RU2392767C1

RU2392767C1 - Hydrophone

Info

Publication number: RU2392767C1
Application number: RU2009123282/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Еняков (RU); Александр Михайлович Еняков; Владимир Николаевич Зюзин (RU); Владимир Николаевич Зюзин; Виталий Николаевич Некрасов (RU); Виталий Николаевич Некрасов; Борис Петрович Смирнов (RU); Борис Петрович Смирнов
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2010-06-20

Abstract

FIELD: physics, acoustics.

SUBSTANCE: invention relates to hydroacoustics and can be used to alter parametres of sonar noise in marine environments. The hydrophone has a cylindrical housing fitted with a coaxial tubular piezoelectric element, adapter sleeves and sealing rings, where one end of the cylindrical piezoelectric element is closed by a plug, and on the outer surface of the cylindrical housing and the tubular piezoelectric element there is a flexible insulation coating. The hydrophone also has a circuit board attached to the housing on which there is a preliminary amplifier and a capacitor whose capacitance is equal to capacitance of the piezoelectric element. Outputs of the piezoelectric element and the capacitor are made with possibility of controlled connection to the input of the preliminary amplifier, where the preliminary amplifier and the capacitor are mounted on the circuit board in a metal screen, and the other insulation coating is made from two layers of a transparent elastic polyurethane compound with a metal layer in between, electrically connected to the metal screen of the preliminary amplifier and the capacitor.

EFFECT: more reliable operation, higher hydro-stability and possibility of monitoring operating capacity of the hydrophone.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для измерений параметров гидроакустического шума в морских условиях.The invention relates to sonar and can be used to measure the parameters of sonar noise in marine conditions.

Известен гидрофон аналогичного назначения, принятый за прототип, содержащий цилиндрический корпус с закрепленным в нем соосным трубчатым пьезоэлектрическим элементом, переходные втулки и герметизирующие кольца, при этом один из торцов цилиндрического пьезоэлектрического элемента закрыт заглушкой, а на наружные поверхности цилиндрического корпуса и трубчатого пьезоэлектрического элемента нанесено упругое изоляционное покрытие /Пат. США №4178577, кл.367-159 (Н04В 13/00), 1979/.A known hydrophone of a similar purpose, adopted for the prototype, comprising a cylindrical body with a coaxial tubular piezoelectric element fixed in it, adapter sleeves and sealing rings, one of the ends of the cylindrical piezoelectric element is closed by a plug, and an elastic surface is applied to the outer surfaces of the cylindrical body and the tubular piezoelectric element insulation coating / Pat. US No. 4178577, CL 367-159 (H04B 13/00), 1979 /.

Недостатком прототипа является влияние электрических полей на показания гидрофона, его низкая гидроустойчивость и невозможность контроля работоспособности прибора в натурных условиях. Это снижает надежность работы гидрофона.The disadvantage of the prototype is the influence of electric fields on the readings of the hydrophone, its low hydrostability and the inability to control the operability of the device in natural conditions. This reduces the reliability of the hydrophone.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение надежности работы гидрофона за счет экранировки гидрофона от влияния электрических полей, повышения его гидроустойчивости и получения возможности контроля работоспособности гидрофона в натурных условиях.The technical result obtained from the implementation of the invention is to increase the reliability of the hydrophone by shielding the hydrophone from the influence of electric fields, increasing its hydrostability and gaining the ability to control the operability of the hydrophone in natural conditions.

Поставленный технический результат достигают за счет того, что известный гидрофон, содержащий цилиндрический корпус с закрепленным в нем соосным трубчатым пьезоэлектрическим элементом, переходные втулки и герметизирующие кольца, при этом один из торцов цилиндрического пьезоэлектрического элемента закрыт заглушкой, а на наружные поверхности цилиндрического корпуса и трубчатого пьезоэлектрического элемента нанесено упругое изоляционное покрытие, дополнительно содержит монтажную плату, закрепленную в корпусе с установленным на ней предварительным усилителем и электрическим конденсатором с емкостью, равной электрической емкости пьезоэлектрического элемента, при этом выходы пьезоэлектрического элемента и конденсатора выполнены с возможностью управляемого подключения к входу предварительного усилителя, причем предварительный усилитель и конденсатор установлены на монтажной плате в металлическом экране, а упругое изоляционное покрытие выполнено из двух слоев прозрачного эластичного полиуретанового компаунда, между которыми нанесен металлический слой, электрически соединенный с металлическим экраном предварительного усилителя и конденсатора.The technical result achieved is achieved due to the fact that the known hydrophone containing a cylindrical body with a coaxial tubular piezoelectric element fixed therein, adapter sleeves and sealing rings, one of the ends of the cylindrical piezoelectric element is closed by a plug, and on the outer surfaces of the cylindrical body and tubular piezoelectric the element is coated with an elastic insulating coating, further comprises a mounting plate fixed in the housing with it installed a pre-amplifier and an electric capacitor with a capacity equal to the electric capacitance of the piezoelectric element, while the outputs of the piezoelectric element and capacitor are made with the possibility of controlled connection to the input of the pre-amplifier, the pre-amplifier and capacitor mounted on a circuit board in a metal screen, and the elastic insulating coating is made of two layers of transparent elastic polyurethane compound, between which a metal layer is applied, matic connected to the metallic screen preamp and condenser.

