SU845129A1 - Акустический преобразователь - Google Patents

Description

1Изобретение предназначено д   использовани  в приборостроении и дл  антенн, различных гео- и гидролокаторов .5

Известны акустические преобразователи TI I содержащие излучакщую и тыльную накладки, размещенный между ними продольно-пол ризованный пьезоэлемент , сжатый с помощью армирукщего болта и гайки.

Наиболее близким к.изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  акустический преобразователь 2 содержащий пьезоактивный элемент в виде пакета про- «э дольно-пол ризованных щайб, размешенный между тыльной и излучающей накладками , и армирующий элемент с гайкой .on

Однако данное устройство имеет не- /и

достатки:

прием и излучение акустических сигналов производитс  только излучанвдей накладкой , имеющей недостаточную площадь, кроме того, тыльна  накладка работает в режиме переотражени  колебаний и не работает непосредственно на ср.еду. Это приводит к уменьшению чувствительности в режиме излу-. чени ..

2 .1..„.:::::.„,

Тыльна  накладка нагружена на воздух , т. е. на среду с низким волновым сопротивлением, что приводит к уменьшению входного импеданса и излишнему потреблению-мощности от генератора импульсов, при этом армирующий болт не участвует в колебательном процессе, создава  лишь статическое сжатие пьезоэлемента, шунтиру  его и внос  тем самым дополнительные акустические потери.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности в режимах . излучени  и приема.

Указанна  цель достигаетс  .за счет того, что в тыльной накладке выполнена глуха  коническа  полость, меньшим диаметром сопр женна  с -армирующим элементом, выполненным в виде трубки, отношение диаметра которой к внутреннему диаметру пьезоэлемента лежит в пределах 0,9-1,0, в излучающей, накладке выполнена выемка под армирующую гайку, а пространство внутри армирующей трубки в конической полости тыльной накладки заполнено звукопровод щей средой, отнсшение- скорости распространени  звука в которой к скорости звука в материале преобразовател  равно 1:3.

В излучающей наклещке может быть выполнено центральное коническое отверстие , площадь поперечного сечени  которого по большому диаметру равна площади поверхности шайбы пье эоактивного элемента, а меньший диаметр равен диаметру выемки под армирующу .о гайку, а также за счет того , что армирующа  ,рубка выполнена с ребристой поверхностью.

На фиг, 1 представлен акустически преобразовательjна фиг,2 приведены эгпоры распределени  скоростей колебаний , распростран ющихс  по твердому тлу крива  1 и от тыльной накладки по армирующей трубке (крива  II) в сторону излучающей накладкиj крива  III - эпюра суммарного колебани  на выходе преобразовател  в режиме излучени  , .

В излучающей накладке 1 в отверстии под армирующий элемент выполнена выемка 2 под армирующую гайку 3. Форма выходной части выемки может быть конической, причем отверстие выемки выполн етс  так, что его площадь поперечного сечени  по большому диаметру равно площади кольца активной поверхности кольца накладки 1, а малый диаметр отверсти  соответствует диаметру под армирующую гайку и трубку. Армирукада  трубка 4 размещена в отверстии пьезоэлемента 5, представл ющего набор продольно пол ризованных шайб или трубку, В узле колебаний преобразовател  размещен хомутик 6, с помощью которого преобразователь крепитс  к основанию антенны (на чертежах не показано). Конец армирующей трубки 4 с помощью резьбы соединен с тыльной накладкой 7, выполненной с глухой, например, конической полостью 8, Малый диаметр отверсти  плоскости сопр жен с армирующей трубкой котора  в свою очередь сопр жена с диаметром отверсти  пьезоэлемента 5, и диаметр которой составл ет 0,9-1,0 от диаметра последнего. Пространство внутри трубки 4 и полости 8 заполнено звукопровод щей средой, скорость распространени  звука которой составл ет одну треть от скорости распространени  звука в твердом теле преобразовател  Высота излучающей накладки .1 составл ет одну шестую длины волны, высота тыльной накладки 7 - одну двенадцатую длины волны, а высота пьезоэлемента 5 соответственно равна трем двенадцатым длины волны, укладываемой в твердом теле. Указанные геометрические соотношени  элементов 1, 5 7, а также соответствующий выбор скоростей распространени  звука в твердом теле и заполн ющей среды 9 и выполнение армирующей трубки ребристой позвол ют произвести фазировку колебаний. Между поверхностью

отверсти  пьезоэлемента 5 и наружной поверхностью армирующей трубки 4 во избежание.электрического пробо  размещена изол ционна  трубка 10.

Акустический преобразователь работает следующим образом.

