ES2349569T3 - Transductor piezoeléctrico laminado. - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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Abstract
Transductor acústico subacuático (10) que comprende: un elemento acústico activo (14) de tipo laminado, impermeable al agua y sellado, para transmitir señales de sonido y eléctricas; un elemento de cuerpo envolvente frontal y posterior (24) dispuesto a cada lado del elemento acústico activo (14), definiendo una correspondiente cámara acústica frontal y posterior a cada lado del elemento acústico activo (14), definiendo cada elemento de cuerpo envolvente (24) una abertura pasante correspondiente (30) para proporcionar la inundación libre de las cámaras acústicas; caracterizado porque dichas correspondientes aberturas (30) tienen un diámetro y grosor predeterminados para proporcionar el ajuste de la correspondiente cámara acústica, y porque se dispone una tapa posterior (38) en el elemento de cuerpo envolvente posterior (24) y define una abertura correspondiente pasante (40) de un diámetro y grosor predeterminados para proporcionar el ajuste adicional de la cámara acústica posterior correspondiente manteniendo al mismo tiempo la característica de capacidad de inundación libre de la cámara acústica posterior.
Description
La presente invención se refiere a un transductor acústico subacuático de acuerdo con la parte introductoria de la reivindicación 1.
En la técnica anterior, los transductores acústicos subacuáticos están típicamente encapsulados utilizando compuestos envolventes (“potting”) tales como una resina de siliconas o de uretano. Esto requiere de equipos e instalaciones especiales para dicha operación de “potting”. Otros micrófonos anteriormente conocidos para submarinistas utilizan unas bolsas llenas de aire para envolver el micrófono. La bolsa se aplasta con la profundidad, compensando a presión el micrófono, pero eventualmente cesa la compensación porque el aire de la bolsa es comprimido a un volumen menor que el del micrófono. Cuando el aire de dentro de la bolsa es comprimido hasta este punto el micrófono deja de funcionar.
Además, los transductores acústicos subacuáticos de la técnica anterior de diseño dotado de envolvente de resina (“potting”) o fijados en su diseño con una bolsa de aire, tienen rendimientos acústicos fijados por sus diseñadores y no hay medios fáciles de ajustarlos a las características acústicas específicas de la mascarilla, casco u otros elementos acoplados en la cabeza con los que se combinan y que pueden alterar su rendimiento acústico.
Se conoce por el documento US3.909.529 un micrófono sumergible para submarinistas de acuerdo con la parte introductoria de la reivindicación 1. Placas de cubierta separadas, dotadas de múltiples aberturas, quedan dispuestas a ambos lados de un diafragma de kapton, permitiendo dicha separación el drenaje en el caso de que el micrófono quede inundado. No se prevé ajuste específico, permitiendo la adaptación a cualquier máscara facial, casco
o soporte de cabeza con el que se combine el micrófono.
Otro micrófono con capacidad de drenaje para submarinistas es conocido por el documento US 5.812.496. Del documento GB 1546521 se conoce un transductor
- subacuático,
- en particular un transductor para recibir
- ondas
- acústicas debajo del agua en una dirección
- determinada.
- Un
- objetivo de la presente invención consiste en
mejorar el transductor acústico subacuático de acuerdo con la parte introductoria de la reivindicación 1, por el hecho de que es fácil y económico de fabricar, pero que no tiene limitaciones de profundidad en su funcionamiento y que puede ser ajustado para conseguir un rendimiento óptimo en cualquier máscara facial, casco u otro soporte de cabeza con el que esté combinado.
Este objetivo se consigue mediante las características de la parte caracterizante de la reivindicación 1.
La invención se ha mostrado como transductor acústico subacuático que comprende un elemento acústico activo impermeable al agua, laminado y sellado, para transmitir
señales sonoras y eléctricas; un cuerpo envolvente frontal
- y
- posterior dispuesto a cada lado del elemento acústico
- activo
- para definir una correspon diente cámara acústica
- frontal
- y posterior a cada lado del elemento acústico
activo, definiendo cada elemento de cuerpo envolvente una correspondiente abertura pasante de un diámetro y grosor predeterminados para proporcionar el ajuste de la cámara acústica correspondiente y proporcionar cámaras acústicas que se pueden inundar libremente; y una capa posterior dispuesta en el cuerpo envolvente posterior y que define una correspondiente abertura pasante de un diámetro y grosor predeterminados para proporcionar un ajuste adicional de la correspondiente cámara acústica posterior, manteniendo simultáneamente la característica de inundación libre de dicha cámara acústica posterior.
