WO2016162008A1 - Transducer device, transducer apparatus, sonar and water craft - Google Patents

Transducer device, transducer apparatus, sonar and water craft Download PDF

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WO2016162008A1
WO2016162008A1 PCT/DE2016/100095 DE2016100095W WO2016162008A1 WO 2016162008 A1 WO2016162008 A1 WO 2016162008A1 DE 2016100095 W DE2016100095 W DE 2016100095W WO 2016162008 A1 WO2016162008 A1 WO 2016162008A1
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transducer
carrier
acoustic
sound pressure
transducer carrier
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Application number
PCT/DE2016/100095
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Inventor
Christoph Hoffmann
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Atlas Elektronik Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0633—Cylindrical array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • G10K11/006—Transducer mounting in underwater equipment, e.g. sonobuoys
    • G10K11/008—Arrays of transducers

Definitions

  • Converter device converts to converter
  • the invention relates to a transducer device for transmitting and / or receiving acoustic
  • Underwater signals which has a transducer carrier and an acoustic absorber, wherein on the transducer carrier an acoustic transducer element is arranged and in a sound pressure direction behind each other first the transducer carrier and behind the acoustic absorber are arranged. Furthermore, the invention relates to a converter device, a sonar and a watercraft.
  • converters for transmitting and / or receiving acoustic underwater signals are stiff, in particular bending and / or torsionally rigid, designed.
  • a connected steel plate is arranged in the direction of the sound pressure and / or the transducer element is permanently installed.
  • the acoustic absorber material is usually strongly (over) sensitive to pressure, since it is precisely the task of the absorber to "swallow" the sound, since the absorber material has little or no back reflection occurs, it is destroyed under heavy pressure, such as a shockwave due to an obvious explosion.
  • the transducer device Since the acoustic absorber is arranged behind the transducer device, the transducer device first has to be disassembled and then the acoustic absorber has to be exchanged.
  • the object of the invention is to improve the state of the art.
  • a transducer device for transmitting and / or receiving acoustic underwater signals, which a transducer carrier and a having acoustic absorber, wherein on the transducer carrier an acoustic transducer element is arranged and in a sound pressure direction behind each other first the transducer carrier and behind the acoustic absorber are arranged, wherein the transducer carrier is designed elastically, so that the elastic transducer carrier is mechanically oscillatable and substantially decoupled from the acoustic absorber is such that the acoustic absorber remains intact when a shock-pressure wave impinges on the transducer device.
  • a Bugsonar can be provided, which allows a "view" in front of the ship and also remains operational in, for example, a nearby mine explosion.
  • Underwater vehicle by means of the converter device is no longer possible. Furthermore, it prevents the navigation of the underwater vehicle and the detection of dangers for the underwater vehicle are impaired. In addition, the material, maintenance and installation costs are lower due to the longer service life of the acoustic absorber over the prior art.
  • an essential idea of the invention is based on the fact that contrary to the prior art, the acoustic transducer element is not designed stiff, but that the acoustic transducer element is disposed on an elastic transducer carrier, which is mechanically oscillatable. Due to the mechanical vibration capability of the transducer carrier and the decoupling to the underlying acoustic absorber prevents the acoustic absorber is destroyed when hitting a shock pressure wave.
  • Shock sound pressure wave realized by that part of the shock sound pressure is converted into a mechanical vibration of the transducer carrier or other mechanical components.
  • a "transducer device” is in particular a device for transmitting and / or receiving submarine acoustic signals, as used in the use of active and passive sonars.
  • the transducer device receives underwater sound signals and converts these into an electrical signal for further processing and / or converts an electrical signal into an acoustic signal, which is sent out.
  • An "acoustic transducer element” is, in particular, a sound transducer or a hydrophone which converts acoustic signals into electrical voltages as sound pressure reversals or conversely converts electrical signals into acoustic signals, for example, underwater hydrophones are used to record waterborne noise
  • piezoelectric transducers are used today as an acoustic transducer element
  • the piezoelectric element generates an electrical voltage when a mechanical pressure is applied or performs a mechanical movement when an electrical voltage is applied
