RU2130238C1 - Цилиндрический электроакустический преобразователь - Google Patents
Цилиндрический электроакустический преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2130238C1 RU2130238C1 RU96116202A RU96116202A RU2130238C1 RU 2130238 C1 RU2130238 C1 RU 2130238C1 RU 96116202 A RU96116202 A RU 96116202A RU 96116202 A RU96116202 A RU 96116202A RU 2130238 C1 RU2130238 C1 RU 2130238C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylindrical
- piezoelectric elements
- matching element
- height
- cylindrical shell
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано при разработке низкочастотных излучателей малых размеров, способных работать в широкой полосе частот. Техническим результатом является создание преобразователя, работающего на низких частотах с минимально возможными габаритами для его установки и использования на автономных необитаемых подводных аппаратах. Преобразователь содержит соосно расположенные цилиндрические пьезоэлементы, которые акустически разъединены по торцам, совершающие радикальные колебания и выполненные с попарно встречными разрезами в продольном направлении, жестко связанный с пьезоэлементами согласующий элемент из твердого материала, на внутренней поверхности согласующего элемента выполнена круговая канавка, излучающую цилиндрическую оболочку из акустически мягкого материала с низкой скоростью звука, которая внутренней поверхностью жестко соединена с внешней поверхностью согласующего элемента. Причем внешний радиус излучающей цилиндрической оболочки в 2,5-3 раза больше внешнего радиуса цилиндрических пьезоэлементов, а высота боковой поверхности согласующего элемента, обращенной к цилиндрческой оболочке, в 2,5-3 раза меньше высоты боковой поверхности согласующего элемента, обращенной к цилиндрическим пьезоэлементам. 1 з.п.ф., 2 ил.
Description
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано при разработке низкочастотных излучателей малых размеров, способных работать в широкой полосе частот.
Известен цилиндрический электроакустический преобразователь, содержащий активный элемент, четвертьволновый согласующий слой и элементы герметизации [1], способный работать в полосе частот вблизи радиального резонанса активного элемента.
Недостатком такого преобразователя являются сравнительно большие размеры при работе на низких частотах, т.к. резонансные размеры преобразователя и согласующего слоя растут с понижением частоты. Недостатком является также малая рабочая полоса частот.
Известен цилиндрический электроакустический преобразователь [2], содержащий соосно расположенные цилиндрические пьезоэлементы, акустически разъединенные по торцам прокладки из звукоизолирующего вещества, и жестко связанный с ними четвертоволновый цилиндрический согласующий элемент из твердого материала с круговой канавкой, расположенной на внутренней его поверхности в плоскости разъединения пьезоэлементов, глубина которой равна 0,15 длины волны звука в согласующем элементе на частоте первого резонанса по высоте пьезоэлементов, и заполненной звукоизолирующим материалом.
Рабочая полоса частот в таком преобразователе расширена за счет формирования участка механоакустической связи высотного и радиального резонансов пьезоэлементов.
Недостатком такого известного преобразователя является то, что для обеспечения его работы на низких частотах требуется увеличение размеров преобразователя, что полностью исключает возможность использования преобразователей данной конструкции на автономных необитаемых подводных аппаратах.
Задачей предлагаемого технического решения является создание преобразователя, работающего на низких частотах, с минимально возможными габаритами для его установки и использования на автономных необитаемых подводных аппаратах.
Поставленная задача решается тем, что цилиндрический электроакустический преобразователь, содержащий соосно расположенные цилиндрические пьезоэлементы, акустически разъединенные по торцам, совершающие радиальные колебания, и жестко связанный с ними согласующий элемент из твердого материала с круговой канавкой, расположенной на внутренней его поверхности в плоскости, лежащей между пьезоэлементами, снабжен излучающей цилиндрической оболочкой из акустически мягкого материала с низкой скоростью звука, внутренняя поверхность которой жестко соединена с внешней поверхностью согласующего элемента, внешней радиус излучающей цилиндрической оболочки в 2,5 - 3 раза больше внешнего радиуса цилиндрических пьезоэлементов, причем цилиндрические пьезоэлементы выполнены с попарно встречными разрезами в продольном направлении, длина которых больше половины высоты пьезоэлемента, а высота боковой поверхности согласующего элемента, обращенной к цилиндрической оболочке в 2,5 - 3,9 меньше высоты боковой поверхности согласующего элемента, обращенной к цилиндрическим пьезоэлементам.
