RU2340122C1 - Transponder-beacon hydroacoustic transducer - Google Patents

Transponder-beacon hydroacoustic transducer Download PDF

Info

Publication number
RU2340122C1
RU2340122C1 RU2007108488/28A RU2007108488A RU2340122C1 RU 2340122 C1 RU2340122 C1 RU 2340122C1 RU 2007108488/28 A RU2007108488/28 A RU 2007108488/28A RU 2007108488 A RU2007108488 A RU 2007108488A RU 2340122 C1 RU2340122 C1 RU 2340122C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frontal
screens
flexible
case
transducer
Prior art date
Application number
RU2007108488/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Анатольевич Касаткин (RU)
Борис Анатольевич Касаткин
Original Assignee
Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) filed Critical Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority to RU2007108488/28A priority Critical patent/RU2340122C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2340122C1 publication Critical patent/RU2340122C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: in the cylindrical case of a transponder-beacon hydroacoustic transducer there is a rod shaped piezoelectric element 1, rigidly joined to frontal and rear frequency reducing plates 2, braced reinforcement bolt 3, frontal and rear rigid screens 4, joined to frontal plates 2 through flexible springs 5, frontal and rear flexible screens 6, rigidly joined to the corresponding frontal and rear rigid screens 4, frontal and rear covers 7. The cylindrical case 8 has a rear flange 9. In the case 8 there is also a lubricating can 10 and a plug and socket unit 11. Between the lateral surface of the piezoelectric element 1 and the inner surface of the cylindrical case 8 there is sound resistant screen 12 from flexible material. Outside the case 8 there is a sealing rubber cover 13. In the body of the case 8 incisions are made 14, covered by the cover 13. The sealing layer is an insulating liquid poured into the case 8. The vertical distance between the incisions 14 and the distance between the centre of the piezoelectric element 1 and the rear flange 9 is equal to half the wavelength in the working medium at the operating frequency.
EFFECT: increased range of operation.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к маякам-ответчикам (МО) станций наведения судов, станций звукоподводной связи или другим приемоизлучающим гидроакустическим системам подобного назначения.The invention relates to hydroacoustics, and in particular to transponder beacons (MO) of ship guidance stations, sound-receiving communication stations or other receiving-emitting hydroacoustic systems of a similar purpose.

Конструкция МО представляет собой малогабаритную гидроакустическую (ГА) станцию переносного типа, работающую в режимах приема и излучения ответных сигналов. Преобразователи МО должны работать, как правило, в диапазоне рабочих частот 5-30 кГц и расстояний 0-20 км. Для повышения помехоустойчивости его характеристика направленности должна быть ориентирована во фронтальное полупространство, а для увеличения дальности действия в случае, когда горизонтальное расстояние существенно больше глубины моря, максимум характеристики направленности должен соответствовать горизонтальным углам скольжения. Объясняется это тем, что на больших по сравнению с глубиной моря расстояниях канализируется только та часть энергии излучения, которая соответствует сектору углов скольжения ±30°, тогда как остальная часть излучения уходит в грунт. Кроме того, при частых подъемах изделий на поверхность, а также при включении аппаратуры перед сбрасыванием в воду возникает ситуация, когда преобразователь принимает запросный сигнал и излучает ответный, находясь в воздухе, либо на границе вода-воздух.The MO design is a portable hydroacoustic (GA) portable type station operating in the reception and emission modes of response signals. MO converters should work, as a rule, in the range of operating frequencies of 5-30 kHz and distances of 0-20 km. To increase the noise immunity, its directivity characteristic should be oriented toward the frontal half-space, and to increase the range when the horizontal distance is significantly greater than the depth of the sea, the maximum directivity characteristic should correspond to the horizontal sliding angles. This is explained by the fact that at large distances compared with the depth of the sea, only that part of the radiation energy that corresponds to the slip angle sector ± 30 ° is channelized, while the rest of the radiation goes into the ground. In addition, with frequent lifting of products to the surface, as well as when turning on the equipment before being dropped into water, a situation arises when the converter receives a request signal and emits a response signal, either in air or at the water-air interface.

