ivdon3@bk.ru
Статья посвящена анализу пространственной структуры акустических полей давления и колебательной скорости в гидроакустических волноводах морского шельфа. Рассматриваются волноводы с двумя типами профиля скорости звука: постоянным и имеющим подводный звуковой канал. Дно предполагается в виде переходного слоя с градиентом скорости звука и полупространства. Акустические характеристики слоя принимаются соответствующими илу или песку. Анализируется интерференционная структура поля давления и поля вертикальной компоненты колебательной скорости. Анализируются пространственные законы убывания полей давления и колебательной скорости. Показывается, что интерференционная структура и законы убывания поля давления и вертикальной компоненты колебательной скорости не совпадают.
Ключевые слова: нормальные волны, колебательная скорость, морское дно, интерференционная структура, некогерентное сложение
Донные осадки (ДО) представляют собой среды, в которых могут присутствовать как продольные, так и сдвиговые акустические колебания. Наличие нескольких компонент скорости в донных осадках дает возможность возбуждения различного типа волн как продольных, так и сдвиговых. В данной работе проанализированы методы возбуждения, генерации и приема сдвиговых волн разностной частоты (ВРЧ) создаваемых параметрическими системами в ДО в режимах локации. Представлен анализ их работы в ДО, и даны их сравнительные характеристики по сравнению с возбуждением, формированием и распространением поля продольных ВРЧ в ДО. Даны предпосылки к созданию параметрического профилографа работающего с использованием метода возбуждения, генерации и локации сдвиговых волн в сложной многофазной среде «вода-ДО». Представлена структурная схема и описан принцип работы параметрического профилографа на сдвиговых волнах. Показаны достоинства и недостатки данного метода локации. Сделан вывод о возможности создания и рациональном применении систем, работающих на возбуждении сдвиговых волн.
Ключевые слова: параметрическая антенна, донные осадки, сдвиговые волны, волны разностной частоты, параметрический профилогаф
Поиск и определение количества биоресурсов – актуальная задача, как с точки зрения продовольственной безопасности РФ, так и с точки зрения экологии. Большинство биоресурсов в океане концентрируется в мелководных зонах (на глубинах от 1 до 200м). В работе приведены результаты разработки параметрического гидролокатора траверзного обзора для поиска биоресурсов на мелководье. Сделан расчет энергетической дальности действия параметрического гидролокатора траверзного обзора. Приведены натурные морские испытания разработанного макета гидролокатора траверзного обзора в Таганрогском заливе Азовского моря (условия мелководья). Средняя глубина полигона составляла 2,2 метра. Рассмотрена осциллограмма строки записи эхограммы при определении максимальной дальности обнаружения цели на мелководье (отраженный сигнал от цели на расстоянии 1100 м) и эхограмма от цели, которая удаляется от антенны гидролокатора траверзного обзора на расстояние до 800 м. Сделаны выводы о перспективности применения параметрических гидролокаторов траверзного обзора для поиска рыбных скоплений на мелководье.
Ключевые слова: траверзный обзор, параметрический гидролокатор, поиск биоресурсов, мелководье, энергетическая дальность действия
Проблема исследования особенностей распространения звука в мелком море является актуальной задачей гидроакустики, поскольку связана с производственной деятельностью человека в прибрежных зонах и акваториях мелких морей. Мелкое море для звукового поля представляет собой волновод, в котором распространяются определенные моды. Такие особенности, как «вымирание» мод и дисперсия искажают картину звукового поля. Также возникает сложная помеховая обстановка из-за реверберационных помех и многократных переотражения. Чтобы избежать потери информации предлагается использовать узконаправленное параметрическое излучение без боковых лепестков. Рассмотрены вопросы выбора оборудования, рассчитан закон временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) для исследования донных слоев. Приведены результаты анализа эхограмм для глубин 1-2 м. Показана возможность идентификации слоев и аномалий.
Ключевые слова: мелкое море, распространение звука, модальность, волновод, закон ВАРУ, донные структуры, слои, профилограф, аномалии
В статье рассмотрено влияние внешних источников шума на человека и окружающую среду, как экологического фактора и способы борьбы с шумом. Проведено исследование наружных ограждающих конструкций жилых зданий, фасады которых ориентированы на шумную автодорогу на примере жилых комплексов города Ростова-на-Дону и шумозащитных экранов, установленных на автомобильной трассе вдоль жилой застройки города Батайска Ростовской области. Выполнены акустические измерения уровня силы звука, что позволило сделать вывод об эффективности предусмотренных шумозащитных конструкций. Экспериментально установлено, что шумозащитные конструкции снижают показатель уровня звукового давления до допустимого.
