NO316349B1 - Elektroakustisk omformeranordning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en elektroakustisk omformeranordning til sending og/eller mottaking av lydbølger, med minst to omformerelementer av den art som er angitt i innledningen til krav 1

Elektroakustiske omformeranordninger blir for aktiv og/eller passiv akustisk lokalisering av vannfartøyer anbragt på sylinderformede eller hesteskoformede, plane eller veivede bærere og danner en syhnderbasis, en hesteskobasis, en såkalt Conformal Array der bæreren følger den utvendige form av det bærende fartøy, en plan basis eller en sideantenne, en såkalt Flank-Array Lokaliseringsområdet for den elektroakustiske omformeranordning er avhengig av bærerens geometriske form og er med en syhnderbasis 360°, og er ved en Conformal Array som er anbragt i fartøyets baug, en begrenset sektor Med den plane basis eller stdeantennen blir det dekket et område på nesten 180° ved sending og/eller mottaking av lydbølger

Omformerelementene blir montert på bæreren slik at vibrasjoner og/eller langsgående svingninger og bøyesvingmnger i bæreren ikke blir overført til omformerelementet

Omformerelementer med oppbygging som en lydsopp blir fortrinnsvis benyttet til sending i lydteknikk for vann, men blir også anvendt til mottaking Omformerelementet er en mekanisk svingekrets med en frontmasse, en bakmasse og et mellom disse anordnet svingende keramikklegeme som virker som en fjær Frontmassen er tilkoblet vannet og overfører svingningene fra keramikklegemet til det omgivende vann og omvendt Dets resonansfrekvens er avhengig av frontmasse og bakmasse og keramikklegemets fjænng Fordelen ved et omformerelement av denne typen er en meget god virkningsgrad ved resonansdnft Omformerelementene er enkeltvis eller sammen anbragt i et hus med hulrom og med huset montert på bæreren for omformeranordningen

Til avkobling fra skroglyd mellom omformerelementet og huset resp bæreren blir i DE-PS 17 62 258 frontmasse og bakmasse fastholdt mellom to fjærelementer i huset Deres fjænng og frontmassen og bakmassen er slik dimensjonert at en avkobling fra skroglyd oppnås mellom omformerelementet og huset slik at huset kan monteres kraftsluttende på bæreren Fordelen med en slik omformeranordning består i den robuste befestigelse av huset mens ulempen består i de mange nødvendige hus da hvert enkelt omformerelement trenger sitt eget hus hvorved den samlede omformeranordning får en meget høy egen vekt Dessuten er det en ulempe at hvert enkelt hus må monteres dimensjonsstabilt på bæreren hvorved fremstillingsarbeidet er meget omfattende

Fra DE-PS 31 07 878 er det kjent en omformeranordning med mange omformerelementer i et felles hus der keramikklegemet sammen med frontmasse og bakmasse svinger i et sylindrisk hulrom Bakmassen for omformerelementet er med en mellomskive av epoksyharpiks hvis diameter er vesentlig mindre enn diameteren på bakmasse festet på en grunnplate av kunststoff Mellomskiven sørger for en avkobling av skroglyd Frontmassen for alle omformerelementer er klebet på et felles stempelmembran av syntetisk skum som er lagret slik at det kan svinge i huset Stempelmembranet og huset er omgitt av en vanntett støpemasse Fordelen med en slik omformeranordning består i det felles hus hvorved vekten reduseres vesentlig mens ulempen er befestigelse og opplagnng til avkobling av skroglyd De mellomskiver som her anvendes virker som fjær som må dimensjoneres slik at svingeforholdene for omformerelementene ikke blir påvirket Dessuten blir de p g a sin lille diameter og den nødvendige myke fjænng utsatt for forstyrrelser

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å frembringe en elektroakustisk omformeranordning av den art som er angitt i innledningen til krav 1, der det i et felles hus er anordnet flere omformerelementer på samme måte som en lydsopp uten fjærelementer

Dette formål er oppfylt ifølge oppfinnelsen med de trekk som er angitt i karakteristikken i det vedfølgende selvstendige patentkrav 1

Ytterligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen er angitt i de vedfølgende uselvstendige patentkravene 2 til og med 12