Si bien el aparato ha sido o será descrito a efectos de claridad gramatical con explicaciones funcionales, se comprenderá expresamente que las reivindicaciones no se deben considerar como necesariamente limitadas en modo alguno por las limitaciones de las construcciones de “medios” o “etapas”, sino que tienen que recibir todo el ámbito del significado y equivalentes de la definición facilitada por las reivindicaciones de acuerdo con la doctrina judicial de los equivalentes. La invención se puede comprender mejor haciendo referencia a continuación a los dibujos siguientes, en los que los elementos iguales se han indicado por los mismos numerales.
Breve descripción de los dibujos La figura 1 es una vista en perspectiva con las piezas
desmontadas del conjunto “supermic” de la invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva con las piezas desmontadas del conjunto de micrófono “supermic” de la figura 1 montado con las arandelas de goma utilizadas para el ajuste acústico y para su montaje.
La figura 3 es una vista en perspectiva montada del conjunto “supermic” y arandelas de goma de la figura 2 mostrando una modificación en las arandelas para recibir los conductores del conjunto “supermic”.
La figura 4 es una vista en perspectiva montada del conjunto “supermic” y arandelas de goma de la figura 3 mostrando la incorporación de los conductores en el conjunto del supermic y el acoplamiento por “potting” de su conexión al elemento activo.
La figura 5 es una vista en perspectiva con las piezas desmontadas del conjunto “supermic” y arandelas de goma de la figura 6 mostrando el cierre del conjunto mediante una tapa en forma de disco.
La figura 6 es una vista en perspectiva de la cara posterior del conjunto “supermic” dotado de recubrimiento y de las arandelas de goma de la figura 5, mostrando el refuerzo del conjunto con alambre de níquel.
La figura 7 es una vista en planta del lado posterior del conjunto “supermic” con recubrimiento de la figura 6.
La figura 8 es una vista en perspectiva de la cara posterior del conjunto “supermic” completamente montado con la cara frontal de dicho conjunto “supermic” completamente montado en la cara opuesta y dispuesta hacia abajo, no visible.
La invención y las varias realizaciones de la misma se podrán comprender mejor haciendo referencia a la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferentes que tiene carácter ilustrativo de la invención, tal como se define en las reivindicaciones. Se debe comprender de manera expresa que la invención tal como se ha definido por las reivindicaciones, puede ser más amplia que las realizaciones mostradas que se describen más adelante.
Descripción detallada de las realizaciones preferentes
La invención consiste en un conjunto de transductor
(10) diseñado para su fácil fabricación y para su funcionamiento resistente al agua y a la presión. Este conjunto de transductor (10) puede ser utilizado en un transductor acústico para su utilización como micrófono de submarinista, hidrófobo o altavoz subacuático. El conjunto del transductor 10 es fabricado con facilidad utilizando discos impermeables, laminados (12) tal como se ha mostrado por la secuencia de dibujos de las figuras 1-8. Tal como se ha mostrado en la vista con las piezas desmontadas de la figura 1, el elemento piezoeléctrico activo (14) está comprendido en forma de sándwich o laminado entre dos discos de Lexan® de 0,005 pulgadas (12) que tienen una capa adhesiva autoadhesiva (16) impermeable al agua en una cara. Otros plásticos o materiales de características semejantes podían sustituir el Lexan que es una marca de General Electric Co. Además, otros tipos de elementos activos pueden sustituir el elemento piezoeléctrico (14). Los detalles de la construcción o naturaleza del elemento (14)
no son importantes para la invención. Cualquier transductor
de señales acústico a eléctrico no conocido actualmente o diseñado más adelante podrá ser utilizado. Además, si bien la invención se describe a continuación aplicada al micrófono, se tiene que comprender expresamente que lo inverso podría ser cierto, es decir, que el elemento piezoeléctrico (14) podría quedar dispuesto y configurado de acuerdo con principios bien conocidos para funcionar como micrófono auditivo o altavoz que se acopla acústicamente al aire o al agua.
Las ranuras (18) de la periferia de los discos (12) proporcionan acceso o espacio para conectar los conductores
(20) que están conectados al elemento activo (14). Estas ranuras (18) son a continuación cerradas de forma estanca utilizando un adhesivo de uretano adecuado (22) tal como se ha mostrado en la vista en perspectiva de la figura 4.