  • Piezoelectric ceramics are often piezoelectric ceramics, but also plastic piezoelectric elements are known, in particular polyvinylidene fluoride (PVDF) is used in hydrophones.
  • the piezoelectric ceramic Upon impact of the sound pressure, the piezoelectric ceramic is elastically deformed, whereby a change in the electrical polarization and thus an occurrence of an electrical voltage on the ceramic solid takes place. Conversely, the ceramic piezoelectric element deforms upon application of an electrical voltage and gives off a mechanical pressure.
  • a "transducer carrier” is in particular connected to the acoustic transducer element and at least partially wears and / or surrounds the acoustic transducer
  • the transducer carrier is in Sound pressure direction behind and / or arranged next to the acoustic transducer element.
  • the transducer carrier is designed in particular elastically.
  • Solid pressure refers to the pressure fluctuations of a compressible sound-transmitting medium (such as air or water) that occur when sound propagates, in particular the alternating pressure superimposed on the static pressure of the surrounding medium.
  • a compressible sound-transmitting medium such as air or water
  • sound pressure direction refers to the direction from which the sound pressure of the highest intensity impinges on the transducer device.
  • shock-sound pressure wave is in particular a sound pressure wave that occurs very suddenly (erratic) and / or with a very high amplitude
  • Shock sound pressure wave is present in particular when the sound pressure is greater than the ambient pressure.
  • a shock wave pressure wave may also be present when a low intensity sound pressure wave occurs in close proximity to a transducer device. For example, such Shock sound pressure wave caused by an underwater mine explosion at a distance of 100m from the transducer carrier.
  • An "acoustic absorber” reduces the sound energy, in particular by converting it into thermal energy, but other forms of absorption of the sound energy can occur in addition to the conversion into heat, and if the incident sound is completely absorbed, no reflection takes place it can be porous sound-absorbing substances which convert the kinetic component of the sound energy into heat energy by friction in the pores and thus reduce the sound energy, for example, the use of mineral fibers in absorbers, in particular an absorber for the absorption of ultrasound Polyurethane base used.
  • decoupling means that no or only very little interaction between the transducer carrier and the acoustic absorber caused by the sound pressure occurs.Also decoupling can be carried out spatially and / or by storage and / or connection in such a way that the vibrations of the transducer carrier are not transmitted or only to a small extent on the acoustic absorber.
  • Converter means are arranged on the transducer carrier a plurality of acoustic transducer elements. By arranging a plurality of acoustic transducer elements on the transducer carrier, the transducer means can be designed to save space. Furthermore, material is saved in which not every single transducer element is supported by a single transducer carrier.
  • a higher spatial resolution can be achieved by the use of a plurality of transducer elements and thus the navigation can be improved.
  • the transducer carrier has a transducer carrier bearing or a plurality of transducer carrier bearings, so that the transducer carrier is supported by this or these mechanically oscillatable.
  • a "transducer carrier” is understood to mean, in particular, a component that picks up and, where appropriate, transmits the load of the transducer carrier, which may be a solid and therefore non-displaceable bearing or a movable bearing in the converter support in a simple manner to act on a support which receives as a vertical component, the load mainly in the direction of its longitudinal axis and forwards.
  • the transducer carrier can also be designed so that it is connected to both the transducer carrier and with the acoustic absorber.
  • the elastic transducer carrier can The effect of pressure, in particular shock pressure, not only bending but also swinging.
  • the shock pressure is damped or converted into mechanical vibration by the swing and only partially forwarded from the transducer carrier bearing.
  • the sound intensity applied to the acoustic absorber is reduced.
  • the transducer device can be designed such that one of the transducer carrier bearings is substantially in the center or at a position up to the outer edge is arranged of the transducer carrier bearing.
  • the vibration can be selectively enabled, for example, at the outer edges or in the middle of the transducer carrier.
  • the highest vibration amplitude can be provided where most space exists for the vibration deflection.
  • two transducer carrier bearings are substantially centered or respectively at the opposite outer edges of the carrier
  • the load bearing in the middle is reinforced and the transducer carrier is more mechanically vibratable at the two opposite outer edges.
  • the transducer carrier bearings may be