RU2469495C1 - Rod-shaped piezoelectric transducer - Google Patents
Rod-shaped piezoelectric transducer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469495C1 RU2469495C1 RU2011131332/28A RU2011131332A RU2469495C1 RU 2469495 C1 RU2469495 C1 RU 2469495C1 RU 2011131332/28 A RU2011131332/28 A RU 2011131332/28A RU 2011131332 A RU2011131332 A RU 2011131332A RU 2469495 C1 RU2469495 C1 RU 2469495C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thick
- shaped
- walled
- transducer
- cover plate
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к гидроакустической технике и может быть использовано при конструировании многоэлементных дискретных гидроакустических антенн.The invention relates to sonar technology and can be used in the construction of multi-element discrete sonar antennas.
При разработке гидроакустической аппаратуры важное место занимает вопрос минимизации массогабаритных размеров создаваемых приборов наряду с обеспечением высокого качества их характериcтик.When developing hydroacoustic equipment, an important place is occupied by the issue of minimizing the overall dimensions of the created devices along with ensuring the high quality of their characteristics.
Известны конструкции стержневых электроакустических преобразователей, которые для уменьшения их продольного размера снабжены передней и тыльной пассивными накладками (см., например, [1] стр.98, рис.6.1а, б). Такие преобразователи, как правило, содержат активный элемент, выполненный в виде набора пьезокерамических шайб, армированного металлической стяжкой, переднюю и тыльную накладки, одна из которых, в данных примерах тыльная, выполнена стаканообразной, при этом край стакана обращен в сторону передней излучающей накладки.Known designs of rod electro-acoustic transducers, which are equipped with front and rear passive plates to reduce their longitudinal size (see, for example, [1] p. 98, Fig. 6.1a, b). Such transducers, as a rule, contain an active element made in the form of a set of piezoceramic washers reinforced with a metal screed, a front and a back lining, one of which, in these examples, is back, is made glass-like, with the glass edge facing the front radiating lining.
Достоинство этого преобразователя состоит в компактности его конструкции, недостатком же его является возможность возникновения колебаний стенки стаканообразной накладки на своей собственной резонансной частоте - так называемый «колокольный эффект», что обычно приводит к искажению частотных характеристик преобразователя. Кроме того, здесь не полностью использованы возможности минимизации поперечного размера преобразователя, так как при его индивидуальной герметизации корпус цилиндрической формы, обычно связанный полимерным узлом развязки с боковой поверхностью края конической части передней накладки, препятствует применению такой конструкции в дискретных многоэлементных антеннах, имеющих общий контур герметизации.The advantage of this converter is the compactness of its design, but its disadvantage is the possibility of oscillations of the wall of the glass-like lining at its own resonant frequency - the so-called "bell effect", which usually leads to distortion of the frequency characteristics of the converter. In addition, the possibilities of minimizing the transverse size of the transducer are not fully used here, since when it is individually sealed, the cylindrical case, usually connected by a polymer decoupling unit to the side surface of the edge of the conical part of the front cover, prevents the use of such a design in discrete multi-element antennas having a common sealing circuit .
Следует отметить, что применение индивидуальной герметизации преобразователей в многоэлементных дискретных гидроакустических антеннах приводит к снижению их надежности и технологичности при одновременном повышении трудозатрат в процессе изготовления.It should be noted that the use of individual sealing of transducers in multi-element discrete sonar antennas leads to a decrease in their reliability and manufacturability while increasing labor costs in the manufacturing process.
Известны конструкции стержневых пьезоэлектрических преобразователей, работающих в составе многоэлементных антенн, не имеющих индивидуальной герметизации [2, 3]. Их герметизация имеет общий контур и осуществляется герметичной конструкцией антенны. У преобразователей этих антенн стаканообразной выполнены как передняя, так и тыльная накладка и предприняты меры для устранения «колокольного эффекта» в стаканообразных накладках. Преобразователи [2, 3] компактны и не вносят искажений в характеристики направленности (ХН) многоэлементных антенн, созданных на их основе.Known designs of piezoelectric rod transducers operating as part of multi-element antennas that do not have individual sealing [2, 3]. Their sealing has a common circuit and is carried out by a sealed antenna design. Converters of these glass-shaped antennas have both a front and a back plate and measures have been taken to eliminate the “bell effect” in the glass-shaped plates. The transducers [2, 3] are compact and do not introduce distortions in the directivity characteristics (CI) of multi-element antennas created on their basis.
