоти через фазовий корелятор з'єднаний з четвертим входом формувача зондувальних радіоімпульсів першої частоти і з четвертим входом формувача зондувальних радіоімпульсів другої частоти. 4 UA 104380 C2 5 UA 104380 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6