Известен преобразователь сферической конструкции [1]. Преобразователь представляет собой сферический элемент из пьезокерамики, на активную поверхность которого нанесен армирующий слой. Слой выполнен из никеля, нанесенного методом электроосаждения в хлоридной ванне, благодаря чему создается значительное механическое упрочнение.Known Converter spherical structure [1]. The transducer is a spherical element made of piezoceramics, on the active surface of which a reinforcing layer is applied. The layer is made of nickel deposited by electrodeposition in a chloride bath, which creates significant mechanical hardening.

Недостатками этой конструкции являются большие технические и технологические трудности такого рода армирования. Кроме того, использование ненаправленного сферического преобразователя связано с необходимостью применения тыльной экранировки, что существенно увеличивает его массогабаритные параметры, а при работе на больших, по сравнению с глубиной моря, расстояниях такой преобразователь становится неэффективным.The disadvantages of this design are the great technical and technological difficulties of this kind of reinforcement. In addition, the use of an omnidirectional spherical transducer is associated with the need to use rear shielding, which significantly increases its weight and size parameters, and when working at large distances compared to the depth of the sea, such a transducer becomes ineffective.

Известен гидроакустический преобразователь маяка-ответчика [2], содержащий пьезокерамический элемент с герметизирующим слоем на его активной поверхности. Пьезокерамический элемент имеет форму полусферы диаметром D=(1.3-1.9)λс, где λс - длина волны в воде на средней частоте рабочего диапазона, и снабжен плоским жестким основанием, которое герметично соединено с полусферой по наружному диаметру через механическую развязку, а по центру - стяжкой с ее полюсом. Герметизирующий слой на активной поверхности выполнен из материала с акустическим сопротивлением (ρс)сл=(1.6-2) 106 кг/м2с и толщиной δ=λсл(2n+1)/4, где n=0, 1, 2, λсл - длина волны в слое на рабочей частоте.Known sonar transducer beacon-transponder [2], containing a piezoceramic element with a sealing layer on its active surface. The piezoceramic element has the shape of a hemisphere with a diameter of D = (1.3-1.9) λ s , where λ s is the wavelength in water at the middle frequency of the operating range, and is equipped with a flat rigid base that is hermetically connected to the hemisphere along the outer diameter through mechanical isolation, and along to the center - a coupler with its pole. The sealing layer on the active surface is made of a material with acoustic impedance (ρс) sl = (1.6-2) 10 6 kg / m 2 s and thickness δ = λ sl (2n + 1) / 4, where n = 0, 1, 2 , λ SL - the wavelength in the layer at the operating frequency.

При таком исполнении происходит нагрузка преобразователя маяка-ответчика на указанный слой акустически податливого материала, благодаря чему изменение акустического сопротивления среды излучения не приводит к заметному изменению электрического сопротивления, а следовательно, и механической прочности преобразователя. Выполнение пульсирующего преобразователя в виде полусферы исключает его работу в тыльном полупространстве, благодаря чему отпадает необходимость в создании дорогостоящего экрана.With this design, the transducer beacon transformer loads on the specified layer of acoustically compliant material, due to which a change in the acoustic resistance of the radiation medium does not lead to a noticeable change in the electrical resistance, and, consequently, the mechanical strength of the transducer. The implementation of the pulsating transducer in the form of a hemisphere eliminates its work in the rear half-space, which eliminates the need for an expensive screen.

Указанный гидроакустический преобразователь МО по своей технической сущности является наиболее близким к заявляемому изобретению и принят за прототип.The specified sonar transducer MO in its technical essence is the closest to the claimed invention and adopted as a prototype.

Недостатком такого гидроакустического преобразователя маяка-ответчика является низкая чувствительность в горизонтальном направлении, которая на 6-10 дБ меньше, чем в вертикальном направлении, вследствие чего уменьшается дальность действия МО в случае, когда горизонтальное расстояние существенно больше глубины моря, например при работе на шельфе, когда горизонтально ориентированные лучи становятся доминирующими в суммарном звуковом поле.The disadvantage of such a sonar transducer is the low sensitivity in the horizontal direction, which is 6-10 dB less than in the vertical direction, which reduces the range of the MO when the horizontal distance is significantly greater than the depth of the sea, for example, when working on the shelf, when horizontally oriented rays become dominant in the total sound field.