Пьезоэлектрический стержневой преобразователь [3] является наиболее близким аналогом заявляемому. Он имеет активный элемент в виде набора пьезокерамических шайб, армированных металлической стяжкой, переднюю и тыльную стаканообразные накладки, направленные краями друг к другу. На стенки стаканообразных накладок с натягом надеты резиновые манжеты.Piezoelectric rod transducer [3] is the closest analogue of the claimed. It has an active element in the form of a set of piezoceramic washers reinforced with a metal screed, front and back glass-shaped overlays directed by the edges to each other. Rubber cuffs are put on the walls of the glass-shaped overlays with an interference fit.
Рассмотренные пьезоэлектрические стержневые преобразователи [2, 3] предназначены только для установки в антенны, имеющие общую накладку. В настоящее время большое распространение получают гидроакустические многоэлементные антенны, апертура которых имеет выпуклую криволинейную форму, в том числе форму тел вращения, например в виде цилиндра или сферы [4]. Тенденции развития гидроакустической антенной техники предполагают снижение весов и габаритов гидроакустических антенн. Это может быть достигнуто, если корпус антенны выполнен из современного полимерного материала.The considered piezoelectric rod transducers [2, 3] are intended only for installation in antennas having a common overlay. At present, hydroacoustic multi-element antennas are widely used, the aperture of which has a convex curvilinear shape, including the shape of bodies of revolution, for example, in the form of a cylinder or a sphere [4]. Development trends of hydroacoustic antenna technology suggest a decrease in the weights and dimensions of hydroacoustic antennas. This can be achieved if the antenna housing is made of modern polymer material.
Конструкция преобразователя [3] не позволяет встраивать его в дискретную гидроакустическую многоэлементную антенну, имеющую толстостенный корпус из полимерного материала, имеющий в общем случае выпуклую криволинейную наружную поверхность, радиус которого составляет около 3-х длин волн в среде на средней частоте рабочего диапазона.The design of the transducer [3] does not allow it to be embedded in a discrete hydroacoustic multi-element antenna having a thick-walled body made of a polymeric material, generally having a convex curved outer surface, the radius of which is about 3 wavelengths in the medium at an average frequency of the operating range.
Задачей изобретения является создание конструкции преобразователя с уменьшенными размерами в осевом направлении и в поперечном направлении в тыльной области преобразователя для встраивания в гидроакустическую дискретную антенну, имеющую толстостенный корпус из полимерного материала, что весьма актуально при проектировании вышеуказанных антенн с минимизированными массагабаритными размерами.The objective of the invention is to create a design of the transducer with reduced dimensions in the axial direction and in the transverse direction in the rear region of the transducer for integration into a hydroacoustic discrete antenna having a thick-walled body made of polymer material, which is very important when designing the above antennas with minimized overall dimensions.
Техническим результатом заявленного пьезоэлектрического стержневого преобразователя является оптимизация его конструкции при работе в составе многоэлементной дискретной антенны выпуклой формы, имеющей толстостенный полимерный корпус большой кривизны при малых волновых размерах.The technical result of the claimed piezoelectric rod transducer is to optimize its design when operating as part of a multi-element discrete convex-shaped antenna having a thick-walled polymer body of large curvature at small wave sizes.
Для обеспечения указанного технического результата пьезоэлектрический стержневой преобразователь для гидроакустической многоэлементной антенны, вставленный заподлицо в ее толстостенный полимерный корпус преимущественно криволинейный с радиусом, по крайней мере, в одной из плоскостей 3 длины волны в среде на средней частоте рабочего диапазона, содержит армированный шпилькой активный элемент в виде набора пьезокерамических шайб, переднюю стаканообразную накладку и тыльную накладки в виде гайки, причем стаканообразная передняя накладка, высота которой равна толщине толстостенного полимерного корпуса, имеет конический участок, примыкающий к ее рабочей поверхности для фиксации пьезоэлектрического стержневого преобразователя вровень с наружной поверхностью толстостенного полимерного корпуса, при этом на наружной цилиндрической части поверхности передней стаканообразной накладки выполнены, по крайней мере, две канавки, в которых размещены резиновые уплотнительные кольца, демпфирующие колебания стаканообразной передней накладки, для закрепления пьезокерамического стержневого преобразователя в отверстии толстостенного полимерного корпуса, развязки от него и герметизации.To ensure the technical result indicated, a piezoelectric rod transducer for a multi-element hydroacoustic antenna inserted flush into its thick-walled polymer body is predominantly curved with a radius of at least one of the 3 wavelength planes in the medium at an average frequency of the operating range and contains an active element in the form of a set of piezoceramic washers, a front glass-shaped plate and a back plate in the form of a nut, and a glass-shaped front plate a plate whose height is equal to the thickness of a thick-walled polymer case has a conical section adjacent to its working surface for fixing the piezoelectric rod transducer flush with the outer surface of a thick-walled polymer case, at least two grooves are made on the outer cylindrical part of the surface of the front cup-shaped lining in which rubber o-rings are placed, damping vibrations of the glass-like front plate to secure the piezoceramic th transducer rod in the bore thick-walled polymer shell, decoupling and sealing it.
