ES2339626B1

ES2339626B1 - Transductor ultrasonico perfeccionado.

Info

Publication number: ES2339626B1
Application number: ES200702908A
Authority: ES
Inventors: Francisco J. Ormaechea Zalbidea
Original assignee: Zunibal SL
Current assignee: Zunibal SL
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2010-12-03
Anticipated expiration: 2027-11-06
Also published as: ES2339626A1

Abstract

Transductor ultrasónico perfeccionado formado por un elemento principal cilíndrico consistente en dos piezas metálicas en forma de disco y una pieza cerámica colocada entre ellas, también en forma de disco, conectándose las piezas metálicas a una corriente eléctrica, de tal manera que la pieza cerámica situada entre ellas se polarice para que, al presionar el elemento cilíndrico mediante un tornillo que lo atraviesa y una tuerca, el conjunto de tres piezas entre en oscilación y emita una onda de ultrasonido a través de la cara plana libre de una de las piezas metálicas, influyendo la presión sometida al conjunto y el grosor de las tres piezas en el valor de la oscilación, estando el elemento cilíndrico protegido y aislado del exterior mediante una carcasa de material aislante, formada por un armazón y una tapa que actúa como ventana acústica.

Description

Transductor ultrasónico perfeccionado.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un transductor ultrasónico perfeccionado para un sistema de sonar activo que es capaz de emitir y recibir señales ultrasónicas.

\vskip1.000000\baselineskip

Antecedentes de la invención

Los sistemas de sonar activo utilizan haces estrechos de energía de sonido proyectados en las direcciones deseadas desde un vehículo marino, y reciben energía sónica, reflejada por un determinado objeto con el que choca, desde esas direcciones. Convencionalmente estos haces se producen haciendo vibrar discos piezoeléctricos con diámetros que son grandes comparados con la longitud de onda manejada. Cuando se utilizan haces múltiples, el conjunto del transductor se debe agrandar para acomodar la multiplicidad de los elementos necesarios.

Todo esto crea dificultades de instalación, particularmente en barcos pequeños, debido a su propia construcción, y a los soportes estructurales necesarios. Por ello es importante el desarrollo de transductores compactos y manejables que faciliten la instalación y mitiguen los costes.

\vskip1.000000\baselineskip

Descripción de la invención

El invento que se describe en la presente memoria da respuesta a los problemas anteriormente mencionados.

La base de este invento está formada por un elemento cilíndrico que consta de tres piezas en forma de disco. Dos de las piezas están hechas de metal, y la tercera pieza es de cerámica y va colocada entre las dos piezas metálicas. Este elemento cilíndrico es alimentado por una corriente eléctrica que se conecta a las piezas metálicas. La tensión producida será positiva en una de las piezas metálicas y será negativa en la otra pieza metálica, que será la que se oriente hacia el objeto a detectar dentro del agua. Esto hace que la pieza cerámica colocada entre las dos piezas metálicas se polarice, y sea negativa en el lado que toca la pieza metálica dirigida hacia el objeto a detectar y positiva en el lado que toca la otra pieza. Mediante un tornillo que atraviesa el eje central de las tres piezas y una tuerca, se comprime todo el elemento. Esta compresión hace que la pieza cerámica oscile y produzca una onda ultrasónica a una determinada frecuencia. El grosor, tanto de las piezas metálicas como de la pieza de cerámica, influye en la frecuencia de esa onda, pudiéndose obtener diferentes modos resonantes variando tanto el grosor como la presión ejercida.

El elemento cilíndrico, junto con el tornillo central que lo atraviesa, la tuerca, unas arandelas que van ajustadas entre las conexiones eléctricas y los cables de conexión, forman el sistema de transmisión y recepción de señal acústica.

El transductor se completa con una carcasa protectora que envuelve el conjunto y que funciona como un dispositivo de estanqueidad, aislante del entorno marino, protegiendo al elemento cilíndrico del medio que le rodea encerrando herméticamente el conjunto. Dentro de la carcasa y para mejorar el aislamiento, el elemento cilíndrico va recubierto de un producto aislante, rodeado después por una cámara de aire.

El montaje del transductor se realiza a una temperatura de trabajo determinada para optimizar el proceso.

La señal eléctrica se transmite al elemento cilíndrico mediante un cable protegido de tal manera que soporte fácilmente la presión hidrostática y proporcione buen aislamiento con respecto al ruido eléctrico.

El cambio entre la emisión de los haces de ondas ultrasónicas y la recepción del eco recibido se efectúa de forma automática mediante una fijación de escalas.

Como receptor, el transductor descrito es sensible a la frecuencia de trabajo e insensible a los ruidos del entorno.

\vskip1.000000\baselineskip

Breve descripción de los dibujos

Las características y ventajas de la invención se podrán ver más claramente a partir de la descripción detallada que sigue de una forma preferida de realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, con referencia a las figuras que se acompañan.

La figura 1 muestra la disposición de las diferentes piezas que forman el elemento principal y la carcasa de protección.

La figura 2 muestra el interior de la carcasa, así como la disposición de los elementos dentro de ella.

Descripción de una realización preferencial

Tal y como se ha indicado en lo que antecede, la descripción detallada de una realización preferencial de la invención va a ser llevada a cabo en lo que sigue con la ayuda de los dibujos anexos, a través de los cuales se utilizan las mismas referencias numéricas para designar las partes iguales o semejantes.

Las figuras 1A, 1B y 1C muestran el aspecto del elemento principal (1).

