RU1840780C - Magnetic induction type underwater sound transducer - Google Patents
Magnetic induction type underwater sound transducerInfo
- Publication number
- RU1840780C RU1840780C SU1524868/09A SU1524868A RU1840780C RU 1840780 C RU1840780 C RU 1840780C SU 1524868/09 A SU1524868/09 A SU 1524868/09A SU 1524868 A SU1524868 A SU 1524868A RU 1840780 C RU1840780 C RU 1840780C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- inductor
- emitter
- magnetic induction
- induction type
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение может быть применено как в гидроакустике, так и при геофизических исследованиях.The present invention can be applied both in hydroacoustics and in geophysical surveys.
Известен магнито-индукционный излучатель (фиг.1), содержащий индуктор 1, корпус 2, подвижную токопроводящую пластину 3, соединенную с корпусом с помощью элементов герметизации 4, и возвратные пружины 5.Known magneto-induction emitter (figure 1), containing the inductor 1, the
(См. E.Ф.Дубров. Звуковая геолокация, стр.56. "Недра", Ленинград. 1967 г.).(See E.F. Dubrov. Sound geolocation, p. 56. "Subsoil", Leningrad. 1967).
В магнито-индукционном излучателе при пропускании через индуктор переменного или импульсного тока в результате взаимодействия магнитных полей тока индуктора и вихревых токов, наведенных в пластине, возникают пондеромоторные силы, отталкивающие пластину от индуктора. При перемещении пластины в жидкости, примыкающей к ней, возникает ударная волна, которую можно рассматривать как акустическую. Амплитуда давления в ней зависит от количества энергии, пропущенной через катушку индуктора, и сопротивления индуктора.In a magneto-induction emitter, when an alternating or pulsed current is passed through an inductor as a result of the interaction of the magnetic fields of the inductor current and the eddy currents induced in the plate, ponderomotive forces arise that repel the plate from the inductor. When the plate moves in a liquid adjacent to it, a shock wave arises, which can be considered as acoustic. The pressure amplitude in it depends on the amount of energy passed through the inductor coil and the resistance of the inductor.
В известном магнито-индукционном излучателе пластина работает как поршень. Особенностью конструкции излучателя является подвижность пластины в целом относительно индуктора. Возврат пластины в исходное положение осуществляется с помощью специальных пружин.In the known magneto-induction emitter, the plate acts like a piston. A design feature of the emitter is the mobility of the plate as a whole relative to the inductor. The plate is returned to its original position using special springs.
При работе известного магнито-индукционного излучателя образуются два акустических импульса: первый обусловлен первоначальным отталкиванием пластины от индуктора под воздействием наведенных токов, второй обусловлен захлопыванием кавитационных пузырей на внешней стороне пластины при ее возвращении в первоначальное положение под действием усилия пружин (См. Journal of Geophysicul Reseach, v.69, №14, 1964 г., рр.3033-3041. H.E.Edgerton and G.G.Hayward, The ″Boomer″ Sonar Sourse for Seismic Profiling.). Для целей гидролокации наиболее важен первый импульс, как обладающий определенной характеристикой направленности, определяемой соотношением размеров диаметра пластины и длины волны излучения, и хорошей воспроизводимостью параметров от цикла к циклу.When a well-known magneto-induction emitter operates, two acoustic pulses are generated: the first is due to the initial repulsion of the plate from the inductor under the influence of induced currents, the second is due to the collapse of cavitation bubbles on the outside of the plate when it returns to its original position under the action of the springs (See Journal of Geophysicul Reseach , v.69, No. 14, 1964, pp. 3033-3041. HEEdgerton and GG Hayward, The ″ Boomer ″ Sonar Sourse for Seismic Profiling.). For sonar purposes, the first impulse is most important, as it has a certain directivity characteristic determined by the ratio of plate diameter to radiation wavelength and good reproducibility of parameters from cycle to cycle.
Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:
1) малая длительность акустического импульса,1) short duration of the acoustic pulse,
2) наличие возвратных пружин, работающих в жестком динамическом режиме, что резко снижает надежность известного излучателя и усложняет его конструкцию.2) the presence of return springs operating in hard dynamic mode, which dramatically reduces the reliability of the known emitter and complicates its design.
Малая длительность акустического импульса обусловлена конструкцией известного излучателя. Испытания его макета, проведенные на нашем предприятии, показали, что токопроводящая пластина начинает свое перемещение в противоположную от индуктора сторону в течение первой четверти периода тока разряда и за оставшуюся четверть периода первой полуволны пластина проходит расстояние, равное примерно 10 мм. Образовавшийся между индуктором и пластиной промежуток полностью исключает воздействие последующих полуволн импульсного магнитного поля на пластину. В результате длительность импульса давления составляет примерно половину миллисекунды.The short duration of the acoustic pulse is due to the design of the known emitter. Tests of its layout, conducted at our enterprise, showed that the conductive plate begins to move in the opposite direction from the inductor during the first quarter of the discharge current period, and for the remaining quarter of the first half-wave period, the plate passes a distance of about 10 mm. The gap formed between the inductor and the plate completely eliminates the effect of subsequent half-waves of a pulsed magnetic field on the plate. As a result, the duration of the pressure pulse is approximately half a millisecond.
Кроме того, в известном излучателе при удалении пластины от индуктора сопротивление электрического разрядного контура возрастает и частота его колебаний уменьшается, что делает невозможным согласование электрического и механического контуров излучателя.In addition, in the known emitter, when the plate is removed from the inductor, the resistance of the electric discharge circuit increases and its oscillation frequency decreases, which makes it impossible to coordinate the electric and mechanical circuits of the emitter.
Цель настоящего изобретении состояла в увеличении длительности акустического импульса, упрощении конструкции излучателя и повышении коэффициента преобразования электрической энергии в акустическую.The purpose of the present invention was to increase the duration of the acoustic pulse, simplify the design of the emitter and increase the coefficient of conversion of electrical energy into acoustic.
В соответствии с изобретением поставленная цель достигается тем, что токопроводящая пластина выполнена жестко и герметично скрепленной по контуру с корпусом индуктора. Благодаря такому выполнению конструкции, пластина не сможет при действии пондеромоторных сил смещаться на большие расстояния и появится возможность использования всего цуга электрических колебаний, что приведет к увеличению длительности импульса. Кроме того, это позволит значительно упростить конструкцию, увеличить надежность и улучшить согласование электрического и механического контуров излучателя. Лучшее согласование контуров обеспечивает повышение коэффициента преобразования электрической энергии в акустическую.In accordance with the invention, the goal is achieved by the fact that the conductive plate is made rigidly and hermetically fastened along the contour with the body of the inductor. Thanks to this design, the plate will not be able to move long distances under the action of ponderomotive forces and it will be possible to use the entire train of electrical vibrations, which will lead to an increase in the pulse duration. In addition, this will significantly simplify the design, increase reliability and improve the coordination of the electrical and mechanical circuits of the emitter. Better alignment of the circuits provides an increase in the coefficient of conversion of electrical energy into acoustic.
