專利名稱：用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲源，特別是涉及一種利用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)二個(gè)不同頻率的聲音的聲源。
背景技術(shù)：
體積小、頻率低、指向性好的聲源在許多方面很有用處，參量陣聲納的聲源就具有這些特性。在參量陣聲納設(shè)備中，要求發(fā)射二個(gè)頻率比較接近的原頻聲信號(hào)f1、f2。這二個(gè)原頻聲信號(hào)發(fā)射到水介質(zhì)中后，由于水介質(zhì)的非線性作用會(huì)產(chǎn)生合頻和差頻現(xiàn)象。由于合頻的頻率相對(duì)差頻的頻率要高出很多，會(huì)很快被介質(zhì)吸收。而差頻由于介質(zhì)對(duì)它的吸收比較少，所以，可以傳播比較遠(yuǎn)的距離。因此，可以利用差頻作為探測(cè)信號(hào)來(lái)探測(cè)遠(yuǎn)處的目標(biāo)或類似的用途。這是參量陣聲納的基本原理。由此可見(jiàn)，首先要向水介質(zhì)中發(fā)送二個(gè)聲信號(hào)f1、f2。
現(xiàn)有方法采用了兩個(gè)信號(hào)源分別產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率f1和f2(例如文獻(xiàn)1用兩個(gè)換能器發(fā)送了兩個(gè)頻率1.93Mhz和2.22Mhz的聲波，見(jiàn)Nonlinear AcousticsBubble Sizing in Water，A.M.Sutin，E.J.Kim，S.W.YOON，and Didenkulov，14thISNA，Nonlinear Acoustics in Perspective，1996，Pp523-529；文獻(xiàn)2利用兩個(gè)揚(yáng)聲器發(fā)出兩個(gè)頻率的聲波300Hz和392Hz。參見(jiàn)Nonlinear Acousticstechniques for Land Mine Detection，Murray S.Korman，USNAA，MD，USA，20402)。如圖1中所介紹的，現(xiàn)有方法將兩個(gè)信號(hào)源產(chǎn)生的兩個(gè)不同頻率的信號(hào)分別送到對(duì)應(yīng)的線性功率放大器電路，經(jīng)功率放大后加到對(duì)應(yīng)的換能器上，經(jīng)換能器將電功率轉(zhuǎn)換成聲功率發(fā)射到水或其他可傳聲的介質(zhì)中，利用介質(zhì)的非線性在介質(zhì)中形成合頻和差頻。這樣形成的差頻在空間結(jié)構(gòu)上有許多優(yōu)點(diǎn)，在水下目標(biāo)探測(cè)等方面的應(yīng)用中受到歡迎。
由于參量陣聲納的轉(zhuǎn)換效率比較低，這就要求兩個(gè)原頻的聲功率比較大，一般要達(dá)到上千瓦甚至上萬(wàn)瓦的功率。由圖1可以看出，現(xiàn)有方法采用的是線性功率放大器，所以，放大器自身的功耗很大。受散熱等因素的影響，大功率線性功率放大器的體積都很大，而且很重。按照?qǐng)D1制作的可以同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)頻率的聲波的發(fā)射器的重量超過(guò)80公斤，機(jī)箱高達(dá)1.5米以上；而且只有一個(gè)固定波束。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)勞動(dòng)條件要求的提高，總是希望一些小型的、高效率的、節(jié)省能源的設(shè)備?，F(xiàn)有的分別發(fā)射二個(gè)頻率聲波的方法在結(jié)構(gòu)、體積、使用等方面存在難以克服的缺點(diǎn)首先是需要兩個(gè)換能器，參量陣換能器的波束開(kāi)角一般要求比較窄，所以換能器的物理尺寸比較大；如果使用兩個(gè)換能器，體積就更大，也使得制造成本昂貴；而且現(xiàn)有方式要求發(fā)射機(jī)工作在線性狀態(tài)，發(fā)射機(jī)功耗自身很大，致使整機(jī)體積很大，使用不便，所以很難推廣使用。
一個(gè)調(diào)制信號(hào)中所具有的頻率為其載波頻率f0和被調(diào)制信號(hào)頻率fc的組合，該調(diào)制信號(hào)至少有下面三個(gè)頻率成分f0-fc、f0+fc、f0。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種信號(hào)，其頻率分量fc遠(yuǎn)小于f0-fc和f0+fc。這樣就形成了二個(gè)頻率f1、f2，這里f1＝f0-fc、f2＝f0+fc。將含有兩個(gè)頻率分量的信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大后加在一個(gè)換能器上發(fā)出，在介質(zhì)中就存在兩個(gè)頻率f1、f2。