Ключевые слова: шум, защита от шума, шумозащитный экран, шумозащитные конструкции, уровень силы звука, звукоизоляция, экология
01.04.06 - Акустика , 05.23.05 - Строительные материалы и изделия
Статья посвящена анализу вертикальной структуры акустического поля давления и колебательной скорости первой моды в гидроакустическом волноводе мелкого моря. Рассматривается волновод, состоящий из водного слоя с постоянным профилем скорости звука, дна в виде переходного слоя и полупространства. Акустические характеристики переходного слоя принимаются зависящими от частоты звука. Выводятся формулы, описывающие вертикальный профиль нормальной волны колебательной скорости. Анализируется трансформация вертикального профиля первой моды с увеличением частоты. Анализируются разностно-фазовые соотношения между нормальной волной акустического давления и колебательной скорости. Устанавливается связь между изменением вертикальной структуры нормальной волны давления и колебательной скорости и акустическими характеристиками переходного слоя.
Ключевые слова: нормальные волны, колебательная скорость, морское дно, коэффициент затухания
В данной статье приведены результаты идентификации и оценки факторов производственной среды, а также выделены виброакустические факторы, как оказывающие наибольшее влияние на работоспособность и здоровье машинистов грузоподъемных машин.
Ключевые слова: идентификация, грузоподъемные машина, акустический дискомфорт, спектры шума и вибрации, условия труда
Возможность использования нелинейных эффектов в гидроакустических системах с режимом параметрического излучения для профилирования дна и донных осадков привлекает внимание как отечественных, так и зарубежных специалистов. Применение параметрических антенн в гидроакустической аппаратуре позволяет за счет их высокой направленности и низкого уровня бокового поля повысить информативность и точность при обнаружении и определении координат подводных объектов, получить дополнительные признаки для распознавания. Обоснована эффективности применения параметрического профилографа для решения задач, требующих высокого разрешения. Разработана структурная схема параметрического профилографа для исследования слоистой структуры. Рассмотрены особенности формирователя сигналов и блока усиления. Измерены характеристики излучающей антенны в лабораторных условиях. Показано, что характеристика направленности постоянна в рабочем диапазоне частот и акустическая мощность на выходе позволяет решать поставленные задачи зондирования до 10 м в грунт. Получена запись профиля грунта, подтверждающая работоспособность системы. В дальнейшем результаты будут использованы в натурных условиях с применением кепстральной обработки эхо-сигналов.
Ключевые слова: профилограф, параметрическая антенна, кепстр, структурная схема, формирователь сигналов, усилитель мощности, диаграмма направленности, амплитудно-частотная характеристика, антенна накачки, профиль грунта
Применение отдельной приемной антенны на разностной частоте в параметрических акустических системах связана с необратимостью нелинейных процессов, лежащих в основе ее принципа действия. В работе рассмотрены результаты экспериментальных и теоретических исследований по оценке влияния внешних элементов на амплитудно-частотную характеристику пьезокерамической акустической антенны. Рассмотрена структурная схема экспериментальной установки. Показано, что параллельное подключение внешней индуктивности к пьезоэлементу позволяет смещать частоту антирезонанса акустической антенны, которое приводит к увеличению как амплитуды сигнала на выходе антенны, так и к увеличению модуля комплексного сопротивления на рабочей частоте.
Ключевые слова: акустическая антенна, чувствительность приемной антенны, амплитудно-частотная характеристика, модуль комплексного сопротивления
В статье рассматривается распространение продолжительного импульсного сигнала в гидроакустическом волноводе. Приводится решение для реплики импульсного сигнала во втором приближении теории дисперсии. Моделируется распространение одномодового и многомодового импульса в волноводе Пекериса с дном в виде поглощающего пролупространства. Акустические характеристики полупространства соответствуют чистому песку со средним размером гранул. Результат решения во втором приближении теории дисперсии сравнивается с результатом симуляции реплики импульса, полученной в виде свертки входного сигнала с импульсной характеристикой волновода. Показываются и анализируются недостатки решения во втором приближении теории дисперсии. Показывается, что теории дисперсии неверно воспроизводит переходные процессы при включении и выключении сигнала в случаях, когда частота сигнала лежит вблизи критической частоты первой или второй моды. Показывается, что теория дисперсии верно воспроизводит огибающую многомодового импульсного сигналаоснованный на вычислении акустического поля в широком диапазоне частот с последующим обратным преобразованием Фурье. Импульсная характеристика рассматривается как инструмент для решения задач инверсии акустических характеристик морского дна и моделирования распространения сигналов в волноводах. Восстанавливается импульсная характеристика первой моды волновода Пекериса с дном в виде промежуточного слоя и полупространства, выявляются ее волновые атрибуты: грунтовая волна, водная волна, волна Эйри. Восстанавливается многомодовая импульсная характеристика.