Металлический слой выполнен из олово-свинцового сплава.The metal layer is made of tin-lead alloy.

Гидрофон дополнительно может содержать разъем, установленный на выходе предварительного усилителя, соединенный с ним кабелем, и съемную крышку, закрепленную на втором торце цилиндрического корпуса напротив разъема.The hydrophone may further comprise a connector mounted at the output of the preamplifier, connected by a cable, and a removable cover fixed to the second end of the cylindrical body opposite the connector.

Вся совокупность перечисленных выше признаков изобретения обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые испрашивается объем правовой охраны.The whole combination of the above features of the invention provides a technical result in all cases for which the scope of legal protection is claimed.

Так, повышение надежности работы гидрофона за счет обеспечения возможности контроля его работоспособности в натурных условиях невозможно без соответствующей экранировки пьезоэлектрического элемента и предварительного усилителя, применяемых в гидрофоне совместно с совокупностью признаков ограничительной части формулы изобретения.So, improving the reliability of the hydrophone by providing the ability to control its operability in natural conditions is impossible without appropriate shielding of the piezoelectric element and pre-amplifier used in the hydrophone together with a combination of features of the restrictive part of the claims.

Таким образом, можно считать, что единство изобретения в материалах заявки соблюдено.Thus, we can assume that the unity of invention in the application materials is observed.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема гидрофона.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a hydrophone.

Гидрофон содержит корпус 1 с соосно закрепленным в нем тангенцально поляризованным цилиндрическим пьезоэлементом 2, переходные втулки 3, 4, 5, 6 и герметизирующие уплотнительные кольца 7, 8.The hydrophone comprises a housing 1 with a tangentially polarized cylindrical cylindrical piezoelectric element 2 coaxially mounted in it, adapter sleeves 3, 4, 5, 6 and sealing sealing rings 7, 8.

Цилиндрический пьезоэлемент 2 выполнен из тангенцально поляризованного пьезокерамического тонкостенного цилиндра диаметром 20 мм (толщина стенки 1,0 мм), который резиновыми кольцами 7 с помощью винта 9 и втулки 3 закреплен в корпусе 1.The cylindrical piezoelectric element 2 is made of a tangentially polarized piezoelectric thin-walled cylinder with a diameter of 20 mm (wall thickness 1.0 mm), which is rubber rings 7 with a screw 9 and sleeve 3 is fixed in the housing 1.

Снаружи гидрофон залит двойным слоем акустически прозрачного эластичного полиуретанового компаунда 10, 11. Между слоями компаунда наносится тонкий (30 мкм) слой 12 из сплава олово-свинец, повышающий гидроустойчивость чувствительного элемента и одновременно являющийся электрическим экраном.Outside, the hydrophone is flooded with a double layer of an acoustically transparent elastic polyurethane compound 10, 11. A thin (30 μm) layer of tin-lead alloy 12 is applied between the layers of the compound, increasing the hydrostability of the sensing element and at the same time being an electric screen.

Имеется также предварительный усилитель, состоящий из платы 13 и реле 14. Плата 13 предварительного усилителя, фиксируемая втулкой 6 в корпусе 1, установлена в металлическом экране (корпус 1), который изолирован от контакта с водой втулкой 5. Предварительный усилитель соединяется с дополнительным корпусом 15 через втулку 5, изготовленную из диэлектрика.There is also a preamplifier consisting of a board 13 and a relay 14. The preamplifier board 13, fixed by the sleeve 6 in the housing 1, is installed in a metal screen (housing 1), which is isolated from the water contact by the sleeve 5. The preliminary amplifier is connected to the additional housing 15 through a sleeve 5 made of a dielectric.

Гидрофон заканчивается разъемом 16, закрепленным во втулке 4.The hydrophone ends with a connector 16, mounted in the sleeve 4.

Герметизация гидрофона при стыковке с кабелем осуществляется за счет радиальных уплотнительных колец 8.The hydrophone is sealed when docked with the cable due to the radial sealing rings 8.

Для обеспечения более легкой стыковки разъема 16 гидрофона с посадочным местом имеется механический ловитель (на чертеже не оцифрован).To ensure easier docking of the hydrophone connector 16 with the seat, there is a mechanical catcher (not digitized in the drawing).