El montaje de los elementos (12, 14, 16, 20) indicados en la vista en perspectiva de la figura 2 en su conjunto por el numeral (26) y designados como “etiqueta supermic” (26), está montado en un cuerpo envolvente de goma (24) formado por anillos que parecen en su forma arandelas de goma. Dos de las arandelas (24) están fijadas en la etiqueta supermic (26) utilizando un adhesivo adecuado. Por ejemplo, un adhesivo de uretano de utilización general tal como adhesivo Kalex Tuff que es marca de Hardman Inc. of Belleville, New Jersey, que muestra excelentes características de unión tanto a goma de policoloropreno
como al Lexan®. Uno o más discos adicionales en forma de arandela (no mostrados), de cualquier material apropiado tal como goma, poliuretano, neopreno o similar pueden ser fijados a las partes frontal, posterior o ambas de las arandelas (24) para objetivos de adecuación acústica. Las arandelas adicionales pueden tener grosores variables y diámetros internos de acuerdo con la adecuación acústica requerida, que se determina empíricamente por el diseño específico de la mascarilla facial en la que se monta el conjunto (10) utilizando un analizador de espectro de frecuencia acústica. Las características acústicas de cada diseño de mascarilla facial serán diferentes del diseño. De este modo, el diámetro interno de dos arandelas (24) puede ser idéntico o distinto dependiendo de la adecuación sonora que se describe más adelante. A continuación la referencia
- a
- una arandela única (24) se deberá comprender que
- significa
- la incursión de una o en su conjunto de la
- totalidad
- de arandelas (24) utilizadas. Además se debe
- comprender
- que siempre que se utilicen los términos,
mascarilla facial, casco de inmersión, mascarillas frontales y otros dispositivos acoplables a la cabeza a efectos de inmersión se deberá comprender que están incluidos dentro del ámbito de la invención.
Un elemento alargado o elemento filar (32) de Kalex Tuff u otro adhesivo es aplicado al borde periférico de la etiqueta supermic (26) tal como se ha mostrado en la figura
2. Las arandelas (24) son prensadas en la parte frontal y en la parte posterior de la etiqueta supermic (26) con conductores (20) que atraviesan el diámetro interno de la arandela adyacente (24). Los cortes estrechos o ranuras
(34) son realizados en la arandela adyacente (24) a una
profundidad que permita la inserción completa de los
conductores (20) en su interior tal como se ha mostrado en la figura (3), siendo colocado un conductor (20) en la ranura correspondiente (34). Los conductores (20) son colocados a continuación dentro de la ranura (34) y la ranura (18) y como mínimo los extremos internos de la ranura (34) son sellados o enmasillados (“potted”) con adhesivo (22) tal como se ha mostrado en la figura 4.
Un elemento largado o elemento filar (36) de adhesivo es colocado sobre la periferia de una de las arandelas (24) que está definida como arandela posterior (24) con la arandela opuesta (24) definida como arandela frontal (24) y una arandela posterior de goma (38) con un diámetro interno a través del orificio o “abertura” (40) es colocado sobre el elemento alargado (36) tal como se muestra en la figura
5. Si bien es preferente y así se ha mostrado una abertura pasante (40), también se encuentra dentro del ámbito de la
- invención
- que en algunas aplicaciones el orificio o
- abertura
- (40) puede ser un orificio ciego con una
- superficie
- de fondo delgada y membranosa. La arandela
- posterior
- (38) tiene un diámetro externo mayor que la
- abertura
- (30) definida por el diámetro interno de las
arandelas (24) y por lo tanto proporciona una tapa perforada para un lado del conjunto transductor (10). La cara frontal opuesta del conjunto transductor (10) queda preferentemente abierta pero en algunas aplicaciones puede quedar dotada de una tapa perforada o completamente cubierta por la superficie membranosa o porosa según sea deseable para la aplicación específica.
Los conductores (20) están torcidos conjuntamente en forma de par, para minimizar la captación de interferencias y el alambre de níquel (28) u otro tipo de refuerzo es dispuesto paralelamente a los conductores (20) y alrededor de las arandelas (24) en el espacio intermedio entre dichas arandelas (24), que queda definido por la disposición de un diámetro externo ligeramente mayor para las arandelas (24) que para la etiqueta supermic (26). El alambre de níquel
- (28)
- forma por lo tanto un refuerzo envolvente dispuesto por completo alrededor de la etiqueta supermic (26) y las arandelas (24) y es retirado del conjunto (10) paralelamente a los conductores (20) para una longitud predeterminada tal como se ha mostrado en la figura 6. La disposición se ha mostrado también en la vista en planta superior de la figura 7. Los alambres (28) permiten por lo tanto que el conjunto (10) sea posicionado en la mascarilla facial al doblar los alambres (28) de la forma necesaria.