這兩個(gè)頻率就是參量陣聲納所需要的兩個(gè)原頻信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有的分別發(fā)射二個(gè)頻率聲波的系統(tǒng)和方法存在的需要兩個(gè)換能器和兩套系統(tǒng)、換能器的物理尺寸比較大、成本昂貴等缺點(diǎn)，提供一種利用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)二個(gè)不同頻率的聲音的發(fā)射系統(tǒng)和方法，利用非規(guī)則信號(hào)中含有多種頻率成分的特點(diǎn)，用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)出二個(gè)不同頻率的聲音信號(hào)；進(jìn)一步，讓功率發(fā)射單元的工作處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而大大降低自身功耗，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的小型化，降低制造成本，提高效率。
本發(fā)明提供的利用同一換能器同時(shí)發(fā)射二種聲信號(hào)的系統(tǒng)，如圖2所示，包括寬帶換能器7、控制器1、供電電源9、D類功率放大器5，其特征在于，還包括一個(gè)存儲(chǔ)有含兩個(gè)頻率的信號(hào)波形數(shù)據(jù)的波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3、地址發(fā)生器2；所述控制器1協(xié)調(diào)各部件同步工作，控制發(fā)生的聲信號(hào)的脈寬、每秒重復(fù)次數(shù)，輸出控制指令給地址發(fā)生器2和D類功率放大器5；所述地址發(fā)生器2輸出數(shù)據(jù)地址給波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3，該波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3中的數(shù)據(jù)輸出到D類功率放大器5；所述D類功率放大5與寬帶換能器7電連接，為該寬帶換能器7提供足夠的電功率驅(qū)動(dòng)；寬帶換能器7將由功率放大器提供的電功率轉(zhuǎn)換成聲功率并發(fā)射出去。
如圖4所示，該系統(tǒng)還包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)緩沖電路4，與D類功率放大器5電連接，用于向D類功率放大器5提供一定的功率驅(qū)動(dòng)。
如圖4所示，該系統(tǒng)還包括一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)6，與D類功率放大器5、寬帶換能器7電連接，用于D類功率放大器5和寬帶換能器7之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配；如圖4所示，該系統(tǒng)還包括一個(gè)與控制器1電連接的USB/RS232接口8，用于對(duì)該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制；所述的波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3是由非易失的存儲(chǔ)RAM組成，其中固化了按照本發(fā)明提供的方法生成的需要發(fā)射的含兩個(gè)頻率的信號(hào)波形數(shù)據(jù)，其存儲(chǔ)大小可以根據(jù)波形數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量來(lái)確定，一般在4MBYTEs以上。
所述的D類功率放大器5采用常用的D類功率放大電路，只是由于這里的電流很大，功率管的道通電阻要盡可能??；本發(fā)明與常用方法不同，僅要求一只功率放大器。
所述的地址發(fā)生器2用常見(jiàn)的通用計(jì)數(shù)器電路組成；所述的控制器1為高速單片機(jī)或微控制器。
所述的供電電源9可以采用一般直流穩(wěn)壓電源，也可以采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。
本發(fā)明用同一換能器同時(shí)發(fā)射二種頻率聲信號(hào)的系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)射的方法，包括以下步驟1、波形數(shù)據(jù)表的建立和存儲(chǔ)，具體流程如下(1)選定波形數(shù)據(jù)表地址的更新頻率fa將要發(fā)射的原頻f0＝(f1+f2)/2看作占空比為1∶1的方波信號(hào)，地址發(fā)生器2的地址更新頻率為fa，要求fa大于等于兩倍的f0(比如f0＝100kHz，fa至少為200kHz)，而且fa應(yīng)該是f0的偶整數(shù)倍，即fa＝2f0，4f0，6f0，等等；(2)形成數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)地址發(fā)生器2的地址更新頻率fa按照步驟(1)選定之后，就可以將波形轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)序列，該數(shù)據(jù)序列就是波形數(shù)據(jù)表中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；具體形成方法是先形成原頻