АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГИДРОБИОНТОВ

Полезная модель относится к рыбной промышленности, а именно к имитаторам звуков рыб и может быть использована для создания искусственных концентраций рыб и других гидробионтов в заданном районе при их промысле или для их отпугивания от орудий лова или гидротехнических сооружений.
Известен имитатор звуков рыб «Сардина-2» [1], включающий источник сжатого воздуха, связанную с ним камеру аккумуляции сжатого воздуха, последовательно подсоединенные к камере насадку и излучающую головку с радиальным отверстием, закрытым эластичной манжетой, полости которых сообщены между собой и с полостью камеры посредством перепускных отверстий, а также механизм пуска воздуха, представляющий собой стакан с поршнем, подпружиненным с внутренней стороны. Стакан снабжен деформируемым цилиндром из эластичного материала, охватывающим насадку с наружной стороны, последняя имеет отверстия для пропуска воздуха под цилиндром, а механизм пуска воздуха смонтирован внутри насадки так, что его поршень перекрывает отверстие, сообщающее полость насадки с полостью камеры и изолирует эти полости до достижения в камере заданного давления воздуха. Имитатор может быть использован для совершенствования рациональных методов лова: ставным неводом, ярусный лов, кошельковый лов, а также на нерестилищах сельди и лососей для их привлечения.
В «Имитаторе звуков рыб «Лосось» [2], а также в «Имитаторе звуков рыб» [3] также применен пневматический способ формирования акустических сигналов, сходных с биологическими сигналами открытопузырных пелагических рыб таких, как лососи, сельди, сардины, и может быть использован для образования искусственных концентраций этих рыб на промысле.
Причинами, препятствующими достижению технического результата данных устройств, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что имитаторы формирует акустические сигналы только одного наперед заданного вида. Для формирования акустических сигналов с другими параметрами (спектр, уровень, временные характеристики) необходимо менять всю конструкцию имитатора, которая отличается сложностью. Имитаторы формируют акустические сигналы только в одной локальной области водной среды, что не позволяет перемещать гидробионты в заданном направлении, кроме того, они отличается малой универсальностью, так как не могут использоваться для отпугивания различных видов гидробионтов.
В «Имитаторе звуков рыб» [4], использующем пневматический способ формирования акустических сигналов, выполнена имитация перемещения звуков рыб в пространстве. Имитатор содержит источник сжатого воздуха, к выходу которого подключен блок управления. Гибкий трубопровод последовательно соединяет источник и излучатели акустических сигналов, объединенные в группы. Перед каждой группой излучателей, начиная со второй, установлен предельный обратный клапан и ресивер фиксировано большего объема, чем в предыдущей группе. Поочередное включение и отключение групп излучателей имитирует перемещение рыбных косяков и стимулирует направленное движение рыбы с дальних дистанций в зону действия орудия лова. При использовании имитатора создается возможность пространственного перемещения биошумового акустического поля, стимулирующего направленное движение рыбных косяков в зону облова. Путем имитации перемещения звуков рыб повышается дальность действия при неизменности привлекающего воздействия на рыб.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что имитатор формирует акустический сигнал только одного наперед заданного вида. Для формирования акустических сигналов с другими параметрами (спектр, уровень, временные характеристики) необходимо менять всю конструкцию имитатора, которая отличается сложностью, большими габаритами и малым удобством в эксплуатации. Имитатор отличается малой универсальностью, так как не может использоваться для отпугивания различных видов гидробионтов.
Пневматические имитаторы акустических сигналов [1-4] постепенно заменяются более совершенными - электронными. Таким имитатором является «Устройство для имитации звуков» [5], содержащее последовательно соединенные блок управления, генератор высокой частоты, усилитель и акустический преобразователь. Блок управления задает общую структуру и период повторения сигнала, генератор высокой частоты формирует радиоимпульсы, которые после усиления поступают на акустический преобразователь, излучающий в водную среду акустический сигнал, используемый для приманывания крабов.
В «Способе управления поведением морских животных и устройстве для его осуществления» [6] излучают в морскую среду амплитудно-модулированный сигнал, причем частоты - несущую и модуляционную выбирают с учетом получения адекватного поведения животных. Устройство используют для получения нужной поведенческой реакции морских животных, например отпугивание медуз от того или иного района моря.
Устройство, содержит блок управления, модулятор, генератор высокой частоты, усилитель, акустический преобразователь и обеспечивает имитацию акустического сигнала хищников для данного вида.
