DK154388B - Lydboelgetransduktor - Google Patents

Description

DK 154388 B

Den foreliggende opfindelse angår en lydbølgetransduktor, som omfatter et følerelement, der er anbragt i et stift legeme, som er udstyret med mindst én lydbølgegennemtrængelig væg, hvor følerelementet har en første overflade, der er udsat for det i transduktorens omgivelser 5 herskende referencetryk via væggen, og en anden overflade beliggende ud for et indre hulrum i legemet, hvilken transduktor endvidere hår automatiske reguleringsorganer til at sætte det indre hulrum i forbindelse med omgivelserne eller med en trykmediumskilde, hvis tryk permanent er højere end omgivelsernes, alt eftersom trykket i hulrummet er hen-10 holdsvis højere eller lavere end det nævnte referencetryk, hvilke reguleringsorganer omfatter en del, som er forskydelig i det indre hulrum under indvirkning af forskellen mellem det tryk, der hersker i det indre hulrum, og som virker på den anden overflade af følerelementet, og det nævnte referencetryk.

15 Der kendes en lydbølgetransduktor af denne art fra beskrivelsen til USA patent nr. 3.235.835. Ifølge denne kendte teknik reguleres trykket i det indre hulrum ved at sætte dette i forbindelse med henholdsvis ydre omgivelser, nemlig gennem en første ventil, og med et kammer, som indeholder et gasovertryk, nemlig gennem en anden ventil, alt efter-20 som trykket i det indre hulrum er større eller lavere end referencetrykket. Den kendte lydbølgetransduktor indeholder endvidere en membran, som kan forskyde sig under påvirkningen af en trykforskel, og som er indrettet til at styre den første eller den anden ventil ved hjælp af styrestænger.

25 Lydbølgetransduktoren ifølge den foreliggende opfindelse er ken detegnet ved, at den nævnte forskydelige del sammen med det indre hulrums væg afgrænser flere kammerdele, som, når den nævnte trykforskel er mindre end en vis tærskelværdi, står i forbindelse henholdsvis med omgivelserne direkte, med trykmediumskilden, med den del af det 30 indre hulrum, der befinder sig ud for følerelementets anden overflade, og med omgivelserne via en ventil, som er indrettet til at åbnes til legemets yderside, samt at de nævnte kammerdele, når den nævnte trykfprskel er mindre end den nævnte tærskelværdi, er afspærret i forhold til hinanden, og ved at forskydningen af den nævnte forskydelige del 35 sætter det nævnte indre hulrum i forbindelse med omgivelserne gennem den nævnte ventil, når det nævnte indre tryk er større end det nævnte referencetryk, og når denne trykforskel er større end den nævnte **5· DK 154388Β 2 tærskelværdi, og med trykkilden, når det nævnte indre tryk er lavere end det nævnte referencetryk, og når denne trykforskel er større end tærskelværdien. Herved opnås der en i forhold til nævnte amerikanske patentskrift simplere udformning af bølgetransduktoren og en mere påli-5 delig virkemåde, idet reguleringen af trykket i det indre hulrum tilvejebringes alene i kraft af den nævnte bevægelige dels bevægelse og en enkelt ventil, og den. tærskelværdi, ved hvilken den bevægelige del bevæges, kan let fastlægges inden for snævre tolerancer, nemlig ved tilpasning af den kraft, der skal til for at bevæge den bevægelige 10 del, hvorved også tærskelværdien kan indstilles indenfor snævre grænser. Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser .et tværsnit af en lydbølgetransduktor ifølge opfindelsen, 15 fig. 2 skematisk i snit reguleringsorganerne i balance, når trykfor skellen, der udøves på den forskydelige del, er praktisk taget nul, fig. 3 skematisk i snit reguleringsorganerne, når trykket, der udøves mod den forskydelige del fra omgivelserne, er større end tryk-20 ket, der hersker i den del af hulrummet, som står i forbindelse med følerelementets anden overflade, fig. 4 skematisk i snit reguleringsorganerne, når trykket, der udøves mod den forskydelige del af omgivelserne, er mindre end trykket, der hersker i den del af hulrummet, som står i forbindelse med 25 følerelementets anden overflade, og fig. 5 skematisk i snit en detalje af reguleringsorganerne i det tilfælde, hvor trykmediumskilden befinder sig uden for lydbølgetransduktorens legeme.