При подаче на входные зажимы пьеЭоэлемента 5 напр жени  1-го полупериода радиоимпульса возбуждени , например , положительной пол рности и величиной и, происходит увеличение его длины по обе стороны от узла колебаний , т. е, в месте расположени  хомутика 6. Соответствующа  эпюра колебательной скорости § изображена на фиг, 2 (I). При этом внутри конической полости 8 тыльной накладки 7 возникает волна разр жени  (фиг, 2 эпюра II, полупериод А), распростран юща с  в сторону накладки 1 по материалу трубки 4 и среде 9,  вл ющих с  в данном случае волноводом. Скорости распространени  звука в этих элементах равны. Подгонка скоростей достигаетс  с помощью выполнени  трубки 4 ребристой формы. Армирующа  трубка 4  вл етс  .фильтром кольцевого типа и состоит из полых дисковых резонаторов, колеблющихс  на радиальной моде, и элементов св зи в виде коротких цилиндрических оболочек. При подаче, на вход преобразовател  второго полупериода возбуждающего напр жени  произойдет сжатие пьезоэлемента 5, в результате чего в полости 8 наклгщки 7 возникает волна сжати , распростран юща с  также в сторону накладки 1, Эпюра колебательной скорости I при этом примет вид, показанный на фиг, 2 штрих-пунктиром Вследствие подачи на вход очередного (положительного) полупериода возбуждающего напр жени  размер пьезоэлемента 5, а, следовательно, и всего преобразовател  по продольному размеру возрастет, что снова приведет к возникновению внутри полости 8 накладки 7 волны разр жени . Волна разр жени , котора  возникла в первом полупериоде (полупериод А), на эпюре II займет положение А, а эпюра I будет выгл деть так же, как и дл  первого полупериода. Таким образом, на прот жении первых трех полупериодов излучаемого радиоимпульса изпучение производит только накладка 1, а колебательна  энерги  накладки 7 претерпевает временную задержку и не излучаетс  в озвучиваемое пространство . Излучение в это врем  производитс  так же, как и преобразователем-прототипом , т. е, одной накладкой . При подаче на вход преобразовател  четвертого (отрицательного по пол рности), полупериода радиоимпульса колебательна  энерги  тыльной накладки 7 достигн-ет активной поверхности накладки 1 и будет излучатьс  в фазе с энергией этой накладки. Амплитуда выходного колебани  возрасте примерно вдвое (эпюра III, фиг, 2), т. е. чувствительность в режиме излучени  возрастет вдвое. Армирующий элемент - трубка 4 в данном случае выполн ет дво кую функцию: она испол зуетс  по пр мому назначению, т. е, создает статическое сжатие пьезоэлемента 5, и служит в качестве волновода ,дл  TfcWbHoft накладки 7. Необходимое усилие сжати  пьезоэлемента созд етс  путем соответствующего нат га с помощью армирующей гайки 3..Площадь активной поверхности тыльной накладки 1, образованна  большим диаметром кбнической полости 8, может быть такой же по величине, что и площадь накладки 1. Это обеспечивает симметричность колебаний преобразовател  и большое сопротивление излучени . Элементы 1, 7, 5, 4 соединены между собой с помощью кле . Форму амплитудно-фазового распределени  на выходе преобразовател  можно измен ть с помощью подбора скорости распространени  звука в среду 9, в качестве которой может быть резина или вода, и в трубке 4, а также путем варьировани  величиной диаметра выходного отверсти  в трубке 4. Это дает возможность получени  требуемой ширины диаграм уы направленности. В цел х получени  симметрии нагрузки накладок площади поверхности накладки 1 и выходного отверсти  трубки 4 (или конического отверсти  накладки 1) желательно выполнить равными. Возможен вариант расшир ющейс  трубки или конического отверсти  в гайке 3 .

При приеме колебаний описанный выше колебательный процесс в преобразователе протекает обратным образом , т. е. волны движутс  в направлении от излучающей накладки 1 в сторону тыльной накладки 7, котора  возбуждаетс  колебани ми, распростран ЮГ .ЦИМИСЯ по трубке 4 и среде 9, с запаздыванием , равным трем полупериодам . Это вытекает из принципа работы данного преобразовател  (фиг. 2). Поэтому дл  гармонических сигналов в режиме приема чувствительность будет выше, чем дл  сигналов случайной формл. Сложение последних происходит в данном случае по среднеквадратичному закону вследствие временной задержки в волноводе (трубка 4 и среда 9) на три полупериода колебаний и некоррелированности задержанных полупериодов с вновь принимаемыми и поступаемлми на вход накладки 1. Преобразователь обеспечивает увеличение чувствительности в режиме излучени  и приема в два раза.

Claims (3)

1. Акустический преобразователь, содержащий пьезоактивный элемент в виде пакета продольно-пол ризованных шайб, размещенный между тыльной и

5 излучающей накладками, и армирующий элемент с гайкой, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  чувствительности в режимах излучени  и приема, в нем в тыльной нак0 ладке выполнена глуха  коническа  полость, меньшим диаметром сопр женра  с армирующим элементом, выполненным в виде трубки, отношение диаметра которой к внутреннему диаметру пьезоэлемента лежит в пределах 0,9-1,0,

5 в излучающей накладке выполнена выемка под армирующую гайку, а пространство внутри армирующей трубки и конической полости тыльной накладки заполнено звукопровод щей средой,

0 отношение скорости распространени  звука .г которой к скорости звука в материале преобразовател  равно 1:3.

2 . Преобразователь по п. 1, отличающий с  тем, что излу5 чающа  накладка выполнена с центральным коническим отверстием, площадь поперечного сечени  которого по большому диаметру равна площади поверхности шайбы активной поверхнос0 ти, а меньший диаметр равен диаметру выемки под армирующую гайку.

3. Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что армирующа  трубка выполнена с ребристой поверхностью.

5

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

435859, кл. В 06 В 1/06, 22.02.71.

2.Орлов Л.В. и др. Расчет и про0 ектирование антенн гидроакустических рыбопоисковых стсшций. Пищева  промыиленность , М., 1974, с. 246 (прототип ) .

фиг. 2