數(shù)據(jù)，而后再形成差頻數(shù)據(jù)，再將原頻數(shù)據(jù)和差頻數(shù)據(jù)邏輯相與，形成波形數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)；原頻數(shù)據(jù)的形成方法是在數(shù)據(jù)表中順序?qū)懭肴舾蓚€(gè)1若干個(gè)0；1的個(gè)數(shù)為fa與f0的比例數(shù)，0的個(gè)數(shù)和1的個(gè)數(shù)相同，寫入的長(zhǎng)度依據(jù)發(fā)射聲波的長(zhǎng)度而定；原頻波形，差頻波形，合成后形成的波形數(shù)據(jù)表的圖形如圖3所示；(3)將形成的波形數(shù)據(jù)寫入到波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3可由非易失的RAM構(gòu)成，比如FlashRAM，EEPRAM，等存儲(chǔ)器，將按照(2)中的方法建立的波形數(shù)據(jù)表文件寫入波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3，寫入的方法如同一般的FlashRAM一樣。
2、雙頻聲信號(hào)的發(fā)生將步驟1中的波形數(shù)據(jù)固化到非易失RAM中，完成先期的準(zhǔn)備工作；系統(tǒng)工作過(guò)程為控制器1輸出控制指令給地址發(fā)生器2，該地址發(fā)生器接到指令后開(kāi)始從地址0向高地址開(kāi)始輸出地址碼給波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3，地址碼的長(zhǎng)度一般在16-24位長(zhǎng)，其長(zhǎng)度可根據(jù)輸出聲信號(hào)的長(zhǎng)度來(lái)選定。對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，就有一個(gè)波形數(shù)據(jù)0或者1從波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表的數(shù)據(jù)線輸出。這個(gè)0或者1直接送到處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的D類功率放大器5。1使該功率放大器正向?qū)ǎ?則使該功率放大器反向?qū)?，向?qū)拵Q能器7輸出交變的電功率信號(hào)，如此反復(fù)直到達(dá)到所預(yù)定的波形數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度(聲波脈沖的寬度)，地址發(fā)生器2停止工作，控制器1命令D類功率放大器5進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。一次聲信號(hào)發(fā)送完成。
在實(shí)際使用中作為一套聲發(fā)射系統(tǒng)所需要發(fā)射的頻率基本上是在一定范圍內(nèi)變化，所以這種數(shù)據(jù)波形表的制作可以盡可能覆蓋感興趣的頻率范圍。當(dāng)然，這個(gè)波形數(shù)據(jù)表也可以使用一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器或者一個(gè)可編程芯片(比如大容量的CPLD芯片)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在波形數(shù)據(jù)表中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)用圖形表示，形如圖3中的合成波形，這種波形的頻譜中除了有基頻外還有原頻與差頻的合頻分量f2和原頻與差頻的差頻分量f1。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于用單一信號(hào)源和同一換能器同時(shí)發(fā)出兩個(gè)不同頻率的聲信號(hào)，使參量陣聲納發(fā)射機(jī)制作成本大幅減少，大幅減小了發(fā)射機(jī)的體積和功耗，并易于實(shí)現(xiàn)聲束的相控、實(shí)現(xiàn)利用單一寬帶換能器同時(shí)發(fā)射大功率多個(gè)頻率成分的聲波的發(fā)射系統(tǒng)和方法。
對(duì)比圖1和圖2，可以看出現(xiàn)有方法需要兩個(gè)功率放大器，兩個(gè)換能器，而本發(fā)明只需要一個(gè)換能器和一個(gè)功率放大器，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
另外由圖2和圖3知，本方法用的是數(shù)字工作方式，電路處在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功率放大器自身幾乎不消耗能量，對(duì)散熱的要求很低，整機(jī)的體積可以做的很小，易于實(shí)現(xiàn)，能有效地降低參量陣聲納的制造成本，并容易實(shí)現(xiàn)對(duì)聲波束的相控，從而形成多波束發(fā)射聲源，有明顯的技術(shù)優(yōu)越性和一定的應(yīng)用空間。相比之下，圖1所述的現(xiàn)有方法，功率放大器處在線性工作狀態(tài)，最為理想的自身功耗也要達(dá)到50％，實(shí)際還要高，而參量陣聲納的發(fā)射功率一般要達(dá)到數(shù)千瓦，由此可見(jiàn)線性功率放大器自身消耗的能量是很大的，必須要足夠的散熱條件，所以整機(jī)的體積一般都很大，造價(jià)也很高。


