radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2018-21-5-60-70radioelectronics-261Research ArticleПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ И РАДИОВОЛНMEASURING SYSTEMS AND INSTRUMENTS BASED ON ACOUSTIC, OPTICAL AND RADIO WAVESИССЛЕДОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ВОЛНОВОДНОГО ТИПАRESEARCH OF WIDEBAND HYDRO ACOUSTIC SYSTEM, CONTAINING TRANSDUCERS OF WAVEGUIDE TYPEПестеревИ. С.PesterevIvan S.

Пестерев Иван Сергеевич – магистр по направлению "Приборостроение" (2015), аспирант кафедры электроакустики и ультразвуковой техники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор 8 научных публикаций. Сфера научных интересов – разработка и исследование электроакустических преобразователей, а также систем формирования электрических сигналов возбуждения.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия

Ivan S. Pesterev – Master’s Degree in Engineering in Instrumentation Technology (2015), Postgraduate student of the Department of Electroacoustics and Ultrasonic Technics of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of 8 scientific publications. Area of expertise: research and development of electro-acoustic transducers and electric excitation signals forming systems.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg, Russia

ivanpesterev@mail.ruСтепановБ. Г.StepanovBoris G.

Степанов Борис Георгиевич – кандидат технических наук (1987), доцент (1996) кафедры электроакустики и ультразвуковой техники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 100 научных работ. Сфера научных интересов – разработка и исследование различных электроакустических преобразователей и систем с заданными направленными и частотными свойствами.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия

Boris G. Stepanov – Ph.D. in Engineering (1987), Associate Professor (1996) of the Department of Electroacoustics and Ultrasonic Technics of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of more than 100 scientific publications. Area of expertise: research and development of various electro-acoustic transducers and systems with predetermined directionality, and frequency properties.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg, Russia

BGStepanov@etu.ruСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University "LETI"Russian Federation201828102018056070Copyright © Пестерев И.С., Степанов Б.Г., 20182018Пестерев И.С., Степанов Б.Г.Pesterev I.S., Stepanov B.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/261

Представлены результаты экспериментальных исследований макетов антенн гидроакустической системы (ГАС), содержащей преобразователи волноводного типа (ПВТ), которые представляют собой соосный набор идентичных водозаполненных пьезоцилиндров, электрически возбуждаемых в режиме формирования бегущей волны во внутренней полости ПВТ. Для исследуемой ГАС проанализированы возможности ПВТ при их возбуждении согласно решению задачи синтеза. Возбуждение ПВТ, осуществляемое программно-управляемыми многоканальными блоками, обеспечивает близкую к равномерной амплитудно-частотную и практически линейную фазочастотную характеристики излучения в полосе пропускания порядка трех октав. Показана возможность излучения в указанной полосе частот перестраиваемых по частоте ультракоротких импульсов, а также формирования сигналов, подобных сигналам китообразных. Проанализировано влияние числа пьезоцилиндров, входящих в состав ПВТ, и характера их возбуждения на частотные и импульсные характеристики макетов антенн исследуемой ГАС. Исследованы характеристики направленности макетов антенн, составленных из ПВТ, в том числе в режиме сканирования характеристики направленности. Выполнена сравнительная оценка расчетных и экспериментальных данных, а также оценка эффективности излучения ПВТ.

The results of experimental research of models of antennas hydroacoustic system (HAS), containing transducers of the waveguide type (TWT), which represent a coaxial set of identical water-filled piezocylinders, electrically excited by the principle of a traveling wave formation in the inner cavity of the TWT, are given. Possibilities of the TWT are analyzed when they are excited in accordance with the solution of the synthesis problem for the investigated HAS. The realization of such excitation is carried out by means of software-controlled multichannel blocks and allows providing a close to uniform amplitude-frequency characteristic of radiation and linear phase-frequency characteristic of radiation in a 3-octave frequency band. The possibility of radiation in this band of ultrashort pulses, tunable in frequency, as well as the formation of signals similar to the signals of cetaceans, is shown. The influence of the number of active piezocylinders of the TWT and the character of its electric excitation on the frequency and impulse response of the investigated HAS is considered. Directional properties of models of antennas HAS, including scanning and pulse operation modes, are considered. A comparative evaluation of the calculated and experimental data, as well as an evaluation of the efficiency of the TWT radiation, is given.

