SU1638803A1 - Акустический преобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к акустическим преобразовател м и может быть использовано в геофизическом приборостроении , гидроакустической, и другой аппаратуре в геологоразведочной и других отрасл х промышленности . Акустический преобразователь содержит корпус с мембраной с размещенными в нем пьезоэлементами и жидкостью, уплотнени  и электровыводы и отличаетс  тем, что, с целью расширени  полосы рабочих частот и получени  равномерной частотной характеристику он снабжен электронным блоком, состо щим из выпр мител , высокочастотных усилител  мощности , модул тора и генератора, источника излучаемой частоты, акустически жестким экраном, выполненным в виде сердечника, размещенным между пьезоэлементом, одна из сторон которого обращена к сердечнику, а друга  - к корпусу, который выполнен акустически жестким и с входным и выходным штуцерами, при этом между, пьезоэлементом, корпусом и сердечником выполнены зазоры дл  прохода жидкости или газа, величина которых соизмерима с величиной смещени  активной поверхности ntезоэлементз, обращенной к поверхности корпуса и сердечника, а также насосом с ресивером давлени  и разрежени , который подсоединен к электродвигателю , один из штуцеров соединен с выходом насоса, а другой - с входом дл  перепуска жидкости через зазоры в направлении мембраны, вблизи которой выполнено отверстие, гидравлическое сопротивление которого больше или равно гидравлическому сопротивлению зазоров между пьезоэле- ментами, корпусом и сердечником, соединенное через выполненный в корпусе канал со штуцером, электроды пьеэо- элемента соединены с выходом выпр мител  , причем вход последнего соединен с выходом усилител  мощности сигналов высокой частоты, на которую настроен пьезоэлемент, при этом вход усилител  соединен с выходом модул тора , входы которого соединены с выходами генератора высокой частоты и источника излучаемой частоты. 3 ил. а 8 с& со 00 00 о Од

Description

Изобретение относитс  к акустическим преобразовател м и может быть использовано в геофизическом приборостроении , гидроакустической и другой аппаратуре в геологоразведочной и других отрасл х промышленности.

Известен преобразователь по свое- му устройству и назначению аналогичный предлагаемому.

Недостатками известного устройства  вл ютс  узка  полоса рабочих частот, обусловленна  высокой механической добротностью пьезоэлемента, в данном случае цилиндрической формы , а также невозможность получени  равномерной частотной характеристики в широком диапазоне частот при излучении (единицы герц - дес тки килогерц ) .

Цель изобретени  - увеличение мощности, расширение полосы рабочих частот и получение равномерной частотной характеристики.

На фиг. 1 и 2 представлен схематически акустический преобразователь; на фиг.З - формы колебаний в различных точках блок-схемы электронного блока и на выходе преобразовател .

Акустический преобразователь устроен следующим образом. В акустически жестком корпусе 1, выполненном из стали или другого акустически жесткого материала, размещен пьезоэлектрический элемент 2 цилиндрической формы (или плоский). Пространство внутри преобразовател  заполнено упругой средой - малов зкой жидкостью или газом 3. На тыльной по- вехности корпуса размещены электровывод 4, , два штуцера 5 (один из которых в данном случае находитс  за другим) и электровывод б. Конструкци  преобразовател  герметична. Электровыводы внутри преобразовател  соединены электрически с обкладками пьезоэлемента 2. Между корпусом 1 и пьезо элементом1 2 выполнен зазор 7, соизмеримый с величиной максимально возможной амплитуды колебаний пьезоэлемента . Зазор 8 выполнен между другой поверхностью пьезоэлемента и наружной поверхностью акустически жесткого сердечника 9. 81ирина этого зазора равна ширине зазора 7. В передней части корпуса размещена мембрана 10,  вл юща с  звукопрозрачной, котора  может быть выполнена из полиуретана , резины, металла, пластмассы и других материалов. Между сердечником 9 и мембраной 10 размещено отверстие 11 дл  выхода прошедшей через зазоры 7 и 8 упругой среды 3, закачиваемой в преобразо

638803ч

ватель под давлением ц-Р через штуцер 5. Отверстие 11 имеет гидравлическое сопротивление, несколькр больс гаее или равное гидравлическому сопротивлению зазоров 7 и 8 в зависимости от гидростатического давлени  озвучиваемой среды. Возможен вариант выполнени  преобразовател ,

10 в котором отверстие 11 и канал или трубопровод в совокупности имеют гидравлическое сопротивление, равное аналогичному сопротивлению зазоров 7 и 8 (вместе вз тых). Трубо15- провод или канал соединен со штуце0

5

0

5

0

5

0

5

|ром, к которому подведено разрежение величиной -Р. Мембрана 10 закреплена и загерметизирована с помощью кольца 12. Электродвигатель 13 механически соединен с насосом 14, вход и выход которого соединены соответственно с ресиверами 15 и 16,  вл ющимис  накопител ми упругой энергии рабочей среды перед подачей на штуцеры преобразовател  . Гидравлические сопротивлени  зазоров 7 и 8 , а также отверсти  11 включены на выходах ресиверов 16 и 15. Выпр митель образован диодом 17, включенным любой пол рностью , и резистором 18. Последний может быть заменен индуктивностью. Первый генератор 19 подключен к одному из входов модул тора 20. Другой вход модул тора подключен к второму генератору. Выход модул тора подключен к усилителю 21 мощности , который может отсутствовать, если мощность модул тора достаточна . дл  работы преобразовател . Выход усилител  соединен с входом выпр мител , который может быть выполнен также и по другой схеме.