Omformeranordningen omfatter minst to omformerelementer til sending eller mottaking av lydbølger En omkobling fra sending til mottaking, og omvendt, er også mulig Hvert omformerelement har et piezoelektnsk keramikk]egeme og en egen frontmasse og alle omformerelementer er med sine trekkankere montert på en felles spesielt oppbygget bakmasse Bakmassen består ikke av en homogen metallplate, men er oppbygget som en anordning til absorpsjon av bøyebølger Svingningene for de enkelte keramikklegemer utbrer seg ikke i den felles bakmasse pga oppbyggingen av anordningen til demping og/eller absorbering av bøyebølger, slik at omformerelementene under sine svmgningsforhold ikke innvirker på hverandre Omformerelementene med sin felles bakmasse forholder seg ved sending og mottaking minst like nøyaktig som enkeltvis oppbygde lydsopper med konvensjonell frontmasse og bakmasse Bortsett fra avkoblingen av omformerelementene, blir dessuten vibrasjoner i bæreren som omformeranordningen er festet på ikke overført til keramikklegemene og frontmassen for omformerelementene, siden de blir absorbert ved hjelp av dempingstilstanden i bakmassen, slik at en høy avkobling fra skroglyd blir oppnådd

Bakmassen er bygget opp som en absorpsjonsenhet for bøyebølger med lagdelt struktur Fra DE-OS 36 21 318 er det kjent et dempingssjikt for bøyebølger og fra DE-OS 38 20 491 er det kjent et laminenngssystem til demping av skroglyd Begge sjiktsystemer kan med fordel benyttes som oppbygging av en felles bakmasse for keramikklegemet Den enkleste oppbygging for en slik bakmasse er den fordelaktige videreutvikling av omformeranordningen ifølge oppfinnelsen som er angitt i krav 2 Tykkelsen på de to metallplater og deres mellomsjikt av dempematenalet bestemmer tykkelsen på bakmassen, og er så liten at den samlede omformeranordning, for eksempel med 8 omformerelementer, kan festes på en syhnderbasis som staver med det samme plassbehov som ved en klassisk bestykking med lydsopper og enkelthus Mellomsjiktet som sluker bøyebølger og skroglyd blir ifølge den fordelaktige videreutvikling ifølge krav 3 fremstilt av elastisk eller viskoelastisk matenale Fremstilhngsprosessen er særlig kostnadsvennlig og enkel På en av metallplatene blir en lydslukende overtrekksmasse eller lyddempende middel sparklet på, og dette danner sammen med den andre metallplate et innklemt belegg Som dempematenale kan det imidlertid også med fordel anvendes andre materialer som er vanlige for absorpsjonsenheter som er vanlige ved lydteknikk i vann, som for eksempel gummi eller terosen eller hardpresset papp eller dempefohe

Dimensjonering av lydsopper er beskrevet på side 316, 3171 kapittel XIV, "Schwingkreis und schwingender Massenpunkt" i læreboken "Die Grundlagen der Akustik" av E Skudrzik, Wien Springer-Verlag, 1954 Avhengig av sende- og/eller mottakingsrfekvensen blir frontmassen, fjænngen i keramikklegemet og dets høyde, så vel som den felles bakmasse, dimensjonert Med den fordelaktige videreutvikling av omformeranordningen som angitt i krav 4, oppnås det et bredt spillerom for utforming av platetykkelse og valg av materiale for bakmassen slik at bakmassen ikke bare blir optimalt dimensjonert etter de akustiske forhold, men også tilpasset den plass som står til rådighet ved bæreren, og muliggjør en robust befestigelse av trekkankeret for omformerelementet på den side av bakmassen som vender fra bæreren, som angitt i krav 5 Ved et valg av avstander hk det oppbygde keramikklegeme og frontmassen svarende til den halve bølgelengde for deres resonansfrekvens, bestemmes deres antall på bakmassen utstrekningen av omformeranordningen eller deres staver, og dermed bestemmer sammenbuntingen deres retningskaraktenstikk En omformeranordning med keramikklegemer som har forskjellig høyde og/eller fjænng og/eller frontmasse i en ikke ekvidistant anordning på den felles bakmasse har fordelen ved at den er bredbåndet