«Имитатор звуков рыб» [7] содержит блок управления, генератор высокой частоты, усилитель, согласующее устройство и акустический преобразователь. Выход блока управления соединен с входом генератора высокой частоты, подключенного через согласующее устройство и усилитель к акустическому преобразователю. Блок управления, обеспечивает заданный временной режим подачи сигнала. Имитатор звуков рыб позволяет генерировать звуки, воздействующие на рыб, и является акустической приманкой концентрирующей рыбу в районе расположения акустического преобразователя.
Причинами, препятствующими достижению технического результата данных устройств являются их ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что имитаторы формирует акустические сигналы простой формы с ограниченными спектральными характеристиками, распространяющиеся только в одной локальной области морской акватории, что не позволяет перемещать гидробионты, на которые выполняется воздействие в заданном направлении. Имитаторы могут использоваться только для приманывания или для отпугивания гидробионтов, то есть не обладают универсальностью.
Признаки, совпадающие с заявленным объектом: блок управления, генератор высокой частоты, усилитель и акустический преобразователь.
В имитаторе звуков рыб [8], имеющем наибольшее количество совпадающих признаков с заявляемым устройством, используют также электронный способ формирования акустических сигналов. Он содержит:
блок управления, синтезатор сигналов, усилитель и акустический преобразователь. Блок управления задает параметры электрического сигнала, формируемого в синтезаторе, поступающего после усиления на акустический преобразователь. Имитатор используют для концентрации гидробионтов в зоне лова.
Причинами, препятствующими достижению технического результата являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что имитатор не обеспечивает широкополосность спектра излучаемых акустических сигналов, характерных для большинства биологических сигналов рыб и других гидробионтов. Из-за резонансных свойств акустических преобразователей устройства, созданные на их основе, имеют малую эффективность, особенно в низкочастотной области спектра, соответствующей области слуха большинства промысловых рыб. Низкочастотный резонанс преобразователей может быть достигнут только при их больших габаритах, что затрудняет использование имитатора на промысле и, кроме того, предполагает его высокую стоимость и энергопотребление. Имитатор формирует акустический сигнал только в одной локальной области морской акватории, что не позволяет перемещать гидробионты в заданном направлении. Имитатор не может использоваться для отпугивания гидробионтов.
Признаки, совпадающие с заявленным объектом: блок управления, синтезатор сигналов, усилитель и акустический преобразователь.
Задачей данной полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей акустической системы для воздействия на гидробионтов, заключающихся в упрощении конструкции, повышении ее эффективности и универсальности, возможности перемещения в пространстве зоны генерации акустических сигналов.
Технический результат достигается тем, что в акустическую систему для воздействия на гидробионтов, содержащую последовательно соединенные блок управления, синтезатор сигналов, усилитель и акустический преобразователь, дополнительно введены соединенные с блоком управления блок сканирования и второй синтезатор сигналов, соединенный через второй усилитель со вторым акустическим преобразователем; акустические преобразователи соединены также с блоком сканирования, и ориентированы в пространстве так, что их диаграммы направленности пересекаются.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема устройства, на фиг.2 - схема расположения высокочастотных акустических сигналов в пространстве, на фиг.3 - спектры излученных высокочастотных акустических сигналов и сформированных в результате их взаимодействия - низкочастотных акустических сигналов.
Акустическая система для воздействия на гидробионтов содержит блок управления 1, выход которого соединен с блоком сканирования 2 и с последовательно соединенными синтезатором сигналов 3, усилителем 4 и акустическим преобразователем 5, а также с последовательно соединенными вторым синтезатором сигналов 6, вторым усилителем 7 и вторым акустическим преобразователем 8; акустические преобразователи 5 и 8 соединены также с блоком сканирования 2, и ориентированы в пространстве так, что их диаграммы направленности пересекаются.