Задачей настоящего изобретения является создание гидроакустического преобразователя маяка-ответчика такой конструкции, которая обеспечила бы увеличение дальности действия гидроакустического преобразователя маяка-ответчика и МО в целом за счет повышения его чувствительности в горизонтальном направлении в случае, когда горизонтальное расстояние существенно больше глубины моря.An object of the present invention is to provide a sonar transducer for a transponder beacon of such a design that would increase the range of a sonar transducer for a transponder beacon and the MO as a whole by increasing its sensitivity in the horizontal direction when the horizontal distance is significantly greater than the depth of the sea.

Для решения поставленной задачи в гидроакустическом преобразователе маяка-ответчика, содержащем пьезокерамический элемент с герметизирующим слоем на активной поверхности, выполненным из материала с (ρс)сл=(1.6-2) 106 кг/м2с (где ρсл, cсл - плотность и скорость звука в материале слоя), и корпус, пьезокерамический элемент выполнен в виде вертикального набора пьезокерамических шайб и жестко связанных с ними торцевых накладок, стянутых армирующей шпилькой, фронтального и тыльного жестких экранов, соединенных с торцевыми накладками через гибкие пружины, фронтального и тыльного гибких экранов, соединенных жестко с соответствующими фронтальным и тыльным жесткими экранами, фронтальной и тыльной крышек, соединенных с соответствующими фронтальным и тыльным гибкими экранами, которые помещены в корпус, причем последний выполнен цилиндрическим и снабжен тыльным фланцем, в теле цилиндрического корпуса выполнены горизонтально ориентированные вырезы, расположенные между торцевыми накладками и фронтальным и тыльным жесткими экранами, закрытые снаружи цилиндрического корпуса герметизирующим резиновым чехлом, в качестве герметизирующего слоя используется залитая в цилиндрический корпус компенсирующая внешнее давление изолирующая жидкость с волновым сопротивлением (ρс)сл=1.5·106 кг/м2с, причем между боковой поверхностью пьезокерамического элемента и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса помещен звукоизолирующий экран из гибкого материала, расстояние по вертикали между горизонтально ориентированными вырезами и расстояние между центром пьезокерамического элемента и тыльным фланцем равно половине длины волны в рабочей среде на рабочей частоте.To solve the problem in the sonar transducer of the transponder beacon containing a piezoceramic element with a sealing layer on the active surface made of material with (ρс) sl = (1.6-2) 10 6 kg / m 2 s (where ρ sl , c sl - density and speed of sound in the layer material), and the body, the piezoceramic element is made in the form of a vertical set of piezoceramic washers and end plates rigidly connected with them, tightened by a reinforcing pin, front and rear hard screens connected to the end plates through flexible springs, frontal and rear flexible screens connected rigidly to the corresponding frontal and rear rigid screens, frontal and rear covers connected to the corresponding frontal and rear flexible screens, which are placed in the housing, the latter being made cylindrical and provided with a rear flange in the body of the cylindrical the housings are made horizontally oriented cutouts located between the end plates and the front and rear hard screens, closed outside the cylindrical housing tiziruyuschim rubber cover, as sealing layer used flooded into the barrel compensating external pressure insulating liquid with the wave resistance (ρs) cl = 1.5 × 10 6 kg / m 2 s, wherein between the side surface of the piezoceramic element and the inner surface of the cylindrical body placed soundproofing screen made of flexible material, the vertical distance between horizontally oriented cutouts and the distance between the center of the piezoceramic element and the back flange is half Lina wave in the working environment at the operating frequency.

Звукоизолирующий экран выполнен из гибкого материала, например из жесткого пенопласта.The soundproofing screen is made of flexible material, for example, rigid foam.

Частотопонижающие накладки, фронтальный и тыльный жесткие экраны выполнены, например, из стали.Frequency reducing linings, front and rear hard screens are made, for example, of steel.

Корпус гидроакустического преобразователя МО заполнен изолирующей жидкостью, например трансформаторным или силиконовым маслом.The housing of the MO sonar transducer is filled with an insulating fluid, such as transformer or silicone oil.

