RU181113U1 - Одноканальная гидроакустическая приемоизлучающая антенна на основе пьезокомпозита связности 1-3 - Google Patents
Одноканальная гидроакустическая приемоизлучающая антенна на основе пьезокомпозита связности 1-3 Download PDFInfo
- Publication number
- RU181113U1 RU181113U1 RU2018109382U RU2018109382U RU181113U1 RU 181113 U1 RU181113 U1 RU 181113U1 RU 2018109382 U RU2018109382 U RU 2018109382U RU 2018109382 U RU2018109382 U RU 2018109382U RU 181113 U1 RU181113 U1 RU 181113U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- directions
- piezoelectric elements
- aperture
- centers
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к гидроакустической технике и может быть использована в приемоизлучающих антеннах эхолотов, в том числе и навигационных. Предложена одноканальная гидроакустическая приемоизлучающая антенна с амплитудным распределением по апертуре, содержащая пьезоэлементы, размещенные в полимерной матрице, установленные через четвертьволновый резиновый слой на тыльный отражающий стальной экран, и имеющая на рабочей поверхности слой полиуретанового компаунда толщиной четверть длины волны на рабочей частоте, в которой апертура антенны выполнена квадратной, пьезоэлементы размещены в полимерной матрице рядами в направлениях сторон квадратной апертуры антенны, объединены в группы из одинакового количества элементов в каждом ряду в обоих направлениях и образуют пьезокомпозитную структуру связности 1-3, при этом расстояния между центрами соседних пьезоэлементов в группе составляют 0,45λ на рабочей частоте в воде, расстояние между центрами соседних групп составляет 1,5λ на рабочей частоте в воде в каждом направлении, а амплитудное распределение, спадающее к краям антенны по нелинейному закону, образуется при формировании характеристики направленности в приеме и излучении в диагональных направлениях. Такое выполнение антенны позволяет получить диаграмму направленности в диагональном направлении с уменьшенными добавочными максимумами. Антенна проста по конструкции и технологии изготовления. 4 ил.
Description
Полезная модель относится к гидроакустической технике и может быть использована в приемоизлучающих антеннах эхолотов, в том числе и навигационных.
Для безошибочной работы эхолотов в условиях бортовой качки носителя важным условием является минимально возможный уровень первого добавочного максимума характеристики направленности при максимальной технологической простоте и воспроизводимости конструкции.
Известен и широко применяется принцип построения гидроакустической антенны с круглой апертурой [1], однако, уровень первого добавочного максимума составляет минус 18 дБ, что не всегда удовлетворяет предъявляемым требованиям.
Известна гидроакустическая антенна, совпадающая с предлагаемой по наибольшему числу общих признаков.
Антенна-прототип содержит набор пьезоэлектрических преобразователей в виде пьезокерамических призм, соединенных электрически параллельно. Призмы располагаются на общей накладке в корпусе, содержащем в своей конструкции тыльный экран. Общая накладка и корпус акустически развязаны резиновыми прокладками. На общую рабочую накладку нанесен слой полимера, имеющий ступенчатое поперечное сечение. На его тонкой периферийной части установлено металлическое кольцо [2].
Конструкция антенны-прототипа за счет введения амплитудного распределения, обеспеченного сложной ступенчатой формой полимерного покрытия рабочей накладки с использованием разнотолщинных слоев, имеющих различные коэффициенты звукопрохождения, позволяет снизить уровень первых добавочных максимумов до значения минус 20 дБ, однако, это не всегда удовлетворяет предъявляемым требованиям. Кроме того, конструкция антенны является очень сложной, а процесс ее изготовления крайне трудоемким.
Задачей настоящей полезной модели является создание одноканальной гидроакустической приемоизлучающей антенны, обладающей пониженными уровнями первого добавочного максимума характеристики направленности при максимальной технологической простоте процесса изготовления и повышенной воспроизводимости свойств изделия по сравнению с антенной-прототипом.