Заявленное техническое решение обеспечило существенное уменьшение продольного размера стержневого пьезоэлектрического преобразователя, уменьшение поперечного размера тыльной накладки за счет выполнения ее в виде гайки, а не стакана и технологичность встраивания в полимерный толстостенный корпус антенны, что позволяет встраивать его в антенну большой кривизны и малых волновых размеров.The claimed technical solution has provided a significant reduction in the longitudinal size of the rod piezoelectric transducer, reducing the transverse size of the back plate due to its design in the form of a nut, not a cup, and the technology of incorporation into the polymer thick-walled antenna body, which allows it to be embedded in an antenna of large curvature and small wave sizes.
Для упрощения технологии сборки и уменьшения продольного размера пьезоэлектрического стержневого преобразователя его электрический монтаж выполнен посредством двух гирлянд, каждая из которых состоит из тонких металлических шайб, выполненных заедино с перемычками, длина которых несколько превышает удвоенную толщину пьезокерамической шайбы, при этом при сборке активного элемента каждая из тонких металлических шайб одной гирлянды, чередующихся с тонкими металлическими шайбами другой гирлянды, находится между двумя смежными пьезокерамическими шайбами и соединяет их электроды одинаковой полярности, причем перемычки гирлянд смещены друг относительно друга на 90° вокруг оси активного элемента и образуют арки, электрически изолированные от поверхности активного элемента.To simplify the assembly technology and reduce the longitudinal size of the piezoelectric rod transducer, its electrical installation is performed using two strings, each of which consists of thin metal washers made together with jumpers, the length of which slightly exceeds twice the thickness of the piezoceramic washer, while each of the active element is assembled, each thin metal washers of one garland, alternating with thin metal washers of another garland, is located between two adjacent piezo with washers and connects their electrodes of the same polarity, with the garland jumpers 90 ° apart from each other around the axis of the active element and form arches that are electrically isolated from the surface of the active element.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, где представлена конструкция пьезоэлектрического стержневого преобразователя, который содержит переднюю стаканообразную накладку 1, активный элемент в виде набора пьезокерамических шайб 2, гирлянду плюсового электрода 3, уплотнительные кольца 4, тыльную накладку 5 в виде гайки, армирующий шпильку 6 и гирлянду 7 минусового электрода, перемычки которой смещены вокруг оси преобразователя на угол 90° относительно перемычек гирлянды 3.The invention is illustrated in figure 1, which shows the design of a piezoelectric rod transducer, which contains a front glass-shaped plate 1, an active element in the form of a set of piezoceramic washers 2, a garland of a positive electrode 3, O-rings 4, a back plate 5 in the form of a nut, reinforcing pin 6 and a garland 7 of a negative electrode, the jumpers of which are offset around the axis of the transducer by an angle of 90 ° relative to the jumpers of the garland 3.
На фиг.1 показано поперечное сечение преобразователя, на котором видно, что перемычки гирлянд 3 и 7 изогнуты в виде арки над боковой поверхностью набора пьезокерамических шайб 2.Figure 1 shows the cross section of the Converter, which shows that the jumpers of the garlands 3 and 7 are curved in the form of an arch over the side surface of the set of piezoceramic washers 2.