В заявляемом гидроакустическом преобразователе маяка-ответчика общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:In the inventive sonar transducer of the respondent beacon, common essential features for him and for his prototype are:

- пьезокерамический элемент;- piezoceramic element;

- с герметизирующим слоем на активной поверхности, выполненным из материала с (ρс)сл=(1.6-2)·106 кг/м2с (где ρсл, cсл - плотность и скорость звука в материале слоя);- with a sealing layer on the active surface made of a material with (ρс) sl = (1.6-2) · 10 6 kg / m 2 s (where ρ sl , c sl is the density and speed of sound in the layer material);

- корпус.- housing.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого гидроакустического преобразователя МО и прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:A comparative analysis of the essential features of the inventive sonar transducer MO and prototype shows that the first, in contrast to the prototype, has the following distinctive features:

- пьезокерамический элемент выполнен в виде вертикального набора пьезокерамических шайб и жестко связанных с ними торцевых накладок, стянутых армирующей шпилькой;- the piezoceramic element is made in the form of a vertical set of piezoceramic washers and end plates rigidly connected with them, tightened with a reinforcing pin;

- фронтальный и тыльный жесткие экраны, соединенные с торцевыми накладками через гибкие пружины;- front and rear hard screens connected to end plates through flexible springs;

- фронтальный и тыльный гибкие экраны, соединенные жестко с соответствующими фронтальным и тыльным жесткими экранами;- front and rear flexible screens connected rigidly with the corresponding front and rear hard screens;

- фронтальной и тыльной крышек, соединенных с соответствующими фронтальным и тыльным гибкими экранами;- front and back covers connected to the corresponding front and rear flexible screens;

- пьезокерамический элемент, накладки, жесткие и гибкие экраны помещены в корпус;- piezoceramic element, pads, rigid and flexible screens are placed in the housing;

- корпус выполнен цилиндрическим и снабжен тыльным фланцем;- the housing is cylindrical and equipped with a rear flange;

- в теле корпуса выполнены горизонтально ориентированные вырезы, расположенные между торцевыми накладками и фронтальным и тыльным жесткими экранами, и закрыты снаружи цилиндрического корпуса герметизирующим резиновым чехлом;- horizontally oriented cutouts are made in the body of the body, located between the end plates and the front and rear hard screens, and are closed on the outside of the cylindrical body with a sealing rubber cover;

- в качестве герметизирующего слоя используется залитая в цилиндрический корпус компенсирующая внешнее давление изолирующая жидкость;- an insulating fluid compensating for external pressure is used as a sealing layer;

- между боковой поверхностью пьезокерамического элемента и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса помещен звукоизолирующий экран из гибкого материала;- between the lateral surface of the piezoelectric ceramic element and the inner surface of the cylindrical body is placed a soundproofing screen of flexible material;

- расстояние по вертикали между горизонтально ориентированными вырезами и расстояние между центром пьезокерамического элемента и тыльным фланцем равно половине длины волны в рабочей среде на рабочей частоте.- the vertical distance between the horizontally oriented cutouts and the distance between the center of the piezoceramic element and the back flange is equal to half the wavelength in the working medium at the working frequency.

В заявляемой конструкции гидроакустического преобразователя МО его пьезоактивный элемент выполнен стержневым, склеенным из пьезокерамических шайб, торцы которого жестко соединены с частотопонижающими накладками армирующей шпилькой. Масса накладок подбирается такой, чтобы эффективная скорость звука в пьезокерамическом стержневом элементе с накладками равнялась скорости звука в воде. Вырезы в корпусе, закрытые снаружи корпуса герметизирующим резиновым чехлом, играют роль звукопрозрачных окон, через которые излучение выводится во внешнюю среду. В такой конструкции гидроакустического преобразователя МО гибкие пружины играют роль акустических развязок, включенных между частотопонижающими накладками и двухслойными экранами, каждый из которых состоит в свою очередь из жесткого и гибкого экранов, экранирующих излучение в вертикальном направлении. Корпус гидроакустического преобразователя МО заполнен изолирующей жидкостью, например трансформаторным или силиконовым маслом, компенсирующей внешнее давление и играющей роль герметизирующего слоя, волновое сопротивление которого близко к волновому сопротивлению воды.In the claimed design of the MO sonar transducer, its piezoelectric element is made of a rod glued from piezoceramic washers, the ends of which are rigidly connected to the frequency-reducing plates by a reinforcing pin. The mass of the plates is selected so that the effective speed of sound in the piezoceramic rod element with plates is equal to the speed of sound in water. Cutouts in the case, closed on the outside of the case with a sealing rubber cover, play the role of translucent windows through which radiation is discharged into the external environment. In this design of the MO sonar transducer, flexible springs play the role of acoustic decoupling between frequency-reducing plates and two-layer screens, each of which in turn consists of a rigid and flexible screen that shields the radiation in the vertical direction. The housing of the MO sonar transducer is filled with an insulating liquid, for example, transformer or silicone oil, which compensates for external pressure and plays the role of a sealing layer, the wave resistance of which is close to the wave resistance of water.

