RU2134436C1

RU2134436C1 - Piezoelectric transducer

Info

Publication number: RU2134436C1
Application number: RU98118095A
Authority: RU
Inventors: И.А. Орентлихерман; В.В. Рейнер; В.А. Любимов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ИНЕФ"
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1998-10-06
Publication date: 1999-08-10
Also published as: EA002073B1; WO2000020896A1; EA200000263A1

Abstract

FIELD: geophysical borehole equipment and equipment for physical effect on seams, applicable in geological survey, petroleum, gas, mining and other branches of industry. SUBSTANCE: piezoelectric transducer uses a piezopack of longitudinally-polarized electrically parallel-connected piezoceramic washers with cover plates, λ/40 thick, where, λ - wavelength in cover plate material, reinforcing rod member and a tightening member-nut providing for longitudinal compressive forces of the piezoelectric transducer - reinforcing forces. Piezopacks are connected by a flexible insert elasticity component. Connection of the rod member and tightening member is made for adjusting the reinforcing force, elasticity component and cover plate are made of material with wave resistance and coefficient of thermal expansion of ceramics of washers, for instance, of titanium or steel. EFFECT: enhanced reliability and durability. 2 cl, 5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к геофизической скважинной аппаратуре и аппаратуре для физического воздействия на пласты, может быть использовано в геологоразведке, нефтяной, газовой горной и других отраслях промышленности для интенсификации добычи полезных ископаемых. The invention relates to geophysical downhole equipment and equipment for physical stimulation of formations, can be used in geological exploration, oil, gas mining and other industries for the intensification of mining.

Известны пьезопреобразователи, в которых используются гибкие вставки для понижения резонансной частоты колебательной системы при заданных размерах (Акустические преобразователи. Под.ред. Свердлина А. Б-ка инженера-акустика. М.: Судостроение, 1982, с. 144). Piezoelectric transducers are known in which flexible inserts are used to lower the resonant frequency of an oscillating system at given sizes (Acoustic transducers. Subredited by A. Sverdlin, Acoustic Engineer. Moscow: Sudostroenie, 1982, p. 144).

Недостаток таких устройств - недостаточная надежность преобразователя. The disadvantage of such devices is the lack of reliability of the converter.

Известен также принятый заявителем за прототип пьезопреобразователь, содержащий пьезопакет из продольно-поляризованных электрически соединенных параллельно пьезокерамических шайб с накладками толщиной λ/40, армирующий стержневой элемент и стягивающий элемент-гайку (А.С. СССР N 1402991, G 01 V 1/40, 15/06/88. Бюл. N 22)
Недостаток известного устройства - недостаточная надежность и долговечность.Also known is the piezoelectric transducer adopted by the applicant for the prototype, comprising a piezoelectric pack of longitudinally polarized piezoceramic washers electrically connected in parallel with λ / 40 thick plates, a reinforcing core element and a nut tightening element (A.S. USSR N 1402991, G 01 V 1/40, 15/06/88. Bull. N 22)
A disadvantage of the known device is the lack of reliability and durability.

На фиг.1 представлен пьезопреобразователь, на фиг.2 - накладка со скошенной излучающей поверхностью, на фиг.3 - цилиндрический вариант исполнения гибкой вставки (упругости), на фиг.4 - катушечный вариант исполнения гибкой вставки (упругости), на фиг. 5 - размещение канавки на стягивающем элементе-гайке, где 1 - пакеты поляризованных пьезокерамических шайб, 2 - гибкая вставка (упругость), 3 - накладки, 4 - электроизоляционная трубка, 5 - армирующая трубка, 6 - гайка, 7 - защита, 8 - канавка. In Fig. 1, a piezoelectric transducer is shown, in Fig. 2 is a plate with a beveled radiating surface, in Fig. 3 is a cylindrical embodiment of a flexible insert (elasticity), in Fig. 4 is a reel embodiment of a flexible insert (elasticity), in Fig. 5 - placement of a groove on a tightening nut element, where 1 - packets of polarized piezoceramic washers, 2 - flexible insert (elasticity), 3 - linings, 4 - electrical insulating tube, 5 - reinforcing tube, 6 - nut, 7 - protection, 8 - groove.

