NO144187B - Transduser for akustiske boelger. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en transduser for

akustiske bølger og er forsynt med et automatisk system for kompensasjon av statiske trykkvariasjoner i det medium i hvilket den skal arbeide.

En slik transduser kan bestå av en hydrofon innrettet til å arbeide innenfor et stort dybdeområde.'

En kjent metode som gjør det mulig innenfor et

visst dybdeområde å kompensere for variasjonene i det hydrostatiske trykk som virker på den fremre flate av et følsomt element, består i at også den bakre flate av elementet utsettes for disse variasjoner gjennom en elastisk membran og et mekanisk akustisk filter som ikke slipper gjennom meget laye^ frekvenser . liggende utenfor det frekvensområde som skal detekteres. Et slikt filter kan for eksempel bestå av et tynt rør.

Innretninger som benytter denne"metode sikrer •' en. god kompensasjon for variasjoner i det hydrostatiske' trykk, men bare i et vannlag med forholdsvis "liten tykkelse,,begrenset av membranens deformasjonsmulighet.

Nærmere bestemt tar oppfinnelsen utgangspunkt i en transduser for ovennevnte formål omfattende et følsom' élémeht anbrakt i et stivt legeme forsynt med -i det minste en vegg som er gjennomtrengelig for akustiske bølger,' hvilket følsomme element har en første flate påvirket av det trykk som. hersker i det ytre medium "omkring anordningen gjennom den gj.énnom-trengelige vegg, og en annen flate vendt mot et indre hulrom i legemet, og en automatisk reguleringsanordning for det trykk som hersker i det indre hulrom, hvilken reguleringsanordning omfatter et element som er forskyvbårt i det indre hulrom under påvirkning av trykkdifferansen mellom det trykk som hersker i det indre hulrom på samme side som den annen flate av det følsomme element og det trykk som permanent utøves av det ytre medium. US-patent 2.444.049 omhandler en transduser i det vesentlige

av denne art. Den kjente transduser har imidlertid et forskyvbårt element i form av en flottør hvis bevegelse er innrettet til å omstille en mikrobryter som påvirker eller energiserer en magnetventil som i sin tur setter det indre hulrom i forbindelse med en trykkluftbeholder.

Oppfinnelsen tar sikte på å tilveiebringe en transduserinnretning som først og fremst innebærer fordeler med hensyn til evnen til å arbeide på tilfredsstillende måte innenfor meget vide trykkområder eller -grenser. Dette blir oppnådd på enkel og driftssikker måte ved at det forskyvbare element sammen med veggen i det indre hulrom avgrenser flere kammerdeler som når den nevnte trykkdifferanse er lavere enn en viss terskelverdi kommuniserer henholdsvis direkte med det ytre medium, med en fluidumkilde under trykk, med den del av hulrommet som vender mot den annen flate av det følsomme element og med det ytre medium gjennom en ventil som kan åpne seg mot det ytre av legemet, hvilke kammerdeler er avsperret fra hverandre.

Andre særegne trekk og fordeler oppnådd ved hjelp av oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse av ut-førelseseksempler på oppfinnelsen under henvisning til tegningen hvor: Figur 1 skjematisk viser et snitt gjennom transduseranordningen, figur 2 skjematisk i snitt reguleringsanordningen i likevekt når den trykkdifferanse som virker på det forskyvbare element er tilnærmet lik null. Figur 3 viser skjematisk i snitt reguleringsanordningen når det trykk som utøves på det forskyvbare element av det ytre medium er høyere enn det trykk som hersker i den del av hulrommet som kommuniserer med den annen flate av det følsomme elementet. Figur 4 viser skjematisk i snitt reguleringsanordningen når det trykk som utøves på det forskyvbare element av det ytre medium er lavere enn det trykk som hersker i den del av hulrommet som kommuniserer med den annen flate på det

følsomme elementet og

figur 5 viser skjematisk og delvis reguleringsanordningen i til-felle av at trykkfluidumkilden befinner seg utenfor transduseranordningens stive legeme.