Акустический преобразователь работает следующим обрзаом.

При работе преобразовател  в режиме излучени  через него непрерывно прокачиваетс  упруга  среда 3 (газ или жидкость) под давлением Р. Направление движени  прокачиваемой среды показано на фиг. 1 стрелками из полости I в полость II. Упруга  среда может проходить только через отверсти , образованные зазорами 7 и 8 между корпусом 1, пьезоэлемен- том 2 и сердечником 9, а также через отверстие 11. Движение среды

организовано по замкнутому циклу. Гидравлическое сопротивление зазоров 7 и 8 зависит от размеров пьезо- элемента 2, которые измен ютс  в соответствии с подаваемым на него напр жением . Генератор 19 выдает посто нное по амплитуде и частоте напр жение на вход модул тора 20, на другой вход которого подаетс  излучаемый сигнал напр жением более низкой частоты. Получаемый при этом амплитудно-модулированный сигнал (фиг.За) усиливаетс  по мощности и по амплитуде усилителем 21 и подаетс  затем на выпр митель 17, 18, вследствие чего образуетс  сигнал, эпюра которого приведена на фиг.36 Пьезоэлемент 2 работает на толщинном резонансе и при подаче сигнала указанной формы синхронно уменьшает или увеличивает гидравлическое сопротивление зазоров 7 и 8 дл  прохождени  упругой среды. j

При отсутствии излучаемого сигнал толщина пьезоэлемента измен етс  по синусоидальному закону, и в системе протекает поток среды 3 с некоторым расходом. Мембрана 10 находитс  при этом в выпуклом положении, так как количество среды, вход щей и выход щей , из штуцеров, не одинаково. Аку- тическое давление р на выходе преобразовател  равно нулю. При подаче на вход модул тора 20 сигналов низкой частоты происходит модул ци  сигналов высокой частоты с последующим усилием и выпр млением и средний расход среды через преобразователь осуществл етс  по огибающей сигналов высокой частоты. При этом, когда зазоры 7 и 8 уменьшаютс , что происходит при увеличении толщины стенки пьезоэлемента 2, расход уменьшаетс  ,и под действием статического давлени  среды, окружающей акустический преобразователь, разрежени , создаваемого насосом 14 (-Р), мембрана 10 прогибаетс  внутрь корпуса 1, вызыва  при этом волну разрежени  в озвучиваемом пространстве. Величина прогиба мембраны тем больше чем продолжительней уменьшаетс  рас

6

7 и 8,

при из- При ежаход через зазоры / и о, т.е. лучении более низких частот, тии пьезоэлемента 2 величина зазоров 7 и 8 увеличиваетс  расход среды через них возрастает, а выход прошедшей среды через отверстие 11 ограничен его гидравлическим (пневмати- гческим) сопротивлением. Это приводит ТО к накоплению среды в полости II и

выгибанию мембраны во внешнее пространство также созданию волны сжати .Закон образованных волн соответствует закону огибающей высокой частоты в 15 широком диапазоне частот, поскольку отсутствуют какие-либо резонансные  влени  в элементах 19-21, а также 17, 18. Пьезоэлемент 2 работает на резонансе и в наиболее выгодном 20 энергетическом режиме. Частотна  характеристика преобразовател  при этом становитс  равномерной в ши-

N

роком диапазоне частот. 25 фор мула, изобретени 

Акустический преобразователь, содержащий корпус со штуцерами и размещенным внутри него льезоэлементом,

30 рассто ние от которого до корпуса не меньше амплитуды колебаний излучающей поверхности пьезоэлемента, отли чаюшийс  тем, что, с целью увеличени  мощности, расшире-

35 ни  полосы рабочих частот и повышени  равномерности частотной характеристики , в него введены выпр митель , модул тор, первый и второй генераторы, мембрана, насос с реси40 вером давлени  и разрежени , электродвигатель и цилиндрический сплошной сердечник, причем пьезо- элемент выполнен в виде полого цилиндра и соединен через выпр митель

45 с модул тором, к входам которого подключены первый и второй генераторы , внутри пьезоэлемента соосно с ним установлен сердечник, параллельно которому в корпусе, выполненном

50 акустически жестким, закреплена мембрана, в корпусе между мембраной и сердечником выполнены отверсти , соединенные со штуцерами насоса, соединенного с электродвигателем.

$у

л

4

«О с

if,,f,

L

Фиг.2

a

/

nflflfl

Innfl

1Пп

Claims (1)

1. 25 Формула- изобретения

   Акустический преобразователь, содержащий корпус со штуцерами и размещенным внутри него пьезоэлементом, 30 расстояние от которого до корпуса не меньше амплитуды колебаний излучающей поверхности пьезоэлемента, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности, расшире35 ния полосы рабочих частот и повышения равномерности частотной характеристики, в него введены выпрямитель, модулятор, первый и второй генераторы, мембрана, насос с реси40 вером давления и разрежения, электродвигатель и цилиндрический сплошной сердечник, причем пьезоэлемент выполнен в виде полого цилиндра и соединен через выпрямитель 45 с модулятором, к входам которого подключены первый и второй генераторы, внутри пьезоэлемента соосно с ним установлен сердечник, параллельно которому в корпусе, выполненном 50 акустически жестким, закреплена мембрана, в корпусе между мембраной и сердечником выполнены отверстия, соединенные со штуцерами насоса, соединенного с электродвигателем.