Техническая задача состоит в устранении указанных недостатков: повышение надежности и долговечности преобразователя, а также повышение КПД. The technical problem is to eliminate these drawbacks: improving the reliability and durability of the Converter, as well as increasing efficiency.

В отличие от известного решения в преобразователе соединение пакетов выполнено в виде гибкой вставки-упругости, соединение стержневого элемента и стягивающего элемента выполнено с возможностью регулирования усилия армирования, накладка и вставка-упругость выполнены из материала с волновым сопротивлением и коэффициентом температурного расширения керамики шайб, при этом пьезопреобразователь может быть выполнен, например, из двух пакетов, вставка-упругость может быть в виде цилиндра или катушки, а накладки - в виде цилиндра со скошенной излучающей поверхностью, и упругость выполняются, например, из стали или титана, стягивающий элемент выполняется в виде гайки, снабженной канавкой. In contrast to the known solution in the converter, the connection of the packets is made in the form of a flexible insert-elasticity, the connection of the rod element and the tightening element is made with the possibility of controlling the reinforcing force, the patch and insert-elasticity are made of a material with wave resistance and coefficient of thermal expansion of the ceramic washers, while the piezoelectric transducer can be made, for example, of two packets, the insert-elasticity can be in the form of a cylinder or coil, and the lining can be in the form of a cylinder with beveled radiating surface, and elasticity are satisfied, for example, steel or titanium, the tightening element is made as a nut provided with a groove.

Пьезобразователь состоит из пьезопакета 1 из продольно-поляризованных электрически соединенных параллельно пьезокерамических шайб с накладками 3 толщиной λ/40 (где λ - длина волны в материале накладки), армирующего стержневого элемента 5 и стягивающего элемента (например гайки) 6, обеспечивающего продольные усилия сжатия пьезопреобразователя - усилия армирования. Стягивающий элемент 6 может быть снабжен канавкой 8 для демпфирования колебаний и исключения из колебательной системы армирующей трубки 5, пьезопакеты, например, устройство из двух пакетов, соединены с помощью гибкой вставки-упругости 2 в виде, например, катушки или цилиндра, а накладки 3 - в виде цилиндра со скошенной излучающей поверхностью, чем достигается большая площадь поверхности излучения и частичный поворот направления излучения, соединение стержневого элемента и стягивающего элемента выполнено с возможностью регулирования усилия армирования, упругость и накладки выполнены из материала с волновым сопротивлением и коэффициентом температурного расширения керамики шайб, например из титана или стали. The piezoelectric transducer consists of piezoelectric pack 1 of longitudinally polarized piezoceramic washers electrically connected in parallel with overlays 3 of thickness λ / 40 (where λ is the wavelength in the overlay material), a reinforcing core element 5 and a tightening element (for example, nut) 6, providing longitudinal compression forces of the piezoelectric transducer - reinforcement efforts. The tightening element 6 may be provided with a groove 8 for damping vibrations and excluding the reinforcing tube 5 from the oscillating system, piezo packets, for example, a device of two packets, are connected using a flexible insert-elasticity 2 in the form of, for example, a coil or cylinder, and lining 3 in the form of a cylinder with a beveled radiating surface, which achieves a larger radiation surface area and a partial rotation of the radiation direction, the connection of the rod element and the contracting element is made with the possibility of adjusting the gain I reinforcement elasticity and lining made from a material with characteristic impedance and coefficient of thermal expansion of the ceramic washers, such as titanium or steel.