Ved lik oppbygging av de enkelte omformerelementer ifølge de fordelaktige videreutviklinger av omformeranordningen som angitt i kravene 6, 7 og 8, foregår en avstemming på samme sende- og/eller mottakingsfrekvens, og virkningsgraden øker Fordelen ved et keramikklegeme av mange tynne keramikkskiver består i at en utligning ved den krevede sende- og/eller mottakingsfrekvens, som er bestemt av høyden og fjæringen i keramikklegemet og av frontmassen, lett er mulig Dessuten oppnås fordelen ved en tilpassing til den indre motstand i en matende spenmngskilde, da den elektnske effektive motstand i et keramikklegeme som er bygget opp av mange tynne keramikkskiver er mindre enn ved et like høyt keramikklegeme av noen få tykke keramikklosser En utgangstransformator for omformerelementene kan utelates pga ytelsestilpassingen Dermed spares ikke bare plass, vekt og matenale, men også virkningsgraden for omformeranordningen øker, og ved formgiving av frontmassen unngås i tillegg en tilbakerettet stråling av lydbølger For å oppnå en maksimal lydytelse må stråhngsmotstanden tilpasses den effektive motstand i omformerelementet Stråhngsmotstanden er avhengig av masseforholdet mellom alle frontmasser og den felles bakmasse Som matenale for frontmassen er aluminium særlig gunstig og et masseforhold på mer enn 1 3 blir oppnådd

Ved en anordning av mange omformerelementer på en felles bakmasse er det også mulig å forbinde frontmassene for samtlige omformerelementer mekanisk med et felles membran, hvorved det oppnås en retningskaraktenstikk med små sidenivåer

Fordelen ved videreutviklingen av omformeranordningen ifølge oppfinnelsen som angitt i krav 9, består i at ved en elastisk omstøpnmg av keramikklegemet blir båndbredden for de utsendte og/eller mottatte lydbølger tilpasset lokahseringsangivelsen, da resonanskurven brer seg ut ved hjelp av omstøpningen Ved omstøpnmg av keramikklegemet med sihkongel blir dessuten en utbredelse av modi i tverretningen undertrykket

Ved hjelp av en bakre belegging av bakmassen med de reflektor matenaler som er angitt i krav 10, blir ved mottaking front/bakforholdet for omformeranordningen forbedret siden lyd som faller inn fra baksiden ikke kommer frem til omformerelementene, men blir reflektert

Omformerelementene med sine frontmasser og sine felles bakmasser og eventuelt et reflekterende avslutningssjikt blir lagt i en støpeform og etter den fordelaktige videreutvikling av omformeranordningen ifølge oppfinnelsen som angitt i krav 11 vanntett innstøpt i en elastomer fortrinnsvis polyuretan Fordelene ved en slik fullstendig helomstøpmng består i, at formstøpedelene for metallhus og deres bearbeidelse, en vanntett tildekking og tettinger blir overflødige, at helomstøpningen av kunststoff er tilpasset bølgemotstanden i vannet, at den ytre form er fritt valgbar og at også en samling av enkeltstående omformeranordninger kan settes sammen slik at de slutter seg til hverandre i en rekke eller flate Et hulrom med tetting blir overflødig da keramikklegemene har en omstøpnmg som kan svinge

Fordelen ved den videreutvikling ifølge oppfinnelsen som er angitt i krav 12 består i en kaskadeformet oppstilling av for eksempel fire omformeranordninger som er koblet sammen over bøssinger og kontakter der hver anordning har to integrerte omformerelementer som for eksempel står over hverandre og danner en stav for en syhnderbasis Ved den hensiktsmessige ledningsføring for tilkobhngsledningene med åttepolede bøssinger og kontakter oppnås den fordel at omformeranordningene kan kobles sammen i vilkårlig rekkefølge og den elektriske tilslutning til hvert omformerelement er enkeltvis utført, hvorved en kabelbunt med åtte tilkobhngsledninger ikke lenger er nødvendig Ledningsføringen for en enkel kontakt muliggjør en drift uten forstyrrelser for en adskilt elektrisk styring av hvert omformerelement og en bearbeidelse av deres sende- eller mottakingssignaler til retningskaraktenstikker

Oppfinnelsen blir med et utførelseseksempel på en elektroakustisk omformeranordning til sending og/eller mottaking av lydbølger med omformerelementer utført som en lydsopp beskrevet nærmere under henvisning til tegningene På en bakmasse 10 er to omformerelementer 11,12 med sine piezoelektnske keramikklegemer 13,13' og sine frontmasser 14,14' av aluminium med et trekkanker 15 montert under forspenning Hvert keramikklegeme 13,13' består av en stabel av keramikkskiver 13,1,13,2,

13,n med sentralt hull der trekkankeret 15 for monteringen stikker gjennom og blir skrudd fast på en metallplate 101 i bakmassen 10 Bakmassen 10 har en oppbygging som absorberer bøyebølger Mellom to metallplater 101,102 av stål finnes det et mellomsjikt 103 av dempematenale som danner et innklemt belegg På denne

bakmasse 10 er det et som reflektor virkende avslutningssjikt 104 av syntaktisk skum påført Keramikklegemet 13 har en omstøpnmg 16 av sihkongel Frontmassen 14,14' har form av en metallsyhnder 141 med tilsluttende avkortet kjegle 142 som avsmalner konisk og med sin spiss er tilsluttet keramikklegemet 13 En vanntett helomstøpning 17 av polyuretan omslutter omformeranordningen og gir denne den ytre form Innretninger til befestigelse av omformeranordningen på dens bakside til en bærer er ikke vist da dette kan være integrert individuelt for hver bærer i helomstøpningen 17 På motstående sider av omformeranordningen finnes det en kontakt 18 og en bøssing 19 med ledmngsfønnger for tilslutningsledningene for omformerelementene 11,12 Deres antall av kontakter avhenger av bruksformen for omformeranordningen Åtte kontakter er nødvendig for en stavoppbygging med fire omformeranordninger hver med to omformerelementer som er anbragt over hverandre med kontakt og bøssing, for sende-og/eller mottakingssignaler for hvert omformerelement

Claims (12)

1 Elektroakustisk omformeranordning til sending og/eller mottaking av lydbølger med minst to omformerelementer utført som en lydsopp med piezoelektnsk keramikklegemer og front- og bakmasse, hvor omformerelementene (11,12) er utstyrt med separate frontmasser (14,14'), karakterisert ved at omformerelementene er utstyrt med en felles bakmasse (10), og at bakmassen (10) har en oppbygging som absorberer bøyebølger

2 Omformeranordning som angitt i krav 1, karakterisert v e d at bakmassen er bygget opp som et forbindelsessystem med minst to metallplater (101,102) og et mellomsjikt (103) av dempematenal med høy indre tapsfaktor

3 Omformeranordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at mellomsjiktet (103) består avet viskoelastisk eller elastisk matenale

4 Omformeranordning som angitt i et av kravene 2 eller 3, karakterisert ved at metallplatene (101,102) er fremstilt av samme eller forskjellig metall og at aluminium eller stål eller messing er benyttet

5 Omformeranordning som angitt i et av kravene 1 til og med 4, karakterisert ved atkeramikklegemene (13,13') er skrudd fast på bakmassen (10) i avstander fra hverandre med sine trekkankere (15)

6 Omformeranordning som angitt i et av kravene 1 til og med 5, karakterisert ved at keramikkskiver (13,1,13,2, 13,n)somer stablet opp danner keramikklegemet (13,13')

7 Omformeranordning som angitt i et av kravene 1 til og med 6, karakterisert ved atenmetallsyhnder(142)medenavsmalnende avkortet kjegle (141) som er tilsluttet keramikklegemet (13,13') danner frontmassen (14, 14')

8 Omformeranordning som angitt i et av kravene 1 til og med 7, karakterisert ved at frontmassen (14,14') er fremstilt av aluminium

9 Omformeranordning som angitt i et av kravene 1 til og med 8, karakterisert ved at keramikklegemet (13,13') har en omstøpnmg (16,

16') fortrinnsvis av sihkongel

10 Omformeranordning som angitt i et av kravene 1 til og med 9, karakterisert ved at det på baksiden av bakmassen (10) er påført et avslutningssjikt (104) av kunststoffskum eller hardt skum eller syntaktisk skum eller metallskum

11 Omformeranordning som angitt i et av kravene 1 til og med 10, karakterisert ved at omformerelementet (11,12) med felles bakmasse (10) og avslutningssjikt (104) er innlagt i en vanntett helomstøpning (17), og at helomstøpningen (17) er av elastomer, fortrinnsvis polyuretan, og danner dets ytre form

12 Omformeranordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at det i helomstøpningen (17) er integrert tilslutnmgsledninger, kontakter (18) og bøssinger (19)