En la figura 1A se observan las tres piezas principales del transductor en forma de disco, siendo dos de ellas (7, 8) metálicas, hechas con acero F114. La tercera pieza (9) va situada entre las dos piezas metálicas (7, 8), está hecha de cerámica, y va pegada a dichas piezas metálicas (7, 8) con pegamento NURAL21.

La corriente eléctrica se transmite a las piezas metálicas (7,8) mediante dos cables, uno de ellos (11) conectado mediante una arandela (6) a una de las piezas metálicas (7) que hará de polo positivo y el otro (10) conectado mediante otra arandela (3) a la otra pieza metálica (8) que actuará como polo negativo. Esta última pieza (8) estará siempre dirigida hacia el objeto a detectar dentro del agua. El elemento principal (1) se completa con la pieza de cerámica (9) y el conjunto, como se muestra en la figura 1C, es atravesado en su centro por un tornillo metálico (12), al que va enroscada una tuerca (2) de acero inoxidable.

Una vez alimentado el elemento principal (1) por una corriente eléctrica, la carga será positiva en la pieza (7) situada en el extremo donde van las conexiones y será negativa en la pieza (8) que se orientará hacia el objeto a detectar. La pieza de cerámica (9) es ahora, debido al paso de la corriente, un elemento piezoeléctrico polarizado, cuya parte positiva es la que va pegada a la pieza (7) del extremo de las conexiones y cuya parte negativa es la que va pegada a la pieza (8) que apunta hacia la zona de enfoque de las ondas sonoras.

La tuerca (2) que va enroscada al tornillo metálico (12) se apretará para provocar una presión en las tres piezas del elemento principal (1), de tal manera que en un momento dado, el elemento principal (1) oscile y ello provoque una onda de ultrasonido de una determinada frecuencia. En el caso de esta realización preferencial se requerirá, para un valor de frecuencia determinado, una presión de 0,4 a 0,6 gr/cm^{2}. Para concretar el valor final de la frecuencia a la que se trabaja, se tendrá también en cuenta el grosor que tengan tanto las piezas metálicas (7, 8) como la pieza cerámica (9). Para este caso, se elegirá un grosor tal que, junto a la presión ejercida, permita obtener unas frecuencias de trabajo de 33, 75 o de 100 MHz. El conjunto se completa con una arandela metálica (4) y otra arandela de PVC (5) que favorecerá la presión creada al apretar la tuerca (2).

En la figura 1B puede observarse una perspectiva del elemento (1) en la que se muestra el aspecto cilíndrico del conjunto y el lugar por el que el tornillo (12) lo atraviesa.

Para el desarrollo de esta preferencia, en la construcción del transductor se utilizan dos elementos principales (1) que radiarán en fase.

La figura 1D muestra el aspecto de la carcasa protectora (13) en la que van instalados dos elementos principales (1). En dicha carcasa (13) se distingue uno de los lados completamente plano, que será la ventana acústica (14) e irá dirigida hacia el objeto o zona sobre la que se enfoca el haz de ondas sonoras, y que se considera como la parte frontal del sistema.

Las figuras 2A y 2B muestran los orificios situados en una de las partes de la carcasa protectora (13) por donde se introducen los dos elementos principales (1).

La figura 2C muestra la disposición de los elementos principales (1) dentro de la carcasa (13). También en esta figura se muestra el cable (15) por donde pasa la corriente eléctrica hacia los elementos principales (1). Dicho cable (15) lleva en su interior un tercer elemento en forma de malla metálica a modo de protección eléctrica similar a los cables apantallados utilizados en algunos tipos de conexión para la protección contra el ruido eléctrico.

Dentro de la carcasa protectora (13), los elementos principales (1) están rodeados de una capa de aire (17) que actúa como aislante, reforzando ese efecto de aislamiento mediante un recubrimiento de caucho nitrílico (16) de 2 mm. de espesor. Tanto la carcasa protectora (13) como la ventana acústica (14) estarán compuestas por poliuretano EPDM 55. Una vez introducidos los elementos principales (1) dentro de la carcasa (13), ésta se cierra con la ventana acústica (14) y después, se somete el conjunto a un proceso de vulcanizado para asegurar el hermetismo.

La temperatura a la que se monta todo el sistema, o temperatura de curado, será de 24ºC.

Debe entenderse que la invención ha sido descrita según una realización preferida de la misma, por lo que puede ser susceptible de modificaciones sin que ello suponga alteración alguna del fundamento de dicha invención, pudiendo afectar tales modificaciones a la forma, tamaño o materiales de fabricación.

Claims

1. Transductor ultrasónico perfeccionado caracterizado porque comprende al menos un elemento principal (1) consistente en un cilindro formado por dos piezas metálicas (7 y 8) en forma de disco y una pieza cerámica (9) colocada entre ellas también con forma de disco, llevando conectado un cable (11) mediante una arandela (6) a una de las piezas metálicas (7) a modo de borne positivo y otro cable (10) conectado mediante otra arandela (3) a la otra pieza metálica (8) a modo de borne negativo, atravesadas las tres piezas (7, 8 y 9) del elemento principal (1) por su eje mediante un tornillo (12) sujetado en su extremo por una tuerca (2), estando formado también el transductor por una carcasa (13) estanca, compuesta por un armazón y una ventana acústica (14), que lleva en su interior al menos un elemento principal (1) envuelto en una capa aislante (16), con una de las piezas en forma de disco (8) apoyada en la ventana acústica (14) y manteniéndose distanciadas las piezas en forma de disco (7, 9) de las paredes de la carcasa (13).