利用一个换能器同时发射二个不同频率声音的声源制造技术

本实用新型专利技术涉及一种利用一个换能器同时发射二个不同频率声音的声源，包括：宽带换能器、控制器、供电电源、Ｄ类功率放大器，还包括一个存储有含两个频率的信号波形数据的波形数据表存储器、地址发生器；控制器协调各部件同步工作，控制发生的声信号的脉宽、每秒重复次数，输出控制指令给地址发生器和Ｄ类功率放大器；地址发生器输出数据地址给波形数据表存储器；波形数据表存储器中的数据输出到Ｄ类功率放大器；Ｄ类功率放大器与宽带换能器电连接，为该换能器提供足够的电功率驱动；宽带换能器将由Ｄ类功率放大器提供的电功率转换成声功率并发射出去。本实用新型专利技术具有结构简单、体积小、功耗少、效率高的优点，可用于参量阵声纳设备。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种声源，特别是涉及一种利用一个换能器同时发二个不同频率的声音的声源。
技术介绍
体积小、频率低、指向性好的声源在许多方面很有用处，参量阵声纳的声源就具有这些特性。在参量阵声纳设备中，要求发射二个频率比较接近的原频声信号f1、f2。这二个原频声信号发射到水介质中后，由于水介质的非线性作用会产生合频和差频现象。由于合频的频率相对差频的频率要高出很多，会很快被介质吸收。而差频由于介质对它的吸收比较少，所以，可以传播比较远的距离。因此，可以利用差频作为探测信号来探测远处的目标或类似的用途。这是参量阵声纳的基本原理。由此可见，首先要向水介质中发送二个声信号f1、f2。现有方法采用了两个信号源分别产生两个不同频率f1和f2(例如文献1用两个换能器发送了两个频率1.93Mhz和2.22Mhz的声波，见Nonlinear AcousticsBubble Sizing in Water，A.M.Sutin，E.J.Kim，S.W.YOON，and Didenkulov，14thISNA，Nonlinear Acoustics in Perspective，1996，Pp523-529；文献2利用两个扬声器发出两个频率的声波300Hz和392Hz。参见Nonlinear Acousticstechniques for Land Mine Detection，Murray S.Korman，USNAA，MD，USA，20402)。如图1中所介绍的，现有方法将两个信号源产生的两个不同频率的信号分别送到对应的线性功率放大器电路，经功率放大后加到对应的换能器上，经换能器将电功率转换成声功率发射到水或其他可传声的介质中，利用介质的非线性在介质中形成合频和差频。这样形成的差频在空间结构上有许多优点，在水下目标探测等方面的应用中受到欢迎。由于参量阵声纳的转换效率比较低，这就要求两个原频的声功率比较大，一般要达到上千瓦甚至上万瓦的功率。由图1可以看出，现有方法采用的是线性功率放大器，所以，放大器自身的功耗很大。受散热等因素的影响，大功率线性功率放大器的体积都很大，而且很重。按照图1制作的可以同时产生两个频率的声波的发射器的重量超过80公斤，机箱高达1.5米以上；而且只有一个固定波束。随着科学技术的进步和人们对劳动条件要求的提高，总是希望一些小型的、高效率的、节省能源的设备。现有的分别发射二个频率声波的方法在结构、体积、使用等方面存在难以克服的缺点首先是需要两个换能器，参量阵换能器的波束开角一般要求比较窄，所以换能器的物理尺寸比较大；如果使用两个换能器，体积就更大，也使得制造成本昂贵；而且现有方式要求发射机工作在线性状态，发射机功耗自身很大，致使整机体积很大，使用不便，所以很难推广使用。一个调制信号中所具有的频率为其载波频率f0和被调制信号频率fc的组合，该调制信号至少有下面三个频率成分f0-fc、f0+fc、f0。本技术设计了一种信号，其频率分量fc远小于f0-fc和f0+fc。这样就形成了二个频率f1、f2，这里f1＝f0-fc、f2＝f0+fc。将含有两个频率分量的信号经过功率放大后加在一个换能器上发出，在介质中就存在两个频率f1、f2。这两个频率就是参量阵声纳所需要的两个原频信号。
技术实现思路
本技术的目的是克服上述现有的分别发射二个频率声波的系统和方法存在的需要两个换能器和两套系统、换能器的物理尺寸比较大、成本昂贵等缺点，提供一种利用一个换能器同时发射二个不同频率声音的声源，利用非规则信号中含有多种频率成分的特点，用一个换能器同时发出二个不同频率的声音信号；进一步，让功率发射单元的工作处于开关状态，从而大大降低自身功耗，实现发射机的小型化，降低制造成本，提高效率。本技术提供的利用同一换能器同时发射二种不同声信号的声源，如图2所示，包括宽带换能器7、控制器1、供电电源9、D类功率放大器5，其特征在于，还包括一个存储有含两个频率的信号波形数据的波形数据表存储器3、地址发生器2；所述控制器1协调各部件同步工作，控制发生的声信号的脉宽、每秒重复次数，输出控制指令给地址发生器2和D类功率放大器5；所述地址发生器2输出数据地址给波形数据表存储器3，该波形数据存储器3中的数据输出到D类功率放大器5；所述D类功率放大5与宽带换能器7电连接，为该宽带换能器7提供足够的电功率驱动；宽带换能器7将由功率放大器提供的电功率转换成声功率并发射出去。