Таким образом, данная совокупность общих и отличительных существенных признаков обеспечивает получение технического результата. Именно такая совокупность существенных признаков заявляемого гидроакустического преобразователя МО позволила увеличить его дальность действия.Thus, this combination of common and distinctive essential features provides a technical result. It is this combination of essential features of the claimed sonar transducer MO allowed to increase its range.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявляемого изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решить поставленную задачу.Based on the foregoing, we can conclude that the set of essential features of the claimed invention has a causal relationship with the achieved technical result, i.e. thanks to this combination of essential features of the invention, it has become possible to solve the problem.

Следовательно, заявляемое изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем, т.е. оно явным образом не следует из уровня техники и пригодно для использования.Therefore, the claimed invention is new, has an inventive step, i.e. it does not explicitly follow from the prior art and is suitable for use.

Заявленный гидроакустический преобразователь МО поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схематическая конструкция гидроакустического преобразователя МО, на фиг.2 - характеристика направленности гидроакустического преобразователя МО в вертикальной плоскости, на фиг.3 - частотная характеристика чувствительности гидроакустического преобразователя МО в режиме излучения.The claimed sonar transducer MO is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a schematic construction of a sonar transducer MO, Fig. 2 shows a directivity profile of a sonar transducer MO in a vertical plane, and Fig. 3 shows a frequency response of the sensitivity of a sonar transducer MO in a radiation mode.

Гидроакустический преобразователь МО содержит стержневой пьезокерамический элемент 1 и жестко связанные с ним торцевые фронтальную и тыльную частотопонижающие накладки 2, стянутые армирующей шпилькой 3, фронтальный и тыльный жесткие экраны 4, соединенные с торцевыми накладками 2 через гибкие пружины 5, фронтальный и тыльный гибкие экраны 6, соединенные жестко с соответствующими фронтальным и тыльным жесткими экранами 4, фронтальную и тыльную крышки 7. Пьезокерамический элемент 1, накладки 2, жесткие экраны 4, гибкие экраны 6 и крышки 7 помещены в цилиндрический корпус 8, снабженный тыльным фланцем 9. В корпусе 8 помещены также масленка 10 и разъем 11. Между боковой поверхностью пьезокерамического элемента 1 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 8 помещен звукоизолирующий экран 12 из гибкого материала. Снаружи корпуса 8 размещен герметизирующий резиновый чехол 13. В теле корпуса 8 выполнены горизонтально ориентированные вырезы 14, которые расположены между торцевыми накладками 2 и фронтальным и тыльным жесткими экранами 4, и закрыты снаружи цилиндрического корпуса герметизирующим резиновым чехлом 13. В качестве герметизирующего слоя используется залитая в цилиндрический корпус 8 компенсирующая внешнее давление изолирующая жидкость. Расстояние по вертикали между горизонтально ориентированными вырезами 14 и расстояние между центром пьезокерамического элемента 1 и тыльным фланцем 9 равно половине длины волны в рабочей среде на рабочей частоте.The MO sonar transducer contains a rod piezoceramic element 1 and end-frontal and rear frequency-lowering plates 2 rigidly connected to it, tightened by a reinforcing pin 3, front and rear hard screens 4, connected to end plates 2 through flexible springs 5, front and rear flexible screens 6, rigidly connected to the corresponding front and rear hard screens 4, front and back covers 7. Piezoceramic element 1, pads 2, hard screens 4, flexible screens 6 and covers 7 are placed s in a cylindrical housing 8, equipped with a rear flange 9. An oiler 10 and a connector 11 are also placed in the housing 8. Between the lateral surface of the piezoceramic element 1 and the inner surface of the cylindrical housing 8 a soundproof screen 12 of flexible material is placed. Outside the casing 8, a sealing rubber cover 13 is placed. In the body of the casing 8, horizontally oriented cutouts 14 are made, which are located between the end plates 2 and the front and rear hard screens 4, and are closed outside the cylindrical body by a sealing rubber cover 13. As a sealing layer, an cylindrical body 8 insulating fluid that compensates for external pressure. The vertical distance between the horizontally oriented cutouts 14 and the distance between the center of the piezoceramic element 1 and the rear flange 9 is equal to half the wavelength in the working medium at the working frequency.