圖1是現(xiàn)有方法的電路工作原理框2是本發(fā)明的雙頻聲發(fā)射系統(tǒng)組成框3形成數(shù)據(jù)波形表中數(shù)據(jù)的各波形信號(hào)結(jié)構(gòu)4雙頻聲發(fā)射系統(tǒng)電原理圖其中圖3中高電平為1，低電平為0，合成的波形就是波形數(shù)據(jù)表中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如果fa是原頻波形的n倍，在波形數(shù)據(jù)表中對(duì)應(yīng)的連續(xù)為1的個(gè)數(shù)就是n個(gè)，然后就是n個(gè)0；而后是n個(gè)1，n個(gè)0，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度就是發(fā)射的聲波的長(zhǎng)度。也可以只存儲(chǔ)一個(gè)完整的差頻周期的長(zhǎng)度，在使用時(shí)由地址發(fā)生器在同一地址區(qū)間循環(huán)發(fā)生該段地址，直到達(dá)到需要的波形長(zhǎng)度。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例1制作一水下機(jī)器人用掩埋物探測(cè)聲納中的雙頻聲發(fā)射系統(tǒng)，其原理框圖如圖4所示。包括控制器1采用ADUC841芯片，與24位地址發(fā)生器2、波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3、D類功率放大器5電連接，用于協(xié)調(diào)各部件同步工作，控制發(fā)生的聲信號(hào)的脈寬、每秒重復(fù)次數(shù)，輸出控制指令給地址發(fā)生器2和D類功率放大器5；24位地址發(fā)生器2，采用EPLD7128芯片，與波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3電連接，用于輸出波形數(shù)據(jù)表的地址；波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3，采用AMD29F100X8芯片，與驅(qū)動(dòng)緩沖4電連接，用于存儲(chǔ)包含有需要發(fā)射的兩個(gè)頻率信號(hào)的波形數(shù)據(jù)，在地址發(fā)生器2的控制下向驅(qū)動(dòng)緩沖4輸出波形速據(jù)序列，該數(shù)據(jù)的形成和存儲(chǔ)方法下面將詳細(xì)介紹；驅(qū)動(dòng)緩沖器4，采用TPS2814芯片，與D類功率放大器5電連接，用于向D類功率放大器5提供一定的功率驅(qū)動(dòng)；D類功率放大器5，采用FQA90N15芯片，與匹配網(wǎng)絡(luò)6電連接，用于波形數(shù)據(jù)的放大，為寬帶換能器7提供足夠的電功率驅(qū)動(dòng)；匹配網(wǎng)絡(luò)6，用于D類功率放大器5和寬帶換能器7之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配；寬帶換能器7，與匹配網(wǎng)絡(luò)6電連接，用于由功率放大器提供的電功率轉(zhuǎn)換成聲功率并發(fā)射出去；供電電源9，采用開(kāi)關(guān)電源，電壓為24V、12V、5V，用于提供芯片的電源和寬帶換能器7的電源；
波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3中存儲(chǔ)的是將要發(fā)射的波形轉(zhuǎn)換的波形數(shù)據(jù)，這些波形數(shù)據(jù)在系統(tǒng)運(yùn)行前已經(jīng)建立并存儲(chǔ)在波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3中，其中波形數(shù)據(jù)表的建立及存儲(chǔ)步驟如下(1)選定波形數(shù)據(jù)表地址的更新頻率fa將要發(fā)射的原頻f0＝(f1+f2)/2看作占空比為1∶1的方波信號(hào)，地址發(fā)生器的地址更新頻率為fa，要求fa大于等于兩倍的f0(比如f0＝100kHz，fa至少為200kHz)，而且fa應(yīng)該是f0的偶整數(shù)倍，即fa＝2f0，4f0，6f0，等；(2)形成數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)地址發(fā)生器的地址更新頻率fa選定之后，就可以將波形轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)序列，該數(shù)據(jù)序列就是波形數(shù)據(jù)表中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；具體形成方法是先形成原頻數(shù)據(jù)，而后再形成差頻數(shù)據(jù)，再將原頻數(shù)據(jù)和差頻數(shù)據(jù)邏輯相與，形成波形數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)。