El tubo para retracción térmica (42) es dispuesto a continuación de forma telescópica sobre los alambres (28) y los conductores (20) tal como se ha mostrado en la figura 8 y se aplica aire caliente para la retracción del tubo (42) íntimamente sobre los conductores (20) y alambres (28). El conjunto transductor (10) queda por lo tanto completo y listo para su montaje de manera convencional en una mascarilla facial, lo que se logra por la fijación de los alambres (28) en el soporte de montaje u otro medio de fijación de tipo mecánico y doblando los alambres (28) para posicionar la superficie frontal del conjunto transductor
- (10)
- en una posición libre y estable dentro de la
-10-
mascarilla facial en las proximidades o tocando ligeramente los labios del submarinista. De manera similar, cuando se utiliza como auricular, los alambres (28) son fijados mecánicamente a la mascarilla facial o a sus cintas y los alambres (20) se doblan para colocar la superficie frontal del conjunto transductor (10) en una posición próxima al oído del submarinista o penetrando justamente en el mismo.
Una característica nueva de este conjunto transductor
- (10)
- es la facilidad específica con la que puede ser ajustado acústicamente. Esta es una importante ventaja. Por ejemplo, en una mascarilla facial completa para submarinista hay otras características acústicas que afectan la respuesta acústica de cualquier micrófono montado sobre la mascarilla o dentro de la misma. Al ajustar las dimensiones de la abertura (30) o diámetro interno de la arandela (24), el micrófono instalado resultante puede ser configurado para mostrar una respuesta que suprime el efecto amortiguado que es resultado del efecto acústico de Helmholtz de la mascarilla. Habitualmente el efecto acústico de Helmholtz provoca una respuesta creciente del micrófono al desplazarse las secuencias hacia 0 Hz o a niveles de CC. Para contrarrestar el efecto acústico de Helmholtz el conjunto transductor
- (10)
- cuando se utiliza como micrófono es “dotado” de aberturas o construido con arandelas (24) con grosores y diámetros internos (30) seleccionados tal como se muestra en las figuras 1-8 de manera que su respuesta acústica es exactamente opuesta a la de la cavidad de la mascarilla
facial. Dado que no todas las mascarillas faciales son
-11-
iguales, existe una necesidad de ajustar la respuesta acústica del micrófono de manera tal que suprima los picos acústicos de la máscara y los valles. Si se requiere una respuesta de frecuencia mayor y creciente, se pueden aplicar aberturas adicionales a la parte frontal del conjunto transductor (10).
El alambre de níquel (28) es utilizado en el conjunto transductor (10) como medio de refuerzo y para permitir el posicionado del conjunto transductor (10). No es sensible a la corrosión y además el flexible, permitiendo que el usuario coloque el conjunto transductor (10) si se utiliza como micrófono cerca de los labios del submarinista cuando se utiliza como micrófono o de los oídos cuando se utiliza como auricular.
Cuando se utiliza como micrófono el conjunto transductor (10) muestra un elevado grado de supresión de ruido a causa de sus características de gradiente. El grado de supresión es controlado por las dimensiones de la abertura (30) definida por el diámetro interno de las arandelas (24) aplicadas a la parte frontal, posterior o ambas (en caso de ser utilizadas) de la etiqueta supermic (26). Si la trayectoria acústica a la etiqueta supermic
(26) se hace más larga en la parte posterior de la etiqueta supermic (26) que en la parte frontal dado que la abertura posterior (30) tiene una mayor longitud, la energía acústica en las proximidades de la parte frontal de la etiqueta supermic (26) tenderá a producir una señal eléctrica importante. No obstante, si esta energía procede una distancia mayor entonces la señal tiende a anularse.
-12-
Este es un método convencional por el que tiene lugar la supresión de ruido en los micrófonos. Lo que es exclusivo en la realización mostrada es la facilidad en la que la magnitud de supresión así como la respuesta acústica son controladas con intermedio de simples aberturas de goma
(30) definidas por las arandelas (24). Esto a su vez transforma el diseño en un conjunto muy flexible (10) que puede ser configurado fácilmente para conseguir el mejor sonido en una amplia variedad de mascarillas faciales completas.