Для решения поставленной задачи в одноканальную гидроакустическую приемоизлучающую антенну с амплитудным распределением по апертуре, содержащую пьезоэлементы, размещенные в полимерной матрице, установленные через четвертьволновый резиновый слой на тыльный отражающий стальной экран, и имеющую на рабочей поверхности слой полиуретанового компаунда толщиной четверть длины волны на рабочей частоте, введены новые признаки, а именно, апертура антенны выполнена квадратной, пьезоэлементы размещены в полимерной матрице рядами в направлениях сторон квадратной апертуры антенны, объединены в группы из одинакового количества элементов в каждом ряду в обоих направлениях и образуют пьезокомпозитную структуру связности 1-3 [3], при этом расстояния между центрами соседних пьезоэлементов в группе составляют 0,45λ на рабочей частоте в воде, расстояние между центрами соседних групп составляет 1,5λ на рабочей частоте в воде в каждом направлении, а амплитудное распределение, спадающее к краям антенны по нелинейному закону, образуется при формировании характеристики направленности в приеме и излучении в диагональных направлениях.
Техническим результатом от использования полезной модели является снижение уровня первого добавочного максимума диаграммы направленности заявленной антенны в диагональных плоскостях при осесимметричном характере основного лепестка диаграммы направленности в двух главных плоскостях, а также упрощение конструкции, технологии изготовления антенны и снижение материальных, временных и производственных затрат на ее изготовление.
Обеспечение технического результата достигается размещением пьезоэлементов неэквидистантно по апертуре антенны группами в полимерной матрице, при этом волновой шаг между центрами пьезоэлементов в группе в продольных направлениях составляет 0,45λ, в диагональных - 0,64λ; между центрами двух групп в продольных направлениях - 1,5λ. В этом случае достигается естественное амплитудное распределение, спадающее по нелинейному закону к краям антенны. При этом происходит снижение уровня первого добавочного максимума до значения минус 30 дБ при сохранении ширины основного лепестка характеристики направленности в двух главных плоскостях нарушением эквидистантного закона распределения пьезоэлементов в полимерной матрице в направлениях, образованных сечением антенны плоскостями перпендикулярными раскрыву антенны и параллельными главным диагоналям.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1-4. На фиг. 1 показан пьезокомпозит связности 1-3, являющийся механической колебательной системой одноканальной гидроакустической приемоизлучающей антенны; на фиг. 2 - пример конструкции предлагаемой одноканальной гидроакустической приемоизлучающей антенны на основе пьезокомпозита связности 1-3; на фиг. 3 - вариант формируемой антенной диаграммы направленности на рабочей частоте в диагональных направлениях (сплошная кривая) в сравнении с теоретическим расчетом (пунктирная кривая); на фиг. 4 - варианты формируемых антенной диаграмм направленности на рабочей частоте в диагональных (сплошная кривая) и продольных (пунктирная кривая) направлениях.
Заявленная приемоизлучающая антенна содержит двумерную неэквидистантную решетку, составленную из пьезокерамических элементов 1, которые заделаны с боковых граней в полимерной матрице 2 и располагаются группами. Волновой шаг между центрами пьезоэлементов в группе в продольных направлениях составляет 
(λ - длина волны на рабочей частоте), в диагональных - d1=0,64λ; между центрами двух групп в продольных направлениях - 
На торцевые грани пьезокерамических элементов 1 нанесены слои токопроводящего клея 3, являющиеся электродами. Электрическое соединение пьезокерамических элементов 1 - параллельное (фиг. 1). Полученная конструкция представляет собой пьезокомпозит связности 1-3, который клеевым соединением крепится к тыльной резиновой накладке 4. Накладка 4 с пьезокомпозитом связности 1-3 крепится к корпусу 5, являющимся тыльным отражающим экраном. Электрические выводы выполнены кабелем 6, который для унификации выполнен в одном конструктивном исполнении с корпусом 5. Антенна имеет общий узел герметизации, выполненный из полимерного компаунда 7 (фиг. 2).
Заявленная полезная модель используется по назначению следующим образом.