Под позицией 17 на чертеже изображены выводы разъема 16. (Провода, идущие от предварительного усилителя к выводам 17 разъема 16 и от электродов пьезоэлектрического элемента 2 к предварительному усилителю, на чертеже не оцифрованы).Under position 17 in the drawing shows the conclusions of the connector 16. (The wires going from the pre-amplifier to the terminals 17 of the connector 16 and from the electrodes of the piezoelectric element 2 to the pre-amplifier are not digitized in the drawing).

Под позицией 18 на чертеже изображена крышка, используемая при хранении и транспортировании гидрофона.At 18, the lid is used to store and transport the hydrophone.

Схема предварительного усилителя (не приведена) содержит электрический конденсатор, равный по емкости емкости пьезоэлектрического элемента 2. С помощью реле 14 электрический конденсатор может быть подключен к входу предварительного усилителя вместо пьезоэлектрического элемента 2.The pre-amplifier circuit (not shown) contains an electric capacitor equal in capacity to the capacitance of the piezoelectric element 2. Using a relay 14, an electric capacitor can be connected to the input of the pre-amplifier instead of the piezoelectric element 2.

Гидрофон работает следующим образом.The hydrophone works as follows.

Перед работой и после работы гидрофона на реле 14 подается командный сигнал, отсоединяющий от усилителя пьезоэлектрический элемент 2 и подсоединяющий к его выходу конденсатор той же емкости (не показан). При этом контролируется целостность и герметичность гидрофона, а также измеряются его собственные шумы. Происходит периодическая калибровка гидрофона в натурных условиях.Before and after operation of the hydrophone, a command signal is supplied to the relay 14, disconnecting the piezoelectric element 2 from the amplifier and connecting a capacitor of the same capacity (not shown) to its output. At the same time, the integrity and tightness of the hydrophone is controlled, and its own noise is measured. The hydrophone is periodically calibrated under field conditions.

Затем устанавливают гидрофон в исследуемой области натурного водоема. Гидроакустические шумы, воздействующие на чувствительный элемент гидрофона, преобразуются в электрический сигнал, усиливаемый в предварительном усилителе. С выхода усилителя сигнал по кабелю (не показан) направляется на блоки обработки и регистрации (не показаны).Then set the hydrophone in the studied area of the natural reservoir. Hydroacoustic noises acting on the sensitive element of the hydrophone are converted into an electrical signal amplified in a pre-amplifier. From the output of the amplifier, a signal through a cable (not shown) is sent to processing and recording units (not shown).

В данном техническом решении появилась возможность периодической калибровки и проверки работоспособности гидрофона в натурных условиях, что повышает надежность работы гидрофона, но результаты калибровки сведутся к нулю, если из состава гидрофона исключить признаки, касающиеся электрической экранировки пьезоэлектрического элемента и предварительного усилителя при одновременном обеспечении за счет этих признаков гидроустойчивости гидрофона.This technical solution made it possible to periodically calibrate and verify the operability of the hydrophone in natural conditions, which increases the reliability of the hydrophone, but the calibration results will be nullified if the signs related to the electrical shielding of the piezoelectric element and the pre-amplifier are excluded from the hydrophone while ensuring these hydrophobic signs of hydrophone.

Таким образом, поставленный технический результат - повышение надежности работы гидрофона, достигается всей совокупностью существенных признаков основного пункта формулы изобретения.Thus, the technical result set - improving the reliability of the hydrophone, is achieved by the totality of the essential features of the main claim.

Claims

1. A hydrophone comprising a cylindrical body with a coaxial tubular piezoelectric element fixed therein, adapter sleeves and sealing rings, wherein one of the ends of the cylindrical piezoelectric element is closed with a plug, and an elastic insulation coating is applied to the outer surfaces of the cylindrical body and the tubular piezoelectric element, characterized in that additionally contains a circuit board fixed in the housing with a pre-amplifier installed on it and an electric conduit a capacitor with a capacity equal to the electric capacitance of the piezoelectric element, while the outputs of the piezoelectric element and capacitor are made with the possibility of controlled connection to the input of the pre-amplifier, the pre-amplifier and capacitor mounted on a circuit board in a metal screen, and the elastic insulating coating is made of two layers of transparent elastic polyurethane compound, between which a metal layer is applied, electrically connected to a metal screen before aritelnogo amplifier and a capacitor.

2. The hydrophone according to claim 1, characterized in that the metal layer is made of tin-lead alloy.

3. The hydrophone according to claim 1, characterized in that it further comprises a connector mounted at the output of the pre-amplifier, connected by a cable and a removable cover fixed to the second end of the cylindrical body opposite the connector.