Som vist i fig. 1 omfatter transduktoren et langstrakt stift legeme 1, 30 som er forsynet med et centralt anbragt, praktisk taget cylindrisk hulrum. Dette hulrum omfatter et første kammer 3, der udmunder ved en af legemet l's endevægge 2, og som indvendigt er forlænget med et andet kammer 4 af mindre diameter end det første 3. Det andet kammer 4 står i forbindelse med en snæver kanal 5, som udmunder ved legemet l's anden endevæg 6.

35 Et ringformet hulrum 7 er indrettet i endevæggen 6 og afgrænser et cylindrisk bryst 8, hvis ende omfatter en ansats, som bærer en følerenhed. Sidst-

DK 154388 B

3 nævnte omfatter en første elektrode 10, der udgøres f.eks. af en cirkulær, tynd og elastisk eftergivelig plade 11, som er forsynet med en ringformet krave 12, hvis indvendige diameter er tæt ved brystet 8's ansatsdiameter. En pakning 13 sikrer tæthed, når den første elektrode 5 10 er trykket fast på brystet 8's ansats. Mellemrummet mellem pladen 11 og brystet 8 står i forbindelse med kanalen 5. Et følerelement 14, som f.eks. består af en skive, fremstillet af et piezoelektrisk materiale, er fastgjort til pladen 11 f.eks. ved klæbning. Den modsatte overflade af følerelementet er fastgjort til en anden elektrode 15, der f.eks. udgøres 10 af et udfældet metal. To ledningsterminaler 16 og 17 er indsat i radialt forløbende udsparinger i legemet 1 nær ved endevæggen 6 og passerer gennem det ringformede hulrum 7. Pakninger 18,19 er anbragt i udsparinger omkring terminalerne 16,17 til sikring af tæthed mellem det ringformede hulrum 7 og legemet l's omgivelser.

15 De to elektroder 10, 15 på følerelementet 14 er forbundet med elek triske ledere 20 og 21 henholdsvis til terminalen 16 og 17 i det indre af det ringformede hulrum. De vandtætte konnektorer og de ikke viste kabler sikrer den elektriske forbindelse mellem ledningsterminalerne 16,17 og et brugsinstrument. Højden af sidevæggen for det ringformede hulrum 7 20 er større end højden af det cylindriske bryst 8.

En membran 22, som f.eks. er fremstillet af kautsjuk, lukker det ringformede hulrum 7. Membranen holdes tætsluttende på plads af en fastgørelsesring 23, som er anbragt på legemet l's ydervæg. Kammeret, der udgøres af det ringformede hulrum, og som er lukket af den 25 første elektrode 10 og membranen 22, er fyldt med inkompressibel olie, som tillader at overføre variationerne i omgivelsernes tryk til følerelementet. I det indre af det andet kammer 4 er anbragt en cylindrisk del eller glider 24 af en smule mindre diameter end kammerets.

En gevindskåret prop 25 adskiller tætsluttende det første kammer 3 30 fra det andet kammer 4. Mellem den gevindskårne prop 25 og den ene ende af glideren 24 samt mellem den af hulrummets vægge, som er gennembrudt af kanalen 5, og den anden ende af glideren 24 er anbragt en afbaiance-ringsfjeder 26, henholdsvis 27, til at holde glideren 24 i en vis afbalanceringsstilling. Fire tætninger 28, 29, 30 og 31, som er fastholdt på glide-35 ren 24 og anbragt mellem denne og det andet kammers indervæg, opdeler 4

DK 154388 B

kammeret i fem kammerdele. Den ene af disse, som er begrænset af tætningen 28 og rummer fjederen 26, er til stadighed via en kanal 40 åben til legemet 1's omgivelser. Ved den anden ende af hulrummet eller kammeret 4 afgrænser tætningen 31 en anden kammerdel, der indeholder 5 fjederen 27, og i hvilket kanalen 5 udmunder. Når trykforskellen ΔΡ mel lem det tryk, der udøves af omgivelserne, og det tryk, der hersker i den anden kammerdel, er praktisk taget nui eller ikke overskrider en forud fastlagt værdi, står den tredie kammerdel, der afgrænses af tætningerne 28 og 29, via en kanal 32 i forbindelse med det første kammer 3, som 10 er afspærret til omgivelserne af en gevindskåret prop 33. Denne prop er gennembrudt af en tilførselskanal 34, der tillader i det første kammer at indføre et trykmedium, hvis tryk er højere end det maksimale tryk, som kan herske i omgivelserne, i det dybdeområde, hvori opfindelsen påtænkes anvendt.