Ключевые слова: импульсный сигнал, нормальные волны, групповая скорость, теория дисперсии, внутримодовая дисперсия, межмодовая дисперсия
Параметрические гидроакустические антенные решетки, как и классические, обычно имеют шаг, равный половине длины волны. В статье рассмотрены решетки, у которых элементы столбцов запараллелены. Из-за увеличения шага решетки возникают выбросы на характеристике направленности. При сдвиге четных или нечетных строк на полшага решетки эти выбросы уменьшаются. Для решетки с шагом, равным длине волны, сдвигом строк и направлением лучей не более 25 градусов в обе стороны относительно нормали к плоскости антенны относительный уровень выбросов (относительно главного максимума) благодаря сдвигу обычно уменьшается более чем вдвое. В результате увеличения шага решетки сокращается число элементов решетки и усилителей мощности. Приводятся зависимости относительного уровня выбросов от направления луча и размера элементов.
Ключевые слова: гидроакустическая параметрическая антенная решетка, узкий сектор обзора, параметрический, антенна, нелинейный, линейка, антенная решетка, шаг решетки, характеристика направленности, выброс, уровень выбросов, увеличение шага решетки
Пьезокерамика на основе системы цирконата-титаната свинца (ЦТС) представляет собой основу большинства преобразователей работающих на пьезоэффекте и находят свое применение в различных устройствах электронной техники работающих в разделах электро- и гидроакустики, ультразвуковой техники и д.р. В свою очередь созданные еще в прошлом веке пьезокерамические материалы в существенной степени исчерпали свой потенциал использования в современных устройствах, а разрабатывать новые составы достаточно сложно и экономически мало эффективно. В связи с вышесказанным актуальной задачей представляется поиск современных путей повышения параметров пьезокерамических материалов.
Ключевые слова: пьезокерамика, пьезофаза, пьезоматериал, керамическая технология, микроструктура
01.04.06 - Акустика , 01.04.07 - Физика конденсированного состояния
Классические гидроакустические или радиочастотные антенные решетки обычно имеют шаг, равный половине длины волны. В статье рассмотрены решетки, у которых столбцах элементы столбцов запараллелены. Увеличение шага решетки при сохранении приемлемого значения выбросов характеристики направленности возможно благодаря сдвигу четных или нечетных строк на полшага решетки. Для решетки с шагом, равным длине волны, сдвигом строк и направлением лучей не более 15 градусов в обе стороны относительно нормали к плоскости антенны относительный уровень выбросов характеристики направленности (относительно главного максимума) благодаря сдвигу уменьшается примерно в 1,5 раза. В результате увеличения шага решетки сокращается число элементов решетки, приемных каналов и усилителей мощности. Приводятся зависимости относительного уровня выбросов от направления луча и размера элементов.
Ключевые слова: антенна, линейка, решетка, шаг решетки, шаг линейки, характеристика направленности, уровень боковых лепестков, узкий сектор обзора, увеличение шага решетки
Гидроакустический волновод рассматривается как линейная система с распределенными по трассе параметрами. Предлагается метод моделирования импульсных характеристик волновода, основанный на вычислении акустического поля в широком диапазоне частот с последующим обратным преобразованием Фурье. Импульсная характеристика рассматривается как инструмент для решения задач инверсии акустических характеристик морского дна и моделирования распространения сигналов в волноводах. Восстанавливается импульсная характеристика первой моды волновода Пекериса с дном в виде промежуточного слоя и полупространства, выявляются ее волновые атрибуты: грунтовая волна, водная волна, волна Эйри. Восстанавливается многомодовая импульсная характеристика.