Transduseranordningen på figur 1 omfatter et stivt langstrakt legeme 1 forsynt med et sentralt hulrom som er i det vesentlige sylindrisk. Dette hulrom omfatter et første kammer 3 som er åpent mot en av endeveggene 2 i legemet og er innover forlenget i et annet kammer 4 med mindre diameter enn det første kammer. Det annet kammer kommuniserer med en trang kanal 5 som munner ut i den annen endevegg 6 på legemet 1. Et ringformet hulrom 7 er utformet i endeveggen 6 og avgrenser et sylindrisk fremspring 8 viss ende-omfatter".en skulder som understøtter et følsomt organ. Dette omfatter én<første éléktrodé' 16" bestiaehde for eksempel av en ,tynn og fleksibel sirkulær plate 11' forsynt medden ringformet kant 12 viss indre-diameter svarer tilnærmet til diameteren -av skulderen.-på fremspringet 8. Et tegningsele-ment 13 .sikrer tetning når det .første elektrode blir presset inn over skulderen .på fremspringet .8. Mellomrommet mellom platen 11 og fremspringet 8 kommuniserer med kanalen 5. Et føl-somt element 14 bestående for eksempel av en skive laget av et pieso-elektrisk materiale er festet på platen 11 for eksempel ved liming. Den motsatte flate av det følsomme element er forsynt med en annen elektrode 15 bestående for eksempel -av en metallavsetning. To ledende klemmer 16 og 17 er anbrakt i radi-elle boringer i legemet 1 i nærheten av endeveggen 6 og ,er-.ført gjennom det ringformede hulrom 7. Tetnlngselementer 18 og 19 <0 >anbrakt i utsparinger rundt klemmene 16 og- 17 sikrer tetning mellom det ringformede hulrom 7 og. rommet utenfor legemet .1.

De to elektroder 10, 15 tilhørende det følsomme element er gjennom elektriske ledninger 20 og .21 forbundet med de respektive klemmer 16 og 17 i det indre av det ringformede hulrom. Ikke viste tettsluttende kontaktanordninger pg kabler tilveiebringer elektrisk forbindelse mellom klemmene 16,' 17 og et tilknyttet apparat for utnyttelse av signalene fra. transduseren. Høyden, av sideveggen i hulrommet 7* er større

enn høyden av det sylindriske: fremspring 8.

En bøyelig membran 22 som for eksempel kan være laget av gummi lukker det ringformede hulrom 7. Membranen blir

.holdt tettsluttende fast ved hjelp aven .festering 23 anbrakt

på ytterveggen av legemet 1-.. Det. kammer som består å v det ringformede hulrom lukket av den første elektrode i0 og av membranen 22,^ er fylt med .inkompressibel olje som gjør det-mulig å over-føre, til det følsomme^element^trykkvariasjoner i det ytre-medium. I.det indre av det annet kammer 4 er det-anbrakt et-sylindrisk element eller en sleide 24 med diameter som ér<litt mindre enn kammerets diameter.

En gjenget plugg 25 skiller ...på tettsluttende<v>måté det første kammer.3. , fra det annet. To motsatt "virkende fjærer 26, 27 virker på den ene side.mot pluggen 25 og veggen'i cdét hulrom som konutiuniserer, med kanalen 5,,v og '..på '.den ånrierr -side "mot endeflatene på sleiden 24 som blir holdt i en viss likevektstil-

stand. Fire tetningselementer 28, 29, 30 og 31 på sleiden 24

og liggende mellom denne og den innvendige yegg i det annet kammer, oppdeler dette i fem kammerdeler. Det ene av disse som er avgrenset av tetningselementet 28 og inneholder fjæren 26

er gjennom en kanal 40 permanent åpent til det medium som om-gir legemet. Ved den annen ende av hulrommet avgrenser tetningselementet 31 en annen kammerdel inneholdende fjæren 27 og i hvilken kanalen 5 munner ut. Når trykkdifferansen AP mellom det trykk som utøves av det ytre medium og det som hersker i den annen kammerdel er tilnærmet lik null eller ikke overskrider en forutbestemt verdi, står en tredje kammerdel avgrenset av tetningselementene 28 og 29 gjennom en kanal jj'2 i forbindelse med det første kammer 3 som er blokkert fra det ytre medium ved hjelp av en gjenget plugg 33. Denne er forsynt med et innføringsrør 34 som tillater inntrengning i det første kammer „ av et fluidum viss trykk er høyere enn det maksimale trykk som kan herske i det ytre medium under de forutsatte grenser for transduserens arbeidsdybde.