Гидроакустический преобразователь МО работает следующим образом.Hydroacoustic transducer MO works as follows.

При возбуждении стержневого пьезокерамического элемента 1 на продольной моде колебаний его торцевые накладки 2 возбуждают радиальные колебания в объеме рабочей среды, расположенной между торцевыми накладками 2 и фронтальным и тыльным жесткими экранами 4, а радиальные колебания объема рабочей среды излучаются через звукопрозрачные окна во внешнюю среду. При этом противофазное излучение боковой поверхности стержневого пьезокерамического элемента 1 экранируется звукоизолирующим гибким экраном 12. Вертикальное излучение торцевых накладок 2 частично экранируется во фронтальном направлении фронтальным двухслойным экраном, состоящим из жесткого экрана 4 и гибкого экрана 6, и фронтальной крышкой 7. В тыльном направлении - тыльным двухслойным экраном, состоящим из фронтального жесткого экрана 4 и фронтального гибкого экрана 6, тыльной крышкой 7 и тыльным фланцем 9. По существу такой гидроакустический преобразователь является двухщелевым синфазным излучателем пульсирующего типа, максимум характеристики направленности которого соответствует горизонтальному направлению. В предлагаемой конструкции гидроакустического преобразователя расстояние L1 между щелевыми излучателями и расстояние L2 между центром пьезокерамического элемента 1 и тыльным фланцем 9 равно половине длины волны во внешней среде на рабочей частоте. При выполнении этого условия характеристика направленности гидроакустического преобразователя в вертикальной плоскости описывается приближенным выражениемWhen the rod piezoelectric ceramic element 1 is excited in a longitudinal mode of oscillation, its end plates 2 excite radial vibrations in the volume of the working medium located between the end plates 2 and the front and rear hard screens 4, and the radial vibrations of the volume of the working medium are radiated through soundproof windows into the external environment. In this case, the out-of-phase radiation of the lateral surface of the core of the piezoelectric ceramic element 1 is shielded by a sound-insulating flexible screen 12. The vertical radiation of the end plates 2 is partially shielded in the front direction by a front two-layer screen, consisting of a hard screen 4 and a flexible screen 6, and a front cover 7. In the back direction, by the back a two-layer screen consisting of a front hard screen 4 and a front flexible screen 6, a back cover 7 and a rear flange 9. In essence, such a hydroacoustic The transmitter is a double-slot common-mode emitter of a pulsating type, the maximum directivity of which corresponds to the horizontal direction. In the proposed design of the sonar transducer, the distance L 1 between the slot emitters and the distance L 2 between the center of the piezoceramic element 1 and the rear flange 9 is equal to half the wavelength in the external medium at the operating frequency. When this condition is met, the directivity characteristic of the sonar transducer in the vertical plane is described by an approximate expression

Φ(β)=cos(0.5πsinβ)cos(πsinβ),Φ (β) = cos (0.5πsinβ) cos (πsinβ),

где β - угол скольжения, причем основное излучение локализовано в секторе углов скольжения β=±30°, а максимум характеристики направленности соответствует горизонтальному излучению.where β is the slip angle, and the main radiation is localized in the slip angle sector β = ± 30 °, and the maximum directivity characteristic corresponds to horizontal radiation.

Экспериментальная характеристика направленности гидроакустического преобразователя МО в вертикальной плоскости поясняется фиг.2 на частоте продольного резонанса стержневого пьезоэлемента, причем уровень фронтального излучения на 5-6 дБ меньше уровня горизонтального излучения, а уровень тыльного излучения на 10 дБ меньше фронтального. Частотная характеристика чувствительности гидроакустического преобразователя МО в режиме излучения поясняется фиг.3, причем первый резонанс соответствует частоте продольного резонанса стержневого пьезоэлемента.The experimental directional characteristic of the MO sonar transducer in the vertical plane is illustrated in Fig. 2 at the longitudinal resonance frequency of the rod piezoelectric element, the front radiation level being 5-6 dB less than the horizontal radiation level and the back radiation level 10 dB less than the front radiation. The frequency response of the sensitivity of the sonar transducer MO in the radiation mode is illustrated in Fig. 3, the first resonance corresponding to the frequency of the longitudinal resonance of the rod piezoelectric element.