Изложенная сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг.2 изображен общий вид излучателя в разрезе. Излучатель (фиг.2) состоит из индуктора 1, корпуса 2, токопроводящей пластины 3 и элементов герметизации 4. Индуктор 1 выполнен в виде плоской спирали, залитой изоляционной массой, соединен токопроводами с источником питания и помещен в корпус 2. Пластина 3, изготовленная из токопроводящего материала, например дюралюминия, жестко и герметично соединена по периметру с корпусом 2.The essence of the invention is illustrated by the drawing, where figure 2 shows a General view of the emitter in section. The emitter (figure 2) consists of an inductor 1, a
При работе излучателя разрядный ток, имеющий характер цуга синусоидальных колебаний, возбуждает в индукторе импульсное магнитное поле, которое наводит вихревые токи в прилегающем к индуктору поверхностном слое токопроводящей пластины. Эти вихревые токи имеют свое вторичное электромагнитное поле. Взаимодействие этиx полей вызывает появление объемных пондеромоторных сил. Эти силы перемещают пластину в сторону, противоположную индуктору, а также создают сжимающие напряжения в металле пластины, распространяющиеся в направлении, перпендикулярном ее поверхности, в виде волны сжатия. Ввиду того, что пластина жестко скреплена с корпусом и выполнена достаточно прочной, чтобы деформации ее под действием пондеромоторных сил оставались в упругой области, при работе излучателя энергия импульсного затухающего периодического разряда используется более полно, чем в известном излучателе, повышается коэффициент преобразования электрической энергии в механическую.When the emitter is operating, the discharge current, which has the character of a train of sinusoidal oscillations, excites a pulsed magnetic field in the inductor, which induces eddy currents in the surface layer of the conductive plate adjacent to the inductor. These eddy currents have their own secondary electromagnetic field. The interaction of these fields causes the appearance of bulk ponderomotive forces. These forces move the plate in the direction opposite to the inductor, and also create compressive stresses in the metal of the plate, propagating in the direction perpendicular to its surface, in the form of a compression wave. Due to the fact that the plate is rigidly bonded to the body and made strong enough so that its deformations under the action of ponderomotive forces remain in the elastic region, when the emitter is in operation, the energy of a pulsed damped periodic discharge is used more fully than in the known emitter, the coefficient of conversion of electrical energy into mechanical energy increases .
При выходе ударной волны сжатия на наружную поверхность пластины часть волновой энергии передается в воду, а часть отражается в виде волны растяжения, движущейся в обратном направлении. Волна растяжения, достигнув свободной (обращенной к индуктору) поверхности пластины, отражается с переменной знака, т.е. в виде волны сжатия, движущейся в первоначальном направлении.When the compression shock wave exits to the outer surface of the plate, part of the wave energy is transferred to the water, and part is reflected in the form of a tensile wave moving in the opposite direction. The tensile wave, having reached the free (facing the inductor) surface of the plate, is reflected with a variable sign, i.e. in the form of a compression wave moving in the original direction.
Далее весь цикл повторяется. При этом затухающий синусоидальный импульс тока в течение второй, третьей и последующих полуволн дополнительно раскачивает колеблющуюся пластину. Оптимальным является резонансный режим колебаний пластины, когда частота следования ударных импульсов, равная удвоенной частоте колебаний электрического разрядного контура, совпадает с собственной частотой как колебаний токопроводящей пластины, скрепленной по контуру с корпусом.Further, the entire cycle is repeated. In this case, a damped sinusoidal current pulse during the second, third and subsequent half-waves additionally sways the oscillating plate. The resonant mode of plate oscillations is optimal when the shock pulse repetition rate equal to twice the frequency of the electric discharge circuit oscillations coincides with the natural frequency of the oscillations of the conductive plate fastened along the circuit to the housing.
Необходимо отметить, что резонансный режим работы излучателя может быть обеспечен только в предлагаемой конструкции, так как в ней смещения пластины относительно индуктора незначительны.It should be noted that the resonant mode of operation of the emitter can be ensured only in the proposed design, since in it the displacements of the plate relative to the inductor are negligible.
Проверка работы предлагаемого излучателя проведена на экспериментальном образце в бассейне, диаметр излучающей поверхности составлял 200 мм. Измерения проводились в дальнем поле.The operation of the proposed emitter was tested on an experimental sample in the pool, the diameter of the radiating surface was 200 mm The measurements were carried out in the far field.
При разряде конденсаторной батареи (энергия 10 кДж) в индукторе протекал затухающий синусоидальный ток с периодом колебании T=2×10-4 с. Акустический сигнал, принятый калиброванным гидрофоном и зарегистрированный осциллографом, имел вид синусоиды частотой 10 кГц, затухающей по экспоненциальному закону.When a capacitor bank is discharged (energy 10 kJ), a damped sinusoidal current flows with an oscillation period T = 2 × 10 -4 s. The acoustic signal received by a calibrated hydrophone and recorded by an oscilloscope had the form of a sine wave with a frequency of 10 kHz, which decays exponentially.