Se debe comprender de manera expresa asimismo que el diámetro de la abertura (30) de las arandelas frontal y posterior no es necesario que sea idéntico. De manera típica, el diámetro de la abertura (40) es menor que el de la abertura (30). Se puede conseguir el ajuste acústico escalonado, por ejemplo, disponiendo una serie de arandelas posteriores (24) con diámetros decrecientes de la abertura (30). Además las arandelas posterior o frontal (24) no necesitan estar limitadas a la forma cilíndrica que se ha mostrado en las figuras 1-8 sino que en vez de ello pueden tener una superficie cónica interna o una superficie con otro contorno escogido de acuerdo con el rendimiento acústico deseado.
El proceso de montaje laminado elimina la necesidad de encapsular por completo la parte frontal y la parte posterior del conjunto de elementos. Esto a su vez ahorra considerable tiempo y costes de fabricación.
Se podrá apreciar que en la técnica anterior los transductores acústicos estaban encapsulados utilizando
-13-
compuestos de enmasillado (“potting”) tales como resinas de siliconas o de uretano. Esto requiere equipos e instalaciones especiales. En el diseño que se ha dado a conocer es preferente la utilización de una pequeña cantidad de resina de uretano para cubrir la zona de la ranura en la que los conductores sobresalen desde el elemento piezoeléctrico, pero esto requiere un trabajo reducido en comparación con un encapsulado completo.
Otros micrófonos de submarinista correspondientes a la técnica anterior utilizan bolsas llenas de aire para cubrir el micrófono. La bolsa se aplasta con la profundidad, compensando la presión el micrófono, pero eventualmente se interrumpe la compensación porque el aire de la bolsa es comprimido hasta el volumen más pequeño que el micrófono. Cuando el aire del interior de la bolsa es comprimido hasta este punto el micrófono deja de funcionar.
Una única característica del conjunto transductor (10) de la invención es que no tiene bolsas ni ningún otro espacio de aire. De acuerdo con ello puede llegar al fondo del océano más profundo funcionando sin verse afectado por la profundidad y la presión.
Dado que el conjunto (10) es un transductor, también funcionará como auricular o altavoz si se utiliza en el agua si las aberturas posteriores ofrecen la resistencia acústica correcta en el agua. Los diseños de altavoces actuales utilizan elementos con soporte de aire que están sometidos a efectos de presión y por lo tanto tienen una limitada capacidad de profundidad. El diseño sólido y
-14-
ajustable, autolimpiante y libre de inundación de la presente invención soluciona estos problemas. El conjunto transductor (10) puede ser utilizado como micrófono impermeable y resistente a la presión. Su diseño
5 simple proporciona un medio asimismo simple de fabricar una serie de micrófonos y/o auriculares para submarinistas. Solucionan los problemas experimentados por los diseños actuales en los que dispositivos con soporte de aire o en forma de globo son necesarios para la compensación de la
10 presión. Otra ventaja de la presente invención es la estructura laminada que hace impermeable el elemento (14) piezoeléctrico activo sin necesidad de encapsularlo. Además de lo anterior, en vez de utilizar cables de
15 níquel se puede diseñar una estructura de montaje de plástico o similar con el objetivo de montar el transductor montado en una mascarilla facial o casco. La ranura destinada al alambre de níquel es utilizada conjuntamente con una abertura más pequeña en esta estructura de plástico
20 de manera que el grosor de plástico que comprende la periferia de la abertura circular sustituye el grosor del alambre de níquel y se utiliza para retener el transductor.
-15-
Claims (1)
- REIVINDICACIONES 1.-Transductor acústico subacuático (10) que comprende: un elemento acústico activo (14) de tipo laminado, 5 impermeable al agua y sellado, para transmitir señales de sonido y eléctricas; un elemento de cuerpo envolvente frontal y posterior(24) dispuesto a cada lado del elemento acústico activo (14), definiendo una correspondiente cámara acústica10 frontal y posterior a cada lado del elemento acústico activo (14), definiendo cada elemento de cuerpo envolvente(24) una abertura pasante correspondiente (30) para proporcionar la inundación libre de las cámaras acústicas; caracterizado porque dichas correspondientes aberturas (30) 15 tienen un diámetro y grosor predeterminados para proporcionar el ajuste de la correspondiente cámara acústica, y porque se dispone una tapa posterior (38) en el elemento de cuerpo envolvente posterior (24) y define una abertura correspondiente pasante (40) de un diámetro y20 grosor predeterminados para proporcionar el ajuste adicional de la cámara acústica posterior correspondiente manteniendo al mismo tiempo la característica de capacidad de inundación libre de la cámara acústica posterior.
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