原頻數(shù)據(jù)的形成方法是在數(shù)據(jù)表中順序?qū)懭肴舾蓚€(gè)1若干個(gè)0；1的個(gè)數(shù)為fa與f0的比例數(shù)，0的個(gè)數(shù)和1的個(gè)數(shù)相同。寫入的長(zhǎng)度依據(jù)發(fā)射聲波的長(zhǎng)度而定；原頻波形，差頻波形，合成后形成的波形數(shù)據(jù)表的圖形如圖3所示；(3)將形成的波形數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)寫入到波形表存儲(chǔ)器中波形表存儲(chǔ)器可由非易失的RAM構(gòu)成，比如FlashRAM，EEPRAM等存儲(chǔ)器，將按照(2)中的方法建立的波形數(shù)據(jù)表文件寫入波形表存儲(chǔ)器，寫入的方法如同一般的FlashRAM一樣。
按照上述介紹的波形數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)的形成方法，并將數(shù)據(jù)固化到非易失RAM中，完成先期的準(zhǔn)備工作。其實(shí)，在實(shí)際使用中作為一套聲發(fā)射系統(tǒng)所需要發(fā)射的頻率基本上是在一定范圍內(nèi)變化，所以這種數(shù)據(jù)波形表的制作可以盡可能覆蓋感興趣的頻率范圍。當(dāng)然，這個(gè)波形數(shù)據(jù)表也可以使用一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器或者一個(gè)可編程芯片(比如大容量的CPLD芯片)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在波形數(shù)據(jù)表中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)用圖形表示，形如圖3中的合成波形。這種波形的頻譜中除了有基頻外還有原頻與差頻的合頻分量f2和原頻與差頻的差頻分量f1。
假設(shè)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3中已經(jīng)按照上述方法固化了所需的波形數(shù)據(jù)表，該系統(tǒng)按照存儲(chǔ)在控制器1中的預(yù)定程序自主工作，發(fā)射聲波的工作過(guò)程可描述如下控制器1發(fā)出啟動(dòng)發(fā)射信號(hào)給24位地址發(fā)生器2，同時(shí)發(fā)出信號(hào)給波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3來(lái)控制信號(hào)的脈寬和每秒重復(fù)次數(shù)，同時(shí)給D類功率放大器5輸出一條允許發(fā)送的命令，D類功率放大器5準(zhǔn)備工作(這有利于減少放大器的誤動(dòng)作和降低系統(tǒng)功率消耗)；然后24位地址發(fā)生器2開(kāi)始工作，它在控制器1提供的工作頻率(2MHz)下增加地址，也就是說(shuō)它的數(shù)據(jù)更新率為2MHz；這個(gè)地址送到波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器3的地址總線，相應(yīng)地址上的數(shù)據(jù)就會(huì)輸出到它的數(shù)據(jù)線上。該數(shù)據(jù)是0和1組成的序列，該序列直接送到處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的D類功率放大器5，1使功率放大器正向?qū)ǎ?則使功率放大器反向?qū)ǎ?，從而波形?shù)據(jù)經(jīng)D類功率放大器5后向?qū)拵Q能器7輸出交變的電功率信號(hào)，寬帶換能器7將電能轉(zhuǎn)換成聲能發(fā)射出去。如此反復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)序列直到達(dá)到所預(yù)定的波形數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度(聲波脈沖的寬度)，地址發(fā)生器2停止工作，控制器1命令D類功率放大器5進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。一次聲信號(hào)發(fā)送完成。到此，已完成用一個(gè)換能器同時(shí)向水或其它傳聲介質(zhì)中發(fā)射兩個(gè)頻率的聲波的目的。
由于所有的器件都是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以這里的供電電源9采用開(kāi)關(guān)電源，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源的效率比較高。供電電源向各個(gè)部件提供合適的電壓和電流。本系統(tǒng)共需要三種電壓24V，12V，5V。對(duì)電壓的穩(wěn)定度要求不高，一般誤差在10％以內(nèi)均可使用。