В предлагаемом техническом решении понижение резонансной частоты цилиндрических пьезоэлементов при тех же размерах объясняется значительным уменьшением жесткости цилиндрических пьезоэлементов при сохранении их массы, т.к. края разрезов оказываются свободными от упругих напряжений. В то же время, разрезы, длина которых незначительно больше половины высоты цилиндрических пьезоэлементов, не нарушают целостности пьезоэлемента, в котором сохраняется радиальная мода колебаний, но ее частота в 3-4 раза меньше, чем у сплошного цилиндрического пьезоэлемента без разрезов.
Излучающая цилиндрическая оболочка выполнена из акустически мягкого материала с низкой скоростью звука, например сферопластика. Частота радиального резонанса цилиндрической оболочки в 1,5-2,0 раза меньше, чем у пьезокерамического кольца тех же размеров. Таким образом, в предлагаемом преобразователе связанная акустическая колебательная система, в которой частоты парциальных колебательных систем, т.е. цилиндрических пьезоэлементов с разрезами и излучающей цилиндрической оболочки, понижены без увеличения размеров. Соотношение размеров цилиндрических пьезоэлементов и излучающей цилиндрической оболочки, нагруженной на внешнюю среду, обеспечивает сближение частот парциальных колебаний с образованием рабочей полосы частот за счет акустической связи колебательных подсистем через согласующий элемент.
В сравнении с прототипом в предлагаемом техническом решении осуществлено понижение частоты радиальных колебаний в связанной колебательной системе без увеличения размеров преобразователя, а наличие акустической связи через согласующий элемент позволило сформировать и рабочую полосу частот в окрестности связанных резонансов.
Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показан продольный разрез преобразователя, на фиг. 2 выполнение разрезов на цилиндрических пьезоэлементах преобразователя.
Преобразователь содержит соосно расположенные цилиндрические пьезоэлементы 1, которые акустически разделены по торцам, согласующий элемент 2 и цилиндрическую оболочку 3. Согласующий элемент 2 выполнен из твердого материала и жестко связан с пьезоэлементами 1. На внутренней поверхности согласующего элемента 2 в плоскости между пьезоэлементами выполнена круговая канавка 4. Цилиндрическая оболочка 3 выполнена из акустически мягкого материала с низкой скоростью звука, например сферопластика. Внутренняя поверхность оболочки 3 жестко соединена с внешней поверхностью согласующего элемента 2. Высота внешней боковой поверхности согласующего элемента в 2,5 - 3,0 раза меньше высоты внутренней боковой поверхности. Согласующий элемент 2 играет роль элемента связи. Пьезоэлементы 1 выполнены с попарно встречными разрезами 5 в продольном направлении. Длина разрезов 5 больше половины высоты пьезоэлементов 1.
Преобразователь работает следующим образом.
Двухрезонансная колебательная система с рабочей полосой частот f1-f2 используется в режиме излучения тонального сигнала, частота которого перестраивается в рабочей полосе частот, либо в режиме излучения импульсного сигнала, спектр которого лежит в рабочей полосе частот f1-f2.
В первом случае при возбуждении преобразователя на частоте f1 частота f2 возбуждаться не будет, при перестройке частоты возбуждения электрического генератора возбуждаются колебания на любой частоте из рабочего интервала f1-f2, который включает, например, и резонансную частоту колебаний излучающей оболочки f2.
Во втором случае преобразователь возбуждается импульсным сигналом, спектр которого лежит в рабочей полосе частот f1-f2, и одновременно излучает все спектральные составляющие сигнала возбуждения с минимальными искажениями, которые определяются в общем случае частотной характеристикой излучателя.
При достаточно сильной акустической связи, которая обеспечивается согласующим элементом, в связанной двухрезонансной колебательной системе образуется рабочая полоса частот в интервале f1-f2, в пределах которой все спектральные составляющие импульса возбуждения воспроизводятся с малыми искажениями, а сам он излучается цилиндрической оболочкой, непосредственно нагруженной на рабочую среду, с малыми искажениями.
В силу этого оснащение преобразователя излучающей оболочкой существенно влияет на получение конечного результата - создание преобразователя минимальных размеров, способного работать на низких частотах, например, в диапазоне f1-f2, а не только на частоте f1=(1,5 - 2,0)f2.
Таким образом обеспечена работа преобразователя на низких частотах без увеличения его размеров, что позволяет установить и использовать преобразователь такой конструкции на подводных аппаратах, где существенную роль играют габаритные характеристики аппаратуры.