15 På samme måde er en fjerde kammerdel, der er afgrænset af tætninger ne 29 og 30, via en kanal 35 forbundet med den anden kammerdel, og de to tætninger 30 og 31 afgrænser en femte kammerdel, der er indrettet til at blive forbundet med legemets omgivelser via en kanal 36.

En kontraventil 37 er anbragt i kanalen 36. Denne kontraventil 20 kan kun åbnes, når forskellen mellem det indre og det ydre tryk er positiv.

Det er eksperimentelt blevet konstateret, at følsomheden for den i apparatet ifølge opfindelsen anvendte følerenhed bliver ret god, når trykforskellen mellem de to overflader på bæreelektroden 10 varierer i et 25 interval på 10 bar omkring balancetrykket.

Den store tolerance for enheden, der er følsom for trykforskelle, tillader at indstille apparatet alene med henblik på de over en vis tærskelværdi værende trykvariationer, som giver anledning til korrektioner af trykket.

30 Man undgår således de stadige korrektioner og de deraf følgende pulsationer, når omgivelsernes tryk udsættes for variationer eller fluktuationer.

Tærskelværdien for trykvariationer bestemmes eksperimentelt ved at variere friktionsmodstandene for de på glideren fæstnede tætnin-35 ger mod det første kammers indervæg. Glideren kan kun forskydes, når den til trykforskellen Δ P svarende kraft er større end friktionskræfterne. Indstillingen er sket med henblik på, at kun en forskel ΔΡ på flere bar forskyder glideren.

DK 154388B

5 Når trykforskellen ΔΡ er mindre end tærskelværdien, befinder glideren sig i den i fig. 2 viste ligevægtsstilling. Hvis det i omgivelserne herskende tryk øges, og trykforskellén ΔΡ1 overskrider tærskelværdien, forskydes glideren, som vist i fig. 3, i retning mod den endevæg i hulrummet; som 5 står i forbindelse med kanalen 5 under sammentrykning af fjederen 27.

Positionen for tætningen 29 og længden af kanalen 35 er valgt således, at den anden og den tredie kammerdel derved bliver forbundet. Bagsiden af bæreelektroden på føterelementet står nu i forbindelse med det første kammer 3, der indeholder trykmediet. Trykket udøves mod den bageste overflade 10 og trykker glideren til den afbalanceringsstilling, der svarer til en værdi for ΔΡ, som er lavere end tærskelværdien.

Hvis derimod det i omgivelserne herskende tryk falder, indtil trykforskellen ΔΡ2 i modsat retning passerer tærskelværdien, forskydes glideren mod gevindproppen 25 under sammentrykning af fjederen 26.

15 Aflastningskanalen 36 er anbragt således, at den derved kommer i for bindelse med den anden kammerdel, hvor kanalen 5 udmunder. Når trykket i denne anden kammerdel er større end omgivelsernes, åbner kontra venti len 36, og trykmediet strømmer ud til omgivelserne, indtil gliderens bevægelse har ført den fjerde kammerdel, der er afgrænset af tætningerne 29 og 30, 20 hen foran kanalen 36.

Når apparatet neddykkes successivt i et vandområde, passerer det flere trykniveauer, hvor trykforskellen overskrider tærskelværdien, og bliver hurtigt omstillet til en værdi, der giver følerelementet en tilfredsstillende funktion. Det samme er tilfældet, når apparatet successivt føres 25 op til vandområdets overflade.

I det omtalte udførelseseksempel står kanalen 32 i forbindelse med hulrummets første kammer 3, som er fyldt med trykmedium. I fig. 5 er vist en anden udførelsesform for opfindelsen.

I denne anden udførelsesform omfatter det indre hulrum kun et 30 enkelt kammer 4, som er lukket af en gevindskåret, med tætningsmidler forsynet prop 25.

Kanalen 32 er forbundet via en vandtæt forbindelsesdel 38, som er vist skematisk, til en ledning 39, der står i forbindelse med en ikke vist trykmediumbeholder. Denne beholder er anbragt ved vandoverfladen, når 35 apparatet ifølge opfindelsen anvendes som hydrofon.