При этом максимальное акустическое давление достигало 0,77 атмосферы, что соответствует энергии порядка 800 джоулей. Если учесть, что электрическая энергия на конденсаторах составляла 10000 джоулей, то электроакустический КПД.In this case, the maximum acoustic pressure reached 0.77 atmospheres, which corresponds to an energy of about 800 joules. If we take into account that the electric energy at the capacitors was 10,000 joules, then the electro-acoustic efficiency.
составляет по энергии примерно восемь процентов.energy is about eight percent.
Амплитуда давления снижалась в два раза в интервале длительностью одна миллисекунда и в десять раз в интервале длительностью шесть миллисекунд. Таким образом, по сравнению с известным устройством длительность импульса, пригодного для использования в гидроакустике, увеличилась в два раза и в 12 раз при использовании в эхолотировании.The pressure amplitude decreased two times in the interval of one millisecond duration and ten times in the interval of six milliseconds. Thus, compared with the known device, the pulse duration suitable for use in sonar has doubled and 12 times when used in sonar.
Важным преимуществом предлагаемого излучателя является синусоидальный характер импульса с четко выраженной частотой. Это позволяет производить группировку импульсов с целью удлинения сигнала и повышения его акустической мощности.An important advantage of the proposed emitter is the sinusoidal nature of the pulse with a pronounced frequency. This allows the grouping of pulses in order to lengthen the signal and increase its acoustic power.
Необходимо отметить, что предлагаемая конструкция не является предельной и акустическая мощность излучателя может быть повышена путем увеличения количества энергии, запасаемой на конденсаторах (теоретически неограничено).It should be noted that the proposed design is not limiting and the acoustic power of the emitter can be increased by increasing the amount of energy stored on the capacitors (theoretically unlimited).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU1524868/09A RU1840780C (en) | 1970-10-05 | 1970-10-05 | Magnetic induction type underwater sound transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU1524868/09A RU1840780C (en) | 1970-10-05 | 1970-10-05 | Magnetic induction type underwater sound transducer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1840780C true RU1840780C (en) | 2009-07-27 |
Family
ID=41048841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU1524868/09A RU1840780C (en) | 1970-10-05 | 1970-10-05 | Magnetic induction type underwater sound transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1840780C (en) |
-
1970
- 1970-10-05 RU SU1524868/09A patent/RU1840780C/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4127035A (en) | Electromagnetic transducer | |
US2116522A (en) | Compressional wave sender and receiver | |
US6076629A (en) | Low frequency flextensional acoustic source for underwater use | |
SE8505310L (en) | VAGENERGIGENERATOR | |
US4011473A (en) | Ultrasonic transducer with improved transient response and method for utilizing transducer to increase accuracy of measurement of an ultrasonic flow meter | |
US6041888A (en) | Low frequency flextensional acoustic source for underwater use | |
US4463825A (en) | Method and apparatus for generation of acoustic energy | |
US1867098A (en) | Method and means for radiating vibratory mechanical impulses into solids, liquids, and the like | |
US4219095A (en) | Acoustic transducer | |
RU1840780C (en) | Magnetic induction type underwater sound transducer | |
US3227996A (en) | Sound-producing system and apparatus | |
US3138219A (en) | Electroacoustic transducer apparatus | |
US3354426A (en) | Pressure gradient hydrophone | |
US2511689A (en) | Submarine signaling apparatus | |
Legg et al. | Flaw detection in metals using electromagnetic sound generation | |
US2405185A (en) | Sound transmitter and receiver | |
SU543868A1 (en) | Electromagnetic transducer | |
SU593169A1 (en) | Borehole acoustic radiator | |
SU408205A1 (en) | ||
US2437282A (en) | Electroacoustical transducer | |
US2705313A (en) | Magnetostriction oscillator | |
RU195795U1 (en) | LEVEL | |
SU418222A1 (en) | ||
SU822090A1 (en) | Magnetic field intensity measuring device | |
RU2019824C1 (en) | Ultrasound converter |