широкополосный преобразователь волноводного типасинтез частотных характеристиккороткие акустические сигналыwideband transducer of waveguide typesynthesis of frequency characteristicsshort acoustic signalsReferencesШирокополосность преобразователей. Гидроакустическая энциклопедия / под ред. В. И. Тимошенко. Таганрог: Изд-во ТГРУ, 1999. С. 696–697.Gidroakusticheskaya entsiklopediya [Hydroacoustic Encyclopedia]. Ed. by V. I. Timoshenko. Taganrog, Izd-vo TGRU, 1999, pp. 696–697. (In Russian)Пат. RU 2270533 C2. МПК Н04R 1/14 (2006.01) Гидроакустический стержневой преобразователь / В. И. Позерн, Р. П. Павлов, О. Б. Ступак, Л. А. Виноградова, М. В. Кудрявцев, О. Н. Дудаков, Е. А. Апухтина. Опубл. 20.02.2006. Бюл. No 5.Pozern V. I., Pavlov R. P., Stupak O. B., Vinogradova L. A., Kudryavtsev M. V., Dudakov O. N., Apukhtina E. A. Gidroakusticheskii sterzhnevoi preobrazovatel' [Hydroacoustic Rod Transducer]. Patent RF, no. 2270533, 2006. (In Russian)USA Pat. 8072843 B1 I.Cl. Н04R 17/00. Stepped multiply resonant wideband transducer apparatus / J. L. Butler, A. L. Butler. Publ. 2009/03/18.Butler J. L., Butler A. L. Stepped Multiply Resonant Wideband Transducer Apparatus. Patent USA, no. 8072843, 2009.USA Pat. 6722003 I.Cl. Н04R 17/00. Underwater broadband electroacoustic transducer / D. S.-Dong, Y. C.-Zen, J.-Yow. Publ. 2004/04/20.Dong D. S.-, Zen Y. C., Yow J. Underwater Broadband Electroacoustic Transducer. Patent USA, no. 6722003, 2004.Sherman C. H., Butler J. L. Transducers and Arrays for Underwater Sound. New York: Springer Science+Business Media, LLC, 2007. 610 p.Sherman C. H., Butler J. L. Transducers and Arrays for Underwater Sound. New York: Springer Science+Business Media, LLC, 2007, 610 p.Широкополосный низкочастотный малоапертурный мозаичный преобразователь / В. К. Качанов, И. В. Соколов, А. Б. Родин, Д. В. Тимофеев // 8-я Междунар. конф. "Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности", М., 18–20 марта 2009 г. М.: Изд. дом "Спектр", 2009. С. 113–115.Kachanov V. K., Sokolov I. V., Rodin A. B., Timofeev D. V. Broadband Low-Frequency Low-Aperture Mosaic Transducer. 8-ya Mezhdunar. konf. "Nerazrushayushchii kontrol' i tekhnicheskaya diagnostika v promyshlennosti" [8th Intern. Conf. "Non-Destructive Testing and Technical Diagnostics in Industry"]. Moscow, 2009, pp. 113– 115. (In Russian)Пат. RU 176673 A1. МПК G01S 3/801 (2000.01) Устройство формирования акустических сигналов / Б. Г. Степанов, И. С. Пестерев. Опубл. 25.01.2018. Бюл. No 3.Stepanov B. G, Pesterev I. S. Ustroistvo formirovaniya akusticheskikh signalov [Device for Generating Acoustic Signals]. Patent RF, no. 176673, 2018. (In Russian)Степанов Б. Г. Сверхширокополосный гидроакустический преобразователь волноводного типа. Задача синтеза // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2013. No 3. С. 87–96.Stepanov B. G. Ultra-Wideband Hydroacoustic Waveguide Converter. Synthesis Task. Izvestiya SPbGETU "LETI" [Proceedings of Saint Petersburg Electrotechnical University]. 2013, no. 3, pp. 87–96. (In Russian)Пестерев И. С., Степанов Б. Г. О расширении функциональных возможностей контрольно-измерительного стенда кафедры ЭУТ для автоматизации измерений частотных и направленных характеристик антенн // 69-я науч.