Claims (8)

1. Lydbølgetransduktor, som omfatter et følerelement (14), der er anbragt i et stift legeme (1), som er udstyret med mindst én lyd-bølgegennemtrængelig væg (22), hvor følerelementet (14) har en første 5 overflade (15), der er udsat for det i transduktorens omgivelser herskende referencetryk via væggen (22), og en anden overflade (10) beliggende ud for et indre hulrum i legemet (1), hvilken transduktor endvidere har automatiske reguleringsorganer (24,26,27,37) til at sætte det indre hulrum i forbindelse med omgivelserne eller med en trykmediumskilde 10 (3;38), hvis tryk permanent er højere end omgivelsernes, alt eftersom trykket i hulrummet er henholdsvis højere eller lavere end det nævnte referencetryk, hvilke reguleringsorganer omfatter en del (24), som er forskydelig i det indre hulrum under indvirkning af forskellen mellem det tryk, der hersker i det indre hulrum, og som virker på 15 den anden overflade af følerelementeL og det nævnte referencetryk, kendetegnet veci, at den nævnte forskydelige del (24) sammen med det indre hulrums væg afgrænser flere kammerdele, som, når den nævnte trykforskel er mindre end en vis tærskelværdi, står i forbindelse henholdsvis med omgivelserne direkte, med trykmediumskil-20 den (3; 38), med den del af det indre hulrum, der befinder sig ud for følerelementets (14) anden overflade (10), og med omgivelserne via en ventil (37), som er indrettet til at åbnes til legemets (1) yderside, samt at de nævnte kammerdele, når den nævnte trykforskel er mindre end den nævnte tærskelværdi, er afspærret i forhold til hinanden, og ved 25 at forskydningen af den nævnte forskydelige del (24) sætter det nævnte indre hulrum i forbindelse med omgivelserne gennem den nævnte ventil (37), når det nævnte indre tryk er større end det nævnte referencetryk, og når denne trykforskel er større end den nævnte tærskelværdi, og med trykkilden (3; 38), når det nævnte indre tryk er lavere end det 30 nævnte referencetryk, og når denne trykforskel er større end tærskelværdien.

2. Lydbølgetransduktor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det indre hulrum er praktisk taget cylindrisk, at den forskydelige del (24) er cylindrisk med mindre diameter end hulrummet, og at 33 det ringformede mellemrum mellem hulrummets væg og den forskydelige del (24) er opdelt af tætninger (28-31), som er fæstnet på den OK 154388 B forskydelige del (24), og som afgrænser de nævnte kamme ndele på praktisk taget tæt måde.

3. Lydbølgetransduktor afølge krav 2, kendetegnet ved, at fjedre (26,27) er anbragt imellem den forskydelige dels -(24) ender 5 og det indre hulrums endevægge, og at friktionskoefficienten for tæt ningerne (28-31) er valgt således, at den mindste trykforskel, som er i stand til at forskyde det forskydelige element, er lig med eden nævnte tærskelværdi.

4. Lydbølgetransduktor ifølge krav 1, kendetegnet ved, 10 at det indre hulrum omfatter et første kammer (4), der rummer de automatiske reguleringsorganer, og et andet kammer (3)* som er fyldt med et trykmedium, hvis tryk til stadighed er højere end omgivelsernes, og som udgør den nævnte trykmediumskilde.

5. Lydbølgetransduktor ifølge krav 1, kendetegnet ved, 15 at det indre hulrum omfatter et enkelt kammer (4), der rummer regule ringsorganerne, og at den under overtryk stående trykmediumskilde befinder sig uden for det stive legeme (1).

6. Lydbølgetransduktor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at følerelementet (14) omfatter en af et piezoelektrisk materiale 20 fremstillet skive, der er forbundet med to elektroder, hvoraf den ene (10) omfatter en eftergivelig plade, der er forsynet med en stiv krave (12), som ligger an mod en væg på det stive legeme (1).

7. Lydbølgetransduktor ifølge krav 6, kendetegnet ved, at den væg, mod hvilken pladens krave (12) ligger an, er en væg i et 25 andet hulrum (7), som er indrettet i det stive legemes (1) endedel og er lukket af den lydbølgegénnemtrængelige væg (22), at det andet hulrum (7) er påfyldt en inkompressibel væske, og at den anden af følerelementets (14) overflader (10) er udsat for det tryk, der hersker i det stive legemes (1) indre hulrum via en snæver kanal (S).

8. Lydbølgetransduktor ifølge krav 7, kendetegnet ved, at følerelementets (14) elektroder er ført ud af det andet .'hulrums (7) indre via ledningsterminaler (16,17), som forløber gennem det andet hulrums (7) sidevæg.

9. Lydbølgetransduktor ifølge krav 1, kendetegnet ved, 35 at trykmediumskilden (3), hvis tryk er højere end omgivéteernes, er be liggende inde i det stive legeme (1).

10. Lydbølgetransduktor ifølge krav 1, kendetegnet ved,

8 DK 154388B at trykmediumskilden ,hvis tryk er højere end omgivelsernes, er anbragt uden for det stive legeme.