實(shí)施例2如圖4所示，該系統(tǒng)還包括一個(gè)與控制器1電連接的USB/RS232接口8；該系統(tǒng)可以通過(guò)USB/RS232接口8實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程設(shè)備的控制下工作，遠(yuǎn)程控制是在遠(yuǎn)程設(shè)備按照本系統(tǒng)提供的控制指令的控制下發(fā)射聲波，其他要求如實(shí)施例1所述。
權(quán)利要求
1.一種用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的系統(tǒng)，包括寬帶換能器(7)、控制器(1)、供電電源(9)、D類功率放大器(5)，其特征在于，還包括一個(gè)存儲(chǔ)有含兩個(gè)頻率的信號(hào)波形數(shù)據(jù)的波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器(3)、地址發(fā)生器(2)；所述控制器(1)協(xié)調(diào)各部件同步工作，控制發(fā)生的聲信號(hào)的脈寬、每秒重復(fù)次數(shù)，輸出控制指令給地址發(fā)生器(2)和D類功率放大器(5)；所述地址發(fā)生器(2)輸出數(shù)據(jù)地址給波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器(3)；所述波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起器(3)中的數(shù)據(jù)輸出到D類功率放大器(5)；所述D類功率放大器(5)與寬帶換能器(7)電連接，為該換能器提供足夠的電功率驅(qū)動(dòng)；寬帶換能器(7)將由D類功率放大器(5)提供的電功率轉(zhuǎn)換成聲功率并發(fā)射出去。
2.按權(quán)利要求1所述的用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)緩沖電路(4)，與D類功率放大器(5)電連接，用于向D類功率放大器(5)提供一定的功率驅(qū)動(dòng)。
3.按權(quán)利要求1所述的用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)(6)，與D類功率放大器(5)、寬帶換能器(7)電連接，用于D類功率放大器(5)和寬帶換能器(7)之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
4.按權(quán)利要求1所述的用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)與控制器1電連接的USB/RS232接口(8)，用于對(duì)該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。
5.按權(quán)利要求1所述的用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的系統(tǒng)，其特征在于，所述的波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器(3)是由非易失的存儲(chǔ)RAM組成，其存儲(chǔ)大小可以根據(jù)波形數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量來(lái)確定。
6.按權(quán)利要求1所述的用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的系統(tǒng)，其特征在于，所述的地址發(fā)生器(2)用常見(jiàn)的通用計(jì)數(shù)器電路組成。
7.按權(quán)利要求1所述的用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制器(1)為高速單片機(jī)或微控制器。
8.一種用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的方法，包括以下步驟1).將要發(fā)射的波形轉(zhuǎn)換成波形數(shù)據(jù)序列并存儲(chǔ)在波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器(3)中；2).雙頻聲信號(hào)的發(fā)射，按照步驟1)完成先期的準(zhǔn)備工作后，控制器(1)輸出控制指令給地址發(fā)生器(2)，該地址發(fā)生器接到指令后開(kāi)始從地址0向高地址開(kāi)始輸出地址碼給波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器(3)，地址碼的長(zhǎng)度一般在16-24位長(zhǎng)，其長(zhǎng)度可根據(jù)輸出聲信號(hào)的長(zhǎng)度來(lái)選定；對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，就有一個(gè)波形數(shù)據(jù)“0”或者“1”從波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表的數(shù)據(jù)線輸出；這個(gè)“0”或者“1”直接送到處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的D類功率放大器(5)，“1”使該功率放大器正向?qū)?，?”則使該功率放大器反向?qū)?，向?qū)拵Q能器(7)輸出交變的電功率信號(hào)，依此反復(fù)直到達(dá)到所預(yù)定的波形數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，地址發(fā)生器(2)停止工作，控制器(1)命令D類功率放大器(5)進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)，一次聲信號(hào)發(fā)送完成。