Ключевые слова: нормальные волны, морское дно, коэффициент затухания, групповая скорость, импульсная характеристика, внутримодовая дисперсия, межмодовая дисперсия
01.04.06 - Акустика , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Статья посвящена исследованию адекватности модели волновода с дном в виде полупространства в широкополосных расчетах звуковых полей. Рассматриваются две модели дна: жидкое и пористое, и две глубины водного слоя – единицы метров и десятки метров. В случае жидкого дна скорость звука и величина затухания в дне считаются не зависящими от частоты. В случае пористого дна частотная зависимость скорости звука и величины потерь извлекается из экспериментальных данных, опубликованных в открытой печати. Вычисляются частотные зависимости групповых скоростей мод и модальных коэффициентов затухания. Моделируются импульсные характеристики условно мелководного и глубоководного волноводов. Показывается, что в случае волновода с глубиной водного слоя единицы метров модель дна без дисперсии адекватна, в случае глубины воды десятки метров – неадекватна.
Ключевые слова: нормальные волны, морское дно, коэффициент затухания, групповая скорость, импульсная характеристика, внутримодовая дисперсия, межмодовая дисперсия
01.04.06 - Акустика , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Для модели морского акустического волновода с твердым ступенчатым дном и меняющимся с глубиной профилем скорости звука строится аналитическое представление потенциала скорости точечного источника звука. Неоднородность дна в форме цилиндрического выступа моделируется на основе метода частичных областей. Для построения потенциала скорости звука в каждой частичной области используется представление поля в виде суммы нормальных мод. Сшивка решений на границе частичных областей приводит к бесконечной системе линейных уравнений относительно коэффициентов при нормальных модах. В работе получены формулы, описывающие энергетические характеристики распространения каждой из нормальных мод по трассе волновода. Приводятся примеры численного моделирования. Дается анализ коэффициентов возбуждения нормальных мод для параметров волновода, характерных для черноморского региона.
Ключевые слова: волновод, нормальные моды, неоднородность дна, коэффициент возбуждения, частичные области, бесконечная система линейных уравнений, асимптотика
В настоящей статье представлены результаты исследования параметров пьезоэлектрического гибкого преобразовтеля балочного типа. Анализ проводился методом конечных элементов с использованием пакета программ ANSYS Multiphysics. Показано, что для анализируемого преобразователя существуют оптимальные соотношения параметров его конструктивных элементов, для которых изгибный преобразователь является наиболее эффективным
Ключевые слова: изгибный пьезоэлектрический преобразователь, пьезоэлемент, упругая пластина, частота резонанса, коэффициент преобразования, коэффициент электромеханической связи
Оптоакустический эффект применяемый для визуализации может обеспечить улучшенное пространственное разрешение и температурную чувствительность по сравнению с другими методами неинвазивной цитометрии, термометрии, используемой во время термической терапии для безопасного и эффективного диагностирования. Однако точность описанных оптоакустических методов снижается из-за биологической изменчивости и неоднородного состава тканей. Оптоакустический спектральный анализ используется для оценки морфологических изменений эритроцитов (например, размер / форма).
Ключевые слова: оптоакустика, оптоакустический сигнал, биожидкость, кислородонасыщение, гемоглобин, эритроцит
Проведено экспериментальное исследование усилителя мощности в диапазоне частот 0,1-1 ГГц. Получены амплитудная и амплитудно-частотная характеристики усилителя. Снята зависимость уровня второй гармоники полезного сигнала от входной мощности. Показано, что в диапазоне рабочих частот коэффициент усиления составляет не менее 25 дБ, а верхняя граница линейности амплитудной характеристики по выходу не менее 1 мВт.
Ключевые слова: Транзисторный усилитель, сверхвысокие частоты, амплитудная характеристика, амплитудно-частотная характеристика, верхняя граница линейности амплитудной характеристики, вторая гармоника
Рассмотрены гидроакустические параметрические системы мониторинга и связи. Приведено краткое описание разработанных на кафедре элктрогидроакустической и медицинской техники Института нанотехнологий, электроники и приборостроения Южного федерального университета (ЭГАиМТ ИНЭП ЮФУ) наиболее перспективных гидроакустических систем с параметрическими излучающими антеннами. Представлен внешний вид и диаграммы направленности (ДН) различных вариантов исполнения преобразователей накачки переметрических антенн малогабаритных профилографов. Приведена конструкция составного преобразователя накачки и ДН параметрического сейсмопрофилографа. Приведено описание параметрического гидролокатора бокового обзора и гидролокатора траверзного обзора. Кроме того рассмотрены параметрические системы гидроакустической связи и мониторинга моря на протяженных трассах.