如图4所示，该系统还包括一个驱动缓冲电路4，与D类功率放大器5电连接，用于向D类功率放大器5提供一定的功率驱动。如图4所示，该系统还包括一个匹配网络6，与D类功率放大器5、宽带换能器7电连接，用于D类功率放大器5和宽带换能器7之间实现阻抗匹配； 如图4所示，该系统还包括一个与控制器1电连接的USB/RS232接口8，用于对该系统的远程控制；所述的波形数据表存储器3是由非易失的存储RAM组成，其中固化了按照本技术提供的方法生成的需要发射的含两个频率的信号波形数据，其存储大小可以根据波形数据的数据量来确定，一般在4MBYTEs以上。所述的D类功率放大器5采用常用的D类功率放大电路，只是由于这里的电流很大，功率管的道通电阻要尽可能小；本技术与常用方法不同，仅要求一只功率放大器。所述的地址发生器2用常见的通用计数器电路组成；所述的控制器1为高速单片机或微控制器。所述的供电电源9可以采用一般直流稳压电源，也可以采用开关稳压电源。本技术与已有技术相比具有如下优点本技术的优点在于用单一信号源和同一换能器同时发出两个不同频率的声信号，使参量阵声纳发射机制作成本大幅减少，大幅减小了发射机的体积和功耗，并易于实现声束的相控、实现利用单一宽带换能器同时发射大功率多个频率成分的声波的发射系统和方法。对比图1和图2，可以看出现有方法需要两个功率放大器，两个换能器，而本技术只需要一个换能器和一个功率放大器，使得结构简单。另外由图2和图3知，本方法用的是数字工作方式，电路处在开关状态，功率放大器自身几乎不消耗能量，对散热的要求很低，整机的体积可以做的很小，易于实现，能有效地降低参量阵声纳的制造成本，并容易实现对声波束的相控，从而形成多波束发射声源，有明显的技术优越性和一定的应用空间。相比之下，图1所述的现有方法，功率放大器处在线性工作状态，最为理想的自身功耗也要达到50％，实际还要高，而参量阵声纳的发射功率一般要达到数千瓦，由此可见线性功率放大器自身消耗的能量是很大的，必须要足够的散热条件，所以整机的体积一般都很大，造价也很高。附图说明图1是现有方法的电路工作原理框图图2是本技术的双频声发射源组成框图图3形成数据波形表中数据的各波形信号结构图图4双频声发射源电原理图其中图3中高电平为1，低电平为0，合成的波形就是波形数据表中存储的数据结构。如果fa是原频波形的n倍，在波形数据表中对应的连续为1的个数就是n个，然后就是n个0；而后是n个1，n个0，数据长度就是发射的声波的长度。也可以只存储一个完整的差频周期的长度，在使用时由地址发生器在同一地址区间循环发生该段地址，直到达到需要的波形长度。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细描述。实施例1制作一水下机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用一个换能器同时发射二个不同频率声音的声源，包括：宽带换能器（７）、控制器（１）、供电电源（９）、Ｄ类功率放大器（５），其特征在于，还包括一个存储有含两个频率的信号波形数据的波形数据表存储器（３）、地址发生器（２）；所述控制器（１）协调各部件同步工作，控制发生的声信号的脉宽、每秒重复次数，输出控制指令给地址发生器（２）和Ｄ类功率放大器（５）；所述地址发生器（２）输出数据地址给波形数据表存储器（３）；所述波形数据存储起器（３）中的数据输出到Ｄ类功率放大器（５）；所述Ｄ类功率放大器（５）与宽带换能器（７）电连接，为该换能器提供足够的电功率驱动；宽带换能器（７）将由Ｄ类功率放大器（５）提供的电功率转换成声功率并发射出去。

【技术特征摘要】
1.一种利用一个换能器同时发射二个不同频率声音的声源，包括宽带换能器(7)、控制器(1)、供电电源(9)、D类功率放大器(5)，其特征在于，还包括一个存储有含两个频率的信号波形数据的波形数据表存储器(3)、地址发生器(2)；所述控制器(1)协调各部件同步工作，控制发生的声信号的脉宽、每秒重复次数，输出控制指令给地址发生器(2)和D类功率放大器(5)；所述地址发生器(2)输出数据地址给波形数据表存储器(3)；所述波形数据存储起器(3)中的数据输出到D类功率放大器(5)；所述D类功率放大器(5)与宽带换能器(7)电连接，为该换能器提供足够的电功率驱动；宽带换能器(7)将由D类功率放大器(5)提供的电功率转换成声功率并发射出去。2.按权利要求1所述的利用一个换能器同时发射二个不同频率声音的声源，其特征在于，还包括一个驱动缓冲电路(4)，与D类功率放大器(5)电连接，用于向D类功率放大器(5)提供一定的功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王润田，华乐荪，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]