9.按權(quán)利要求8所述的用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的方法，其特征在于，在步驟1)中，所述的將要發(fā)射的波形轉(zhuǎn)換成波形數(shù)據(jù)序列并存儲(chǔ)在波形表存儲(chǔ)器(3)中，包括以下步驟a)選定波形數(shù)據(jù)表地址的更新頻率fa將要發(fā)射的原頻f0＝(f1+f2)/2作為占空比為1∶1的方波信號(hào)，地址發(fā)生器(2)的地址更新頻率為fa，所述的fa大于或等于兩倍的f0，而且fa應(yīng)該是f0的偶整數(shù)倍；b)形成數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)地址發(fā)生器(2)的地址更新頻率fa按照步驟a)選定之后，將波形轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)序列，該數(shù)據(jù)序列就是波形數(shù)據(jù)表中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；c)將形成的波形數(shù)據(jù)寫入到波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器(3)中在步驟b)的方法中建立的波形數(shù)據(jù)序列寫入波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器(3)，寫入的方法同一般的FlashRAM一樣。
10.按權(quán)利要求9所述的用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的方法，其特征在于，在步驟b)中，所述的將波形轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)序列的形成方法是先形成原頻數(shù)據(jù)，而后再形成差頻數(shù)據(jù)，再將原頻數(shù)據(jù)和差頻數(shù)據(jù)邏輯相與，形成波形數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)。
11.按權(quán)利要求9所述的用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的方法，其特征在于，在步驟b)中，所述的原頻數(shù)據(jù)的形成方法是在數(shù)據(jù)表中順序?qū)懭雗個(gè)“1”，n個(gè)“0”，n個(gè)“1”，n個(gè)“0”……，寫入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度依據(jù)發(fā)射聲波的長(zhǎng)度而定，其中n為fa與f0的比例數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用一個(gè)換能器同時(shí)發(fā)射二個(gè)不同頻率的聲音的聲源，包括寬帶換能器、控制器、供電電源、D類功率放大器，還包括一個(gè)存儲(chǔ)有含兩個(gè)頻率的信號(hào)波形數(shù)據(jù)的波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器、地址發(fā)生器；控制器協(xié)調(diào)各部件同步工作，控制發(fā)生的聲信號(hào)的脈寬、每秒重復(fù)次數(shù)，輸出控制指令給地址發(fā)生器和D類功率放大器；地址發(fā)生器輸出數(shù)據(jù)地址給波形數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器；波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)輸出到D類功率放大器；D類功率放大器與寬帶換能器電連接，為該換能器提供足夠的電功率驅(qū)動(dòng)；寬帶換能器將由D類功率放大器提供的電功率轉(zhuǎn)換成聲功率并發(fā)射出去。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗少、效率高的優(yōu)點(diǎn)，可用于參量陣聲納設(shè)備。
文檔編號(hào)G01S7/52GK1790480SQ20041009884
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者王潤(rùn)田, 華樂(lè)蓀 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所