Работа заявленного пьезоэлектрического стержневого преобразователя в режиме излучения происходит следующим образом: на пьезокерамические шайбы 2 через электрические выводы в виде гирлянд 3 и 7 подается электрическое напряжение сигнала, необходимое для возбуждения механических колебаний, обеспечивающих излучение звуковых волн с излучающей поверхности передней накладки 1 в окружающую среду. При работе преобразователя в режиме приема на электрических выводах 3 и 7 регистрируется сигнал, появляющийся при вынужденных механических колебаниях преобразователя, возникающих от воздействия звуковых волн, падающих на поверхность передней накладки 1.The operation of the claimed piezoelectric rod transducer in the radiation mode is as follows: the piezoelectric washers 2 through the electrical leads in the form of daisies 3 and 7 are supplied with the signal voltage necessary to excite mechanical vibrations that emit sound waves from the radiating surface of the front plate 1 into the environment. When the converter is in the receiving mode, the signal is recorded at the electrical terminals 3 and 7, which appears during forced mechanical vibrations of the converter, arising from the action of sound waves incident on the surface of the front cover 1.
При механических продольных колебаниях пьезоэлектрического стержневого преобразователя из-за влияния связанных с ними поперечных колебаний стенки стаканообразной накладки на частотных характеристиках преобразователя могут возникать нежелательные паразитные резонансы, которые в результате предложенного в заявке конструктивного технического решения и благодаря демпфирующему действию уплотнительных колец вообще исключаются; одновременно с этим уплотнительные кольца обеспечивают фиксацию преобразователя в толстостенном полимерном корпусе, акустическую развязку от него и герметизацию конструкции корпуса. При этом выполнение тыльной накладки в виде шайбы позволяет встраивать преобразователи в толстостенный полимерный корпус большой кривизны.In the case of mechanical longitudinal vibrations of a piezoelectric rod transducer due to the influence of transverse vibrations associated with them, the walls of the glass-like lining on the frequency characteristics of the transducer, undesirable spurious resonances can occur, which are eliminated due to the proposed technical solution and due to the damping effect of the sealing rings; at the same time, the sealing rings provide the fixation of the transducer in a thick-walled polymer case, acoustic isolation from it and sealing of the case structure. At the same time, the implementation of the back lining in the form of a washer allows the converters to be embedded in a thick-walled polymer body of large curvature.
Применение предложенной конструкции электрических выводов преобразователя в виде цельнометаллических гирлянд значительно упрощает конструкцию его токоведущих частей, благодаря этому она становится более компактной, механически прочной и менее трудоемкой в изготовлении, при этом повышается также надежность и долговечность преобразователя.The application of the proposed design of the electrical terminals of the converter in the form of all-metal garlands greatly simplifies the design of its current-carrying parts, due to which it becomes more compact, mechanically strong and less labor-consuming to manufacture, while the reliability and durability of the converter are also increased.
Источники информацииInformation sources
1. Подводные электроакустические преобразователи: (Расчет и проектирование). Справочник / В.В.Богородский, Л.А.Зубарев, Е.А.Корепин, В.И.Якушев. - П., Судостроение, 1983.1. Underwater electro-acoustic transducers: (Calculation and design). Reference book / V.V. Bogorodsky, L.A. Zubarev, E.A. Korepin, V.I. Yakushev. - P., Shipbuilding, 1983.