При работе в режиме излучения на пьезокерамические элементы 1 пьезокомпозита связности 1-3 подается электрическое напряжение на рабочей частоте, определяемой полуволновым резонансом по толщине Н пьезокомпозита связности 1-3. Пьезокомпозит связности 1-3 начинает совершать синфазные продольные колебания, реализуя обратный пьезоэффект путем преобразования электрических волн в звуковые. Через четвертьволновый слой полимерного компаунда 7, нанесенного со стороны рабочей поверхности, звуковая энергия излучается во внешнюю окружающую среду (воду) практически без потерь. При этом за счет заявленной конфигурации расположения пьезоэлементов в пьезокомпозите связности 1-3 формируется диаграмма направленности в диагональном направлении представленная на фиг. 3 (сплошная кривая). Полученное значение уровня первого добавочного максимума минус 30 дБ положительно скажется при работе заявленной антенны и позволит исключить возможные ошибки при определении глубины в условиях бортовой качки носителя. На этом же рисунке (фиг. 3) приведена расчетная диаграмма направленности в диагональном направлении антенны с квадратной апертурой при эквидистантном распределении пьезоэлементов (пунктирная кривая). Из приведенных диаграмм направленности видно, что уровень первого добавочного максимума для заявленной полезной модели снизился на 4 дБ по сравнению с расчетным значением, что является положительным фактом применения предложенной конструкции. На фиг. 4 представлены экспериментальные диаграммы направленности антенны в двух главных направлениях: сплошная - в диагональном; пунктирная - в продольном. Из приведенных диаграмм направленности видно, что их ширина на уровне минус 3 дБ θ0,7 практически совпадает. В диагональном направлении ее значение составляет 18,60 градусов, в продольном - 18,65 градусов.
При работе в режиме приема звуковая волна рабочей частоты, распространяющаяся во внешней окружающей среде, падает на рабочую поверхность. Через четвертьволновый слой полимерного компаунда 7 звуковая волна достигает апертуры антенны (пьезокомпозита связности 1-3) практически без ослабления и воздействует на него. Пьезокомпозит связности 1-3 начинает совершать синфазные продольные колебания, реализуя прямой пьезоэффект путем преобразования звуковых волн в электрические.
Формируемые одноканальной гидроакустической приемоизлучающей антенной на основе пьезокомпозита связности 1-3 характеристики направленности идентичны как для режима излучения, так и для режима приема. Указанное распределение позволяет снизить уровень первого добавочного максимума диаграммы направленности в диагональной плоскости до уровня минус 30 дБ при сохранении ширины основного лепестка по сравнению с диаграммой направленности в продольном направлении. При этом заявленная антенна проста в изготовлении и позволяет получить высокую повторяемость свойств от образца к образцу при малых трудовых, временных и материальных затратах. Это позволяет считать, что заявленный технический результат достигнут.
Источники информации.
1. Орлов Л.В., Шабров А.А. Гидроакустическая аппаратура рабопромыслового флота. - Л.: Судостроение, 1987 г.
2. Патент РФ №2611724 «Одноканальная гидроакустическая антенна с осесимметричной характеристикой направленности», кл. G01S 15/00, опубл. 28.02.2017 г.
3. Тополов В.Ю. Пьезокомпозиты: получение, свойства, применение (учебное пособие) [Текст] / В.Ю. Тополов, А.Е. Панич. - Ростов н/Д, 2009. - 51 с.: ил.