Videre er en fjerde kammerdel avgrenset av tetningselementene 29 og 30 og kommuniserer gjennom en kanal 35 med den annen kammerdel, og de to tetningselementer 30 og 31 avgrenser en femte kammerdel som kan kommunisere med det ytre miljø rundt legemet gjennom en kanal 36.

En enveis ventil 37 er anbrakt i kanalen 36. Den kan ikke åpnes under andre betingelser enn når differansen mellom det indre og det ytre trykk er positivt.

Det er konstatert eksperimentelt at følsomheten

av det følsomme organ som anvendes i anordningen ifølge opp finnelsen forblir meget god når trykkdifferansen mellom de to flater av elektroden 10 varierer over et intervall på 10 bar omkring likevekttrykket.

Det brede område av trykkdifferanser som det føl-somme organ kan tåle gjør det mulig å regulere anordningen slik at bare trykkvariasjoner som overskrider en viss terskelverdi medfører trykk-reguleringer. På denne måte unngås uopphørlige justeringer og slag som skyldes variasjoner eller fluktuasjoner i trykket i det ytre medium.

Terskelverdien for trykkvariasjonene bestemmes eksperimentelt ved å variere friksjonen i de tetningselementer som sleiden 24 har mot den indre vegg av det første kammer. Sleiden kan ikke forskyves uten at den kraft som svarer til trykkdifferansen AP er større enn friksjonskraften. Justeringen utføres slik at bare en differanse AP på flere bar forskyver sleiden.

Når trykkdifferansen AP er lavere enn terskelverdien befinner sleiden seg i en likevektsposisjon som vist på figur 2. Hvis det trykk som hersker i det ytre medium øker og trykkdifferansen AP-j^ overskrider terskelverdien (figur 3) forskyves sleiden i retning mot den endevegg i hulrommet som kommuniserer med kanalen 5 samtidig som fjæren 27 presses sammen.

Stillingen av tetningselementet 29 og lengden av kanalen 35 er valgt slik at den annen og den tredje kammerdel da står i forbindelse med hverandre. Den bakre flate av elektroden i det følsomme element kommuniserer med det første kammer inneholdende fluidum under trykk. Det trykk som utøves mot deri bakre flate og skyver sleiden til den likevektstilling som svarer til en verdi AP som er lavere enn terskelverdien.

Hvis derimot det trykk som hersker i det ytre miljø avtar inntil trykkdifferansen AP2 passerer terskelverdien i motsatt retning, forskyves sleiden i retning mot pluggen 25 under sammentrykning av fjæren 26.

Utløpskanalen 36 er plassert slik at den da er i forbindelse med den annen kammerdel som kanalen 5 munner ut i. Når trykket i denne annen del overskrider trykket i det ytre medium vil ventilen 36 åpnes og fluidum unslippe til omgivelsene inntil bevegelsen av sleiden fører den fjerde kammerdel som er begrenset av tetningselementene 29 og 30 overfor kanalen 36.

Når anordningen gradvis blir ført ned i vann passerer den flere kompressjonsnivåer ved hvilke trykkdifferansen overskrider terskelverdien og blir raskt stillt på en verdi forenlig med en god funksjon av det følsomme elementet. Det samme gjelder når anordningen gradvis blir ført til overflaten.

I den beskrevne utførelsesform kommuniserer kanalen 32 med det første kammer 3 i hulrommet som er fylt med fluidum under trykk. Oppfinnelsen omfatter også en modifikasjon som illustrert på figur 5.

I denne annen utførelsesform omfatter det indre hulrom bare et eneste kammer 4 lukket med en gjenget plugg 25 forsynt med tetningsorganer.

Kanalen 32 er gjennom en skjematisk vist tettsluttende kopling 38 forbundet med en kanal 39 som kommuniserer med et reservoar for fluidum under trykk (ikke vist). Dette reservoar er anbrakt på overflaten når anordningen brukes som hydrofon.