Устройство работает как пъезопреобразователь, выполненный в виде сборки пьезопакетов. Гибкая вставка-упругость 2, накладки 3, электроизоляционная трубка 4 соединены между собой в единую сборку. Конструкция пьезопреобразователя предусматривает селективный подбор пьезошайб по частоте резонанса и значению импеданса, что позволяет получить низкий импеданс всей сборки, что повышает КПД и надежность преобразователя, последнее обеспечивается также изменением усилия армирования с помощью стягивающих элементов 6. Выполнение гибкой вставки-упругости 2 и накладок 3 из материала с волновым сопротивлением и коэффициентом температурного расширения керамики шайб, например из титана, обеспечивает надежность и долговечность конструкции в связи с тем, что в устройстве в процессе работы не будут возникать деформативные напряжения элементов. The device operates as a piezoelectric transducer made in the form of an assembly of piezoelectric packets. Flexible insert-elasticity 2, pads 3, insulating tube 4 are interconnected into a single assembly. The design of the piezoelectric transducer provides for the selective selection of piezo washers according to the resonance frequency and impedance value, which allows to obtain a low impedance of the entire assembly, which increases the efficiency and reliability of the transducer, the latter is also provided by changing the reinforcing force with the help of tightening elements 6. Flexible insert-elasticity 2 and overlays 3 of material with wave impedance and coefficient of thermal expansion of ceramic washers, for example made of titanium, provides reliability and durability of the structure in due to the fact that in the device during operation deforming stresses of the elements will not occur.

Преобразователь выполняется на общепромышленных элементах, в частности на пьезоэлементах с относительной диэлектрической проницаемостью 1220, коэффициентом электромеханической связи КЗ-1, равным 0,33. Примеры применяемых характеристик пьезомодуля приведены в таблице. The converter is performed on general industrial elements, in particular, on piezoelectric elements with a relative dielectric constant of 1220, an electromechanical coupling coefficient KZ-1 equal to 0.33. Examples of the applied characteristics of the piezoelectric module are given in the table.

Анализ, проведенный заявителем по известному уровню техники, показал, что предложенное изобретение не противоречит законам естественной природы, обладает новизной и промышленной применимостью, отвечает в отношении совокупности его существенных признаков требованию критерия "изобретательский уровень", так из уровня техники не выявляется влияние предписываемых предложенным изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками - соединение пакетов выполнено в виде гибкой вставки-упругости, соединение стержневого элемента и стягивающего элемента выполнено с возможностью регулирования усилия армирования, накладки и вставка-упругость выполнены из материала с волновым сопротивлением и коэффициентом температурного расширения керамики шайб, на достижение технического результата - повышение надежности, долговечности и КПД; из уровня техники не известен механизм достижения результата, раскрытый в материалах заявки. The analysis carried out by the applicant according to the prior art showed that the proposed invention does not contradict the laws of natural nature, has novelty and industrial applicability, meets the requirements of the criterion of "inventive step" with respect to the totality of its essential features, so the influence of those prescribed by the proposed invention is not detected from the prior art transformations characterized by significant features distinguishing from the prototype - the connection of the packages is made in the form of a flexible insert-elasticity Compound rod member and the tightening member is adapted to regulate the reinforcement effort laths and insert made of elastic material with a characteristic impedance and coefficient of thermal expansion of the ceramic washers, to achieve a technical result - an increase of reliability, durability, and efficiency; the mechanism of achieving the result disclosed in the application materials is not known from the prior art.

Claims

1. A piezoelectric transducer containing a piezoelectric pack of longitudinally polarized, electrically connected in parallel piezoelectric washers with overlays of thickness λ / 40, where λ is the wavelength in the overlay material, the reinforcing core element and the tightening element, characterized in that the piezoelectric pack connection is made in the form of a flexible insert -elasticity, the connection of the rod element and the tightening element is made with the possibility of regulating the reinforcing force, the lining and the insert-elasticity are made of material with wave resistance cm and a coefficient of thermal expansion of the ceramic washers.

2. The device according to claim 1, characterized in that the piezoelectric transducer is made of two piezoelectric packs, overlays with a beveled radiating surface and elastic inserts in the form of a cylinder or coil, the overlays and elastic insert are made of steel and titanium.