Таким образом, разработанный гидроакустический преобразователь МО решает поставленную задачу. Его направленные свойства обеспечивают максимум чувствительности в горизонтальном направлении, достаточную для работы на малых расстояниях чувствительность во фронтальном направлении и эффективную экранировку в тыльном направлении. Эти свойства позволяют в совокупности значительно повысить дальность действия гидроакустического преобразователя и МО в целом в условиях, когда горизонтальное расстояние существенно превосходит глубину моря, например, на шельфе. Наличие герметизирующего слоя на активной поверхности пьезоэлемента, роль которого выполняет жидкостное заполнение корпуса гидроакустического преобразователя, приводит к тому, что изменение акустического сопротивления внешней среды не приводит к заметному изменению электрического сопротивления, а следовательно, и механической прочности гидроакустического преобразователя МО.Thus, the developed sonar transducer MO solves the problem. Its directional properties provide maximum sensitivity in the horizontal direction, sensitivity in the front direction, and effective screening in the rear direction, sufficient for working at short distances. These properties together make it possible to significantly increase the range of the sonar transducer and the MO as a whole under conditions when the horizontal distance significantly exceeds the depth of the sea, for example, on the shelf. The presence of a sealing layer on the active surface of the piezoelectric element, the role of which is liquid filling the body of the sonar transducer, leads to the fact that a change in the acoustic resistance of the external environment does not lead to a noticeable change in the electrical resistance, and therefore the mechanical strength of the sonar transducer MO.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №3317762, Н04R 1/44, 1967 г.1. US patent No. 3317762, H04R 1/44, 1967

2. Патент Российской Федерации №2044411, МПК 6 Н04R 1/44, 15.02.1993 г., «Гидроакустический преобразователь маяка-ответчика» - прототип.2. Patent of the Russian Federation No. 2044411, IPC 6 Н04R 1/44, 02.15.1993, “Hydroacoustic transducer of the respondent beacon” - prototype.

Claims (4)