Источники информации.
1. Дианов Д.Б. и др. Использование возможностей расширения полосы пропускания цилиндрических пьезокерамических преобразователей. Акустический журнал. Т. 16 N 2, 1970, с. 236-240.
2. А.с. СССР N 504566, B 06 B 1/06, 1973 (прототип).
Claims (2)
1. Цилиндрический электроакустический преобразователь, содержащий соосно расположенные цилиндрические пьезоэлементы, акустически разъединенные по торцам, совершающие радиальные колебания, и жестко связанный с ними согласующий элемент из твердого материала с круговой канавкой, расположенной на внутренней его поверхности в плоскости, лежащей между пьезоэлементами, отличающийся тем, что преобразователь снабжен излучающей цилиндрической оболочкой из акустически мягкого материала с низкой скоростью звука, внутренняя поверхность которой жестко соединена с внешней поверхностью согласующего элемента, внешний радиус излучающей цилиндрической оболочки в 2,5 - 3,0 раза больше внешнего радиуса цилиндрических пьезоэлементов, причем цилиндрические пьезоэлементы выполнены с попарно встречными разрезами в продольном направлении, длина которых больше половины высоты пьезоэлемента, а высота боковой поверхности согласующего элемента, обращенной к цилиндрической оболочке, в 2,5 - 3,0 раза меньше высоты боковой поверхности согласующего элемента, обращенной к цилиндрическим пьезоэлементам.
2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что излучающая цилиндрическая оболочка выполнена из сферопластика.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96116202A RU2130238C1 (ru) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | Цилиндрический электроакустический преобразователь |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96116202A RU2130238C1 (ru) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | Цилиндрический электроакустический преобразователь |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU96116202A RU96116202A (ru) | 1998-11-27 |
| RU2130238C1 true RU2130238C1 (ru) | 1999-05-10 |
Family
ID=20184284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96116202A RU2130238C1 (ru) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | Цилиндрический электроакустический преобразователь |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2130238C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2620709C2 (ru) * | 2015-09-17 | 2017-05-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ проведения эксперимента по осуществлению и наблюдению акустических процессов в жидкой среде и устройство для его осуществления |
-
1996
- 1996-08-08 RU RU96116202A patent/RU2130238C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2620709C2 (ru) * | 2015-09-17 | 2017-05-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ проведения эксперимента по осуществлению и наблюдению акустических процессов в жидкой среде и устройство для его осуществления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5172344A (en) | Deep submergence transducer | |
| JP3123431B2 (ja) | 圧電スピーカ | |
| US6606389B1 (en) | Piezoelectric film sonic emitter | |
| US4700100A (en) | Flexural disk resonant cavity transducer | |
| US3852529A (en) | Acoustic horn | |
| US3849679A (en) | Electroacoustic transducer with controlled beam pattern | |
| US4373143A (en) | Parametric dual mode transducer | |
| JPH11164384A (ja) | 超指向性スピーカ及びスピーカの駆動方法 | |
| US20130315037A1 (en) | Low frequency electro acoustic transducer and method of generating acoustic waves | |
| KR930015319A (ko) | 표면 음향파 필터 | |
| JPH11196494A (ja) | スピーカ | |
| JP5444670B2 (ja) | 音響再生装置 | |
| SE9101427L (sv) | Foerfarande och elektroakustisk omvandlare foer utsaendning av akustiska vaagor med laag frekvens i en vaetska | |
| JP4910823B2 (ja) | 屈曲型送受波器 | |
| RU2130238C1 (ru) | Цилиндрический электроакустический преобразователь | |
| CN1875657B (zh) | 声波发生换能器 | |
| JP3946127B2 (ja) | 電気音響変換装置 | |
| US5726396A (en) | Folded acoustical horn | |
| JP2001333487A (ja) | 屈曲型送受波器 | |
| JP3538817B2 (ja) | 複数周波数発射可能な水中送受波装置 | |
| JPH03222854A (ja) | 吸気音制御装置 | |
| Vysotskyi et al. | A comparative study of acoustic isolation configurations for pMUT array-based applications | |
| JPS6143898A (ja) | 電気音響変換器 | |
| RU2037341C1 (ru) | Способ согласования подвижной системы ультразвукового преобразователя с воздушной средой | |
| GB2276513A (en) | Ultrasonic transducer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100809 |