Claims (3)

1. Transduser for akustiske bølger og omfattende et følsomt element (14) anbrakt i et stivt legeme (1) forsynt med i det minste en vegg (22) som er gjennomtrengelig for akustiske bølger, hvilket følsomme element har en første flate påvirket av det trykk som hersker i det ytre medium omkring anordningen gjennom den gjennomtrengelige vegg, og en annen flate vendt mot et indre hulrom i legemet, og en automatisk reguleringsanordning for det trykk som hersker i det indre hulrom (4), hvilken reguleringsanordning omfatter et element (24) som er forskyvbart i det indre hulrom (4) under påvirkning av trykkdifferansen mellom det trykk som hersker i det indre hulrom på samme side som den annen flate av det følsomme element og det trykk som permanent utøves av det ytre medium, karakterisert ved at det forskyvbare element (24) sammen med veggen i det indre hulrom (4) avgrenser flere kammerdeler som når den nevnte trykkdifferanse er lavere enn en viss terskelverdi kommuniserer henholdsvis direkte med det ytre medium,med en f luidumkilde under trykk, med den del av hulrommet som vender mot den annen flate av det følsomme element og med det ytre medium gjennom en ventil som kan åpne seg mot det ytre av legemet, hvilke kammerdeler er avsperret fra hverandre.

2. Transduser ifølge krav 1, karakterisert ved at det indre hulrom (4) er i det vesentlige sylindrisk og at det forskyvbare element (24) er sylindrisk med en mindre diameter enn hulrommets diameter, og at det ringformede mellomrom mellom hulrommets vegg og det sylindriske element er oppdelt ved hjelp av tetningselementer (28,29,30 o'g 31) anbrakt på det forskyvbare element og innrettet til å avgrense de nevnte kammerdeler på i det vesentlige tettsluttende måte.

3. Transduser ifølge krav 2, karakterisert ved at det er anordnet fjærer (26 og 27) mellom endene av det forskyvbare element (24) og endeveggene i det indre hulrom (4) og at friksjonskoeffisienten av tetnings-efementene er valgt slik at den minste trykkdifferanse som kan avstedkomme en forskyvning av det forskyvbare element er lik den nevnte terskelverdi.

4* Transduser ifølge krav 1, karakterisert ved at det indre hulrom omfatter et første kammer (4) inneholdende den automatiske reguleringsanordning og et annet kammer (3) fylt med et fluidum under et trykk som permanent er høyere enn trykket i det ytre medium som utgjør den nevnte fluidumkilde.;<5>- Transduser ifølge krav 1, karakterisert ved at det indre hulrom omfatter et enkelt kammer (4) inneholdende en automatisk reguleringsanordning, hvilken fluidumkilde under trykk befinner seg utenfor det stive legemet (figur 1);<6-> Transduser ifølge krav karakterisert ved at det følsomme element omfatter en skive (14) laget av et pieso-elektrisk materiale og forsynt med to elektroder, hvorav én elektrode omfatter en fleksibel plate (11) forsynt med en stiv kant (12) som ligger an mot en vegg på det stive legemet (1).;<7->Transduser ifølge krav 6, karakterisert ved at den nevnte vegg mot hvilken kanten av platen (11) ligger an er en vegg i et annet hulrom (7) utformet i et endeparti av legemet og lukket med den gjennomtrengelige vegg (22), hvilket hulrom (7) er fylt med en inkompressibel væske og at den annen flate av det følsomme element er under påvirkning av det trykk som hersker i det indre hulrom (4) i legemet gjennom en trang kanal (5).;8- Transduser ifølge krav 7, karakterisert ved at elektrodene på det følsomme element er forbundet gjennom det indre av det annet hulrom (7), med klemmer (16,17) som er ført gjennom sideveggen i det annet hulrom (7).;91 Transduser ifølge krav 1, karakterisert ved at fluidumkilden under et trykk høyere enn trykket i det ytre medium er plassert i det indre av det stive legemet.;10* Transduser ifølge krav 1, karakterisert ved at fluidumkilden unSer et trykk som er høyere enn trykket i det ytre medium befinner seg utenfor det stive legemet (figur 5).