1. Гидроакустический преобразователь маяка-ответчика, содержащий пьезокерамический элемент с герметизирующим слоем на активной поверхности, выполненным из материала с (ρс)сл=(1.6-2) 106 кг/м2с, (где ρсл, cсл, - плотность и скорость звука в материале слоя), и корпус, отличающийся тем, что пьезокерамический элемент выполнен в виде вертикального набора пьезокерамических шайб и жестко связанных с ними торцевых накладок, стянутых армирующей шпилькой, фронтального и тыльного жестких экранов, соединенных с торцевыми накладками через гибкие пружины, фронтального и тыльного гибких экранов, соединенных жестко с соответствующими фронтальным и тыльным жесткими экранами, фронтальной и тыльной крышек, соединенных с соответствующими фронтальным и тыльным гибкими экранами, которые помещены в корпус, причем последний выполнен цилиндрическим и снабжен тыльным фланцем, в теле цилиндрического корпуса выполнены горизонтально ориентированные вырезы, расположенные между торцевыми накладками и фронтальным и тыльным жесткими экранами, закрытые снаружи цилиндрического корпуса герметизирующим резиновым чехлом, в качестве герметизирующего слоя используется залитая в цилиндрический корпус компенсирующая внешнее давление изолирующая жидкость, причем между боковой поверхностью пьезокерамического элемента и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса помещен звукоизолирующий экран из гибкого материала, расстояние по вертикали между горизонтально ориентированными вырезами и расстояние между центром пьезокерамического элемента и тыльным фланцем равно половине длины волны в рабочей среде на рабочей частоте.1. The hydroacoustic transducer of the transponder beacon, containing a piezoceramic element with a sealing layer on the active surface made of material with (ρс) sl = (1.6-2) 10 6 kg / m2s, (where ρ sl , c sl , - density and speed sound in the layer material), and the casing, characterized in that the piezoceramic element is made in the form of a vertical set of piezoceramic washers and end plates rigidly connected with them, tightened by a reinforcing pin, front and rear hard screens connected to the end plates through flexible springs frontal and rear flexible screens connected rigidly to the corresponding frontal and rear hard screens, frontal and rear covers connected to the corresponding frontal and rear flexible screens that are placed in the housing, the latter being cylindrical and provided with a rear flange, in the body of the cylindrical housing horizontally oriented cutouts located between the end plates and the front and rear hard screens, sealed on the outside of the cylindrical body m rubber cover, as an encapsulating layer, an insulating fluid is used to compensate for external pressure, filled in a cylindrical body, and a soundproofing screen made of flexible material is placed between the side surface of the piezoceramic element and the inner surface of the cylindrical body, the vertical distance between horizontally oriented cutouts and the distance between the center of the piezoceramic element and the back flange is equal to half the wavelength in the working medium at the working frequency. 2. Гидроакустический преобразователь маяка-ответчика по п.1, отличающийся тем, что звукоизолирующий экран выполнен из гибкого материала, например, из жесткого пенопласта.2. The hydroacoustic transducer of the responder beacon according to claim 1, characterized in that the soundproofing screen is made of flexible material, for example, of rigid foam. 3. Гидроакустический преобразователь маяка-ответчика по п.1, отличающийся тем, что частотопонижающие накладки, фронтальный и тыльный жесткие экраны выполнены из стали.3. The hydro-acoustic transducer of the responder beacon according to claim 1, characterized in that the frequency-reducing pads, the front and rear hard screens are made of steel. 4. Гидроакустический преобразователь маяка-ответчика по п.1, отличающийся тем, что корпус заполнен изолирующей жидкостью, в качестве которой используют трансформаторное или силиконовое масло.4. The hydro-acoustic transducer of the responder beacon according to claim 1, characterized in that the housing is filled with an insulating liquid, which is used as transformer or silicone oil.
RU2007108488/28A 2007-03-06 2007-03-06 Transponder-beacon hydroacoustic transducer RU2340122C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007108488/28A RU2340122C1 (en) 2007-03-06 2007-03-06 Transponder-beacon hydroacoustic transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007108488/28A RU2340122C1 (en) 2007-03-06 2007-03-06 Transponder-beacon hydroacoustic transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2340122C1 true RU2340122C1 (en) 2008-11-27

Family

ID=40193375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007108488/28A RU2340122C1 (en) 2007-03-06 2007-03-06 Transponder-beacon hydroacoustic transducer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2340122C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11890140B2 (en) Ultrasound transducer assembly
US9387514B2 (en) Low frequency electro acoustic transducer and method of generating acoustic waves
CN108769869A (en) A kind of deep water bending disk energy converter
JP5504276B2 (en) Sonic transducer and sonar antenna with improved directivity
RU2647992C1 (en) Deep-water broadband hydroacoustic transducer
CN102750941A (en) Deep-water ultra wide band spherical transducer
RU2340122C1 (en) Transponder-beacon hydroacoustic transducer
CN111119839A (en) While-drilling ultrasonic probe assembly and while-drilling ultrasonic detection method
AU8423198A (en) Transmission antenna for a sonar system
RU2166840C2 (en) Hydroacoustic antenna
CN110523608B (en) Integrated double-frequency transducer
US20190257930A1 (en) Multi frequency piston transducer
CN211217400U (en) Integrated double-frequency transducer
EP2735380A1 (en) A transducer for a locator beacon and an underwater locator beacon
RU2267866C1 (en) Hydro-acoustic rod-type transformer
JP2019502280A (en) Broadband underwater acoustic transceiver
RU2712924C1 (en) Electroacoustic non-directional transducer
RU2270533C2 (en) Hydro-acoustic rod transformer
RU2044411C1 (en) Hydroacoustic converter of beacon transponder
RU2292674C1 (en) Hydro-acoustic rod transformer
RU27768U1 (en) MULTI-ELEMENT HYDROACOUSTIC ANTENNA
RU2236768C1 (en) Hydroacoustic radiating antenna of towed submersible craft
JP2019176315A (en) Echo sounder transducer
RU173638U1 (en) ULTRASONIC ACOUSTIC RECEIVER-TRANSMISSION MODULE
RU2167496C1 (en) Hydroacoustic multi-unit antenna and piezoelectric rod transducer for said antenna

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180307