2. Патент США №3974474 по кл. H04R 1/44 на «Подводный электроакустический преобразователь», опубликован 10.08.1976 г.2. US patent No. 3974474 for CL. H04R 1/44 on “Underwater Electro-Acoustic Transducer”, published on 08/10/1976
3. Патент РФ №2303336 по кл. H04R 1/44, H04R 17/00 на «Гидроакустическую многоэлементную антенну и пьезоэлектрический стержневой преобразователь для такой антенны», опубликован 26.02.2007 г. - прототип3. RF patent No. 2303336 according to class. H04R 1/44, H04R 17/00 on “Hydroacoustic multi-element antenna and piezoelectric rod transducer for such an antenna”, published February 26, 2007 - prototype
4. Патент Франции №2709909 по кл. H04R 1/44 на «Гидроакустическую антенну со сферическим корпусом», опубликован 17.03.1995 г.4. French patent No. 2709909 for class. H04R 1/44 on the “Hydroacoustic Antenna with Spherical Housing”, published March 17, 1995
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011131332/28A RU2469495C1 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Rod-shaped piezoelectric transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011131332/28A RU2469495C1 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Rod-shaped piezoelectric transducer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2469495C1 true RU2469495C1 (en) | 2012-12-10 |
Family
ID=49255916
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011131332/28A RU2469495C1 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Rod-shaped piezoelectric transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2469495C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109959916A (en) * | 2017-12-26 | 2019-07-02 | 中国船舶重工集团公司七五〇试验场 | A kind of high-frequency wideband composite bar energy converter |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2077552A (en) * | 1980-05-21 | 1981-12-16 | Smiths Industries Ltd | Multi-frequency transducer elements |
GB2078958A (en) * | 1980-05-21 | 1982-01-13 | Smiths Industries Ltd | Sonar transducer mountings |
RU2131173C1 (en) * | 1997-12-10 | 1999-05-27 | Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Hydroacoustic projector |
RU2167496C1 (en) * | 2000-04-10 | 2001-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Hydroacoustic multi-unit antenna and piezoelectric rod transducer for said antenna |
RU18866U1 (en) * | 2000-12-18 | 2001-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | HYDROACOUSTIC ANTENNA SECTION |
RU2303336C1 (en) * | 2005-12-26 | 2007-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Hydro-acoustic multi-element antenna and piezo-electric rod transformer for such an antenna |
-
2011
- 2011-07-26 RU RU2011131332/28A patent/RU2469495C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2077552A (en) * | 1980-05-21 | 1981-12-16 | Smiths Industries Ltd | Multi-frequency transducer elements |
GB2078958A (en) * | 1980-05-21 | 1982-01-13 | Smiths Industries Ltd | Sonar transducer mountings |
RU2131173C1 (en) * | 1997-12-10 | 1999-05-27 | Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Hydroacoustic projector |
RU2167496C1 (en) * | 2000-04-10 | 2001-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Hydroacoustic multi-unit antenna and piezoelectric rod transducer for said antenna |
RU18866U1 (en) * | 2000-12-18 | 2001-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | HYDROACOUSTIC ANTENNA SECTION |
RU2303336C1 (en) * | 2005-12-26 | 2007-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Hydro-acoustic multi-element antenna and piezo-electric rod transformer for such an antenna |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109959916A (en) * | 2017-12-26 | 2019-07-02 | 中国船舶重工集团公司七五〇试验场 | A kind of high-frequency wideband composite bar energy converter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101354603B1 (en) | Ultrasound Probe and Manufacturing Method thereof | |
US7889601B2 (en) | Lightweight acoustic array | |
US6768702B2 (en) | Baffled ring directional transducers and arrays | |
KR100517059B1 (en) | Transducer for underwater high-power use | |
RU2469495C1 (en) | Rod-shaped piezoelectric transducer | |
JP2008244895A (en) | Bending-type wave transmitter/receiver | |
RU2303336C1 (en) | Hydro-acoustic multi-element antenna and piezo-electric rod transformer for such an antenna | |
US8780674B2 (en) | Acoustic wave transducer and sonar antenna with improved directivity | |
JP2012129662A (en) | Ultrasonic probe | |
KR101173937B1 (en) | Underwater-use electroacoustic transducer | |
US9968966B2 (en) | Electroacoustic transducer | |
CN110639784B (en) | Low-frequency narrow-beam transducer, transduction method and application | |
US20130223657A1 (en) | Electronic device | |
JP7024550B2 (en) | Ultrasonic sensor and ultrasonic device | |
RU2166840C2 (en) | Hydroacoustic antenna | |
JP6024655B2 (en) | Oscillator and electronic device | |
JP2011015271A (en) | Acoustic transducer | |
US6678213B1 (en) | Slotted cylinder transducer with trapezoidal cross-sectional electrodes | |
KR20010092834A (en) | Sonic piezoelectric ceramic transducer | |
RU2267866C1 (en) | Hydro-acoustic rod-type transformer | |
RU2167496C1 (en) | Hydroacoustic multi-unit antenna and piezoelectric rod transducer for said antenna | |
KR101823778B1 (en) | Piezoelectric single crystal ring type piezoelectric body and ring type transducer using the same | |
RU27768U1 (en) | MULTI-ELEMENT HYDROACOUSTIC ANTENNA | |
RU2716287C1 (en) | Electroacoustic transducer | |
KR102267439B1 (en) | Wide band tonpilz type transducer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140727 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20151227 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170727 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190516 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20220309 |