-техн. конф. ППС СПбГЭТУ "ЛЭТИ", СПб., 26 янв. – 4 февр. 2016. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2016, С. 215–220.Pesterev I. S., Stepanov B. G. On Expanding the Functionality of the Measuring and Testing Facility of the EUT Department for Automating Measurements of the Frequency and Directional Characteristics of Antennas. 69 nauch.-tekhn. konf. PPS SPbGETU "LETI" [69 Scientific and Technical Conf. Professorial and teaching staff of St. Petersburg Electrotechnical University "LETI"]. SPb, 2016, pp. 215–220. (In Russian)Степанов Б. Г. О возможности дополнительного увеличения рабочего диапазона частот гидроакустического преобразователя волноводного типа и его работы в импульсном режиме. Задача синтеза // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2013. No 4. С. 71–80.Stepanov B. G. About the Possibility of Additional Increase in the Operating Frequency Range of the Wave-guide Type Hydroa-coustic Transducer and Its Operation in Pulsed Mode. Synthesis Task. Izvestiya SPbGETU "LETI" [Proceedings of Saint Petersburg Electrotechnical University]. 2013, no. 4, pp. 71–80. (In Russian)Авдеев В. Б. Энергетические характеристики направленности антенн и антенных систем при излучении и приеме сверхширокополосных сигналов и сверхкоротких импульсов // Антенны. 2002. Вып. 7(62). С. 5–27.Avdeev V. B. Energy Characteristics of Directivity of Antennas and Antenna Systems for Radiation and Reception of Ultra-Wideband Signals and Ultrashort Pulses. Antenny [Antennas]. 2002, vol. 62, no. 7, pp. 5–27. (In Russian)Коновалов С. И., Кузьменко А. Г. Влияние переходных процессов в преобразователях на направленность антенны в импульсном режиме // Акуст. журн. 1994. Т. 40, No 3. С. 457–458.Konovalov S. I., Kuzmenko A. G. Impact of Transients in Converters on the Directivity of the Antenna in a Pulsed Mode. Akusticheskii Zhurnal [Acoustic Journal]. 1994, vol. 40, no. 3, pp. 457–458. (In Russian)Ryabov V. Some Aspects of Analysis of Dolphins’ Acoustical Signals // Open J. of Acoustics. 2011. No 1. С. 41–54.Ryabov V. Some Aspects of Analysis of Dolphins’ Acoustical Signals. Open J. of Acoustics. 2011, no. 1, pp. 41–54.Directional Properties of Bottlenose Dolphin (Tursiops Truncatus) Clicks, Burst-Pulse, and Whistle Sounds / B. K. Branstetter, P. W. Moore, J. J. Finneran and oth. // J. Acoust. Soc. Am. 2012. Vol. 131, No 2. P. 1613–1621.Branstetter B. K., Moore P. W., Finneran J. J. Directional Properties of Bottlenose Dolphin (Tursiops Truncatus) Clicks, Burst-Pulse, and Whistle Sounds. J. Acoust. Soc. Am. 2012, vol. 131, no. 2, pp. 1613–1621.Пат. RU 2220462 С2 МПК G10K 9/04 (2000.01) Устройство для имитации эхолокационных импульсов дельфина / Н. А. Дубровский. Опубл. 27.12.2003. Бюл. No 36.Dubrovsky N. A. Ustroistvo dlya imitatsii ekholokatsionnykh impul'sov del'fina [Device for Simulating Dolphin Echolocation Impulses]. Patent RF, no. 2220462, 2003.Development of Dolphin-speaker / Y. Mishima, K. Uchida, K. Amakasu, Y. Miyamoto, T. Sasakura // J. Marine Acoust. Soc. Jpn. 2013. Vol. 40, No 1. P. 27–36.Mishima Y., Uchida K., Amakasu K., Miyamoto Y., Sasakura T. Development of Dolphin-speaker. J. Marine Acoust. Soc. Jpn. 2013, vol. 40, no 1, pp. 27–36.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.