U5
U6
U7
U5
U6
U5
U6
Блок управления 1 вырабатывает сигналы U1 и U2, поступающие на синтезаторы сигналов 3 и 6 и задающие параметры электрических сигналов U3 и U4, вырабатываемых синтезаторами. Сигналы U3 и U4 поступают на усилители 4 и 7, а затем на акустические преобразователи 5 и 8, излучающие в водную среду акустические сигналы U5 и U6, распространяющиеся в среде, как показано на фиг.2. Сигналы U5 и U6 имеют спектры S(f) и S(f), как показано на фиг.3. При одновременном распространении в участке водной среды обладающей нелинейностью упругих характеристик, двух акустических сигналов U5 и U6 происходит их взаимодействие и формирование акустических сигналов с комбинационными частотами [13]. Таким образом, спектр сигнала U7 - S(f). получаемого в среде после взаимодействия исходных сигналов U5 и U6, будет иметь наряду со спектральными составляющими исходных сигналов - S(f) и S(f) спектральные составляющие высших гармоник исходных сигналов, а также компоненты с суммарными и разностными комбинационными частотами [13], как показано на фиг.3. Частоты сигналов U5 и U6 выбирают выше наивысшей частоты реагирования гидробионтов на акустические сигналы. Тогда на гидробионты будут воздействовать только компоненты акустического сигнала U8 с разностными частотами S(f)R=|S(f)-S(f)|. Выбрав необходимые параметры сигналов U5 и U6, получаем заданные временные и частотные характеристики сигнала U8, который формируется в участке среды, где происходит взаимодействие исходных сигналов U5 и U6. Перемещая в пространстве с помощью блока сканирования 2 пучки высокочастотных акустических сигналов, излучаемых акустическими преобразователями 6 и 7, формируем зону взаимодействия этих сигналов, и соответственно источник низкочастотного сигнала U8, воздействующего на гидробионты, в заданном участке среды. Блок сканирования 2 управляется сигналами U9, поступающими с блока управления 1. Перемещение в пространстве пучков высокочастотных акустических сигналов U5 и U6 может осуществляться блоком сканирования механическим или электронным путем [14]. В качестве блока управления может служить персональный компьютер. Схемные реализации синтезаторов сигналов и усилителей подробно описаны в литературе, например [15]. Конструкции акустических преобразователей рассмотрены в работе [16]. Был разработан и изготовлен макет заявляемого устройства, который показал его практическую реализуемость для формирования акустических сигналов, как приманивания, так и отпугивания гидробионтов в заданном участке водной среды, а также возможность простого перемещения акустического сигнала воздействия в пространстве, что позволяет перемещать гидробионты в заданном направлении. Данное устройство позволяет формировать акустические низкочастотные сигналы с шириной спектра более 10 октав, что невозможно выполнить в имеющихся системах аналогичного назначения. Кроме того, возможно формирование многокомпонентных сложных акустических сигналов. Например, можно излучать акустический сигнал, содержащий одновременно компоненты приманивающие рыбу в район постановки сетей и компоненты, отпугивающие из этого района касаток и других млекопитающих.
Источники информации
1. Патент RU 1270918 «Имитатор звуков рыб «Сардина-2», МПК А01К 79/00, G10K 9/04, опубл. 10.09.1998.
2. Патент RU 1347210 «Имитатор звуков рыб «Лосось», МПК А01К 79/00, G10K 9/04, опубл. 10.09.1998.
3. Патент RU 2376758 «Имитатор звуков рыб», МПК А01К 79/00, опубл. 27.12.2009.
4. Патент RU 1575334 «Имитатор звуков рыб», МПК А01К 79/00, опубл. 10.09.1998
5. Патент RU 1217320 «Устройство для имитации звуков», МПК А01К 79/00, опубл. 15.03.1986.
6. Патент RU 2021721 «Способ управления поведением морских животных и устройство для его осуществления», МПК А01К 79/00, опубл. 30.10.1994.
7. Патент RU 2182765 «Имитатор звуков рыб», МПК А01К 79/00, опубл. 27.05.2002.
8. Патент US 5883858 «», МПК А01К 79/00, опубл. 1999
9. Патент СА 1334999 «Underwater Acoustic Animal Guidance System» МПК А01К 79/00, A01M 29.02, опубл. 28.03.1995.
10. Патент GB 1406828 «Signaling Apparatus for use in controlling the movement of pelagic fish», МПК А01К 79/00, опубл. 17.09.1975.
11. Патент US 20040010958 «Method and electronic acoustic fish attractor», МПК А01К 69/00, опубл. 22.01.2004.
12. Патент US 5046278 «Fish caller », МПК А01К 79/00, опубл. 10.09.1991.
13. Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. - Л.: Судостроение, 1989. - 256 с.
14. Самойлов Л.К. Электронное управление характеристиками направленности антенн. - Л.: Судостроение, 1987. - 280 с.
15. Проектирование радиопередатчиков. Под ред. В.В. Шахгильяна. - М.: Радио и связь, 2000. - 656 с.
16. Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. - Л.: Судостроение, 1980. - 232 с.