Ключевые слова: гидроакустическая параметрическая система, параметрическая антенна, система передачи данных, широкополосная антенна, мониторинг акватории, параметрический профилограф. параметрическая система навигации, траверзный обзор
01.04.06 - Акустика , 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства радионавигации, радиолокации и телевидения
Рассмотрен метод локального позиционирования подводных аппаратов гидроакустической системой с линейно-частотно-модулированными зондирующими сигналами. Метод основан на измерении дальности до объекта и вычислении углов прихода эхо-сигналов на две или более разнесенные антенны. Для увеличения энергетики и помехозащищенности применены сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Экспериментально показана возможность практического использования данного метода для высокоточного измерения пространственного положения подводного буксируемого или автономного аппарата относительно надводного судна и, соответственно, возможность географической привязки получаемых подводным аппаратом акустических изображений и профилограмм морского дна. В работе также предложено для связи между автономными необитаемыми подводными аппаратами (АНПА) движущимися «в стае» использование траверзных узконаправленных широкополосных параметрических систем. Описаны основные технические характеристики системы и приведены экспериментально измеренные диаграммы направленности антенны на средней частоте накачки и на разностных частотах. Представлены особенности распространения сигналов в мелком море.
Ключевые слова: гидроакустические системы, интерферометрический гидролокатор бокового обзора, системы локального позиционирования, параметрическая антенна, система передачи данных, широкополосная антенна
В работе рассматриваются вопросы теоретического обоснования направленных свойств антенных решеток параметрического профилографа, предназначенного для установки на подводном необитаемом аппарате. Особенностью таких систем являются конструктивные ограничения габаритных размеров носителя, которые не позволяют реализовать антенную систему на принципах линейной гидроакустики в режиме излучения. Для решения этой задачи было выполнено моделирование направленных свойств антенных решеток преобразователя накачки параметрического профилографа. Рассчитанные для центральной частоты накачки характеристики направленности в диаметральной и траверзной плоскостях позволяют учитывать расширение направленности излучающей антенны при компенсации на заданные углы. Полученные значения оценки изменения характеристики направленности по уровню 0,7 позволяют обеспечить необходимый коэффициент осевой концентрации излучающей антенны профилографа для каждой из рабочих частот.
Ключевые слова: параметрический профилограф, обзор дна, антенна накачки, характеристика направленности, сканирование, уровень боковых лепестков
В работе рассматриваются вопросы оптимизации характеристик и обоснования направленных свойств приемной антенны параметрического профилографа. Особенностью таких систем является их исполнение в виде отдельного приемного канала, обеспечивающего высокую чувствительность, возможность согласования с приемно-усилительным трактом и наилучшее отношение сигнал-шум. Кроме того, приемная антенна должна обеспечить для заданных габаритных ограничений необходимое угловое разрешение во всем секторе обзора. При решении этих задач было выполнено моделирование направленных свойств антенных приемной антенны. Рассмотрены вопросы оптимизации компоновки антенной системы и применения в качестве элементов приемной антенны цилиндров на поперечном пьезоэффекте. Рассмотрен вопрос устранения влияния толщины заливки приемной антенны на коэффициент прозрачности, что позволяет обеспечить необходимую чувствительность приемной антенны.
Ключевые слова: Кириченко И.А.
Изготовлены пьезокерамические каркасы из материала ПКП-12 пористостью до 50%. Исследовано влияние общей, открытой и закрытой пористости на свойства пористых пьезоэлементов на данного пьезоматериала. Проведены гидростатические испытания пористых пьезоэлементов с целью определения давления, при котором происходят необратимые изменения.
Ключевые слова: пористая пьезокерамика, пьезоматериалы, сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, ПКП-12, ЦТС, гидроакустика, гидрофон, композиционные материалы, пьезокомпозиты
Описан метод контроля параметров электроакустических преобразователей пьезоэлектрического типа в составе акустических антенных решеток по электрическим измерениям, а также предложена удобная практическая реализация этого метода путем определения интеграла (площади под кривой) от активной составляющей проводимости.
Ключевые слова: акустическая антенная решетка, электроакустический преобразователь, пьезоэлемент, контроль параметров