Claims (1)
- Одноканальная гидроакустическая приемоизлучающая антенна с амплитудным распределением по апертуре, содержащая пьезоэлементы, размещенные в полимерной матрице, установленные через четвертьволновый резиновый слой на тыльный отражающий стальной экран, и имеющая на рабочей поверхности слой полиуретанового компаунда толщиной четверть длины волны на рабочей частоте, отличающаяся тем, что апертура антенны выполнена квадратной, пьезоэлементы размещены в полимерной матрице рядами в направлениях сторон квадратной апертуры антенны, объединены в группы из одинакового количества элементов в каждом ряду в обоих направлениях и образуют пьезокомпозитную структуру связности 1-3, при этом расстояния между центрами соседних пьезоэлементов в группе составляют 0,45λ на рабочей частоте в воде, расстояние между центрами соседних групп составляют 1,5λ на рабочей частоте в воде в каждом направлении, а амплитудное распределение, спадающее к краям антенны по нелинейному закону, образуется при формировании характеристики направленности в приеме и излучении в диагональных направлениях.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018109382U RU181113U1 (ru) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Одноканальная гидроакустическая приемоизлучающая антенна на основе пьезокомпозита связности 1-3 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018109382U RU181113U1 (ru) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Одноканальная гидроакустическая приемоизлучающая антенна на основе пьезокомпозита связности 1-3 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU181113U1 true RU181113U1 (ru) | 2018-07-04 |
Family
ID=62813598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018109382U RU181113U1 (ru) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Одноканальная гидроакустическая приемоизлучающая антенна на основе пьезокомпозита связности 1-3 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU181113U1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987005772A1 (en) * | 1986-03-19 | 1987-09-24 | The Secretary Of State For Defence In Her Britanni | Sonar transducers |
| US5333129A (en) * | 1993-02-03 | 1994-07-26 | The Regents Of The University Of California | Acoustic imaging in the ocean using ambinet noise |
| RU2440586C2 (ru) * | 2010-03-16 | 2012-01-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Высокочастотная многоканальная гидроакустическая антенна |
| RU2528142C1 (ru) * | 2013-05-07 | 2014-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Гидролокационная фазированная антенная решетка с полимерным покрытием |
| RU172092U1 (ru) * | 2017-02-27 | 2017-06-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Высокочастотная многоэлементная гидроакустическая антенна |
-
2018
- 2018-03-16 RU RU2018109382U patent/RU181113U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987005772A1 (en) * | 1986-03-19 | 1987-09-24 | The Secretary Of State For Defence In Her Britanni | Sonar transducers |
| US5333129A (en) * | 1993-02-03 | 1994-07-26 | The Regents Of The University Of California | Acoustic imaging in the ocean using ambinet noise |
| RU2440586C2 (ru) * | 2010-03-16 | 2012-01-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Высокочастотная многоканальная гидроакустическая антенна |
| RU2528142C1 (ru) * | 2013-05-07 | 2014-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Гидролокационная фазированная антенная решетка с полимерным покрытием |
| RU172092U1 (ru) * | 2017-02-27 | 2017-06-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Высокочастотная многоэлементная гидроакустическая антенна |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107231594B (zh) | 共形驱动iv型弯张换能器 | |
| US20090069691A1 (en) | Ultrasonic probe | |
| CN101909230A (zh) | 金属与压电陶瓷和聚合物复合材料宽带水声换能器 | |
| US3877033A (en) | Nonuniformly optimally spaced array with uniform amplitudes | |
| CN105075291A (zh) | 单层压电片式超声波探头 | |
| US10324173B2 (en) | Acoustic transducer element | |
| US6711096B1 (en) | Shaped piezoelectric composite array | |
| CN105702243B (zh) | 一种双壳串联iv型弯张换能器 | |
| RU2440586C2 (ru) | Высокочастотная многоканальная гидроакустическая антенна | |
| CN110277485B (zh) | 复合材料叠层弯曲振动元件及其制备方法 | |
| CN110639784B (zh) | 低频窄波束换能器及换能方法与应用 | |
| RU181113U1 (ru) | Одноканальная гидроакустическая приемоизлучающая антенна на основе пьезокомпозита связности 1-3 | |
| CN106448644A (zh) | 一种无指向性宽带大功率Janus水声换能器 | |
| CN108962208A (zh) | 一种共形驱动三瓣形弯张换能器 | |
| CN104597438B (zh) | 一种高频宽带大功率发射圆柱阵实现方法 | |
| CN101718869B (zh) | 具有宽带、超宽覆盖性能的平面型声基阵 | |
| Liu et al. | Underwater wireless high-efficiency energy transmission method based on the ultrasonic transducer array | |
| RU172092U1 (ru) | Высокочастотная многоэлементная гидроакустическая антенна | |
| CN212752617U (zh) | 一种实现水下宽带准直的水声换能装置 | |
| RU2259643C1 (ru) | Гидроакустическая многоэлементная антенна выпуклой формы | |
| RU2536782C1 (ru) | Гидроакустический волноводный направленный преобразователь | |
| RU147370U1 (ru) | Секция многоэлементной гидроакустической антенны | |
| RU2146408C1 (ru) | Антенна с круговой или секторной диаграммой направленности | |
| CN107995557B (zh) | 传感与消声一体化水听器及其实现方法 | |
| CN109273590A (zh) | 一种u型压电复合材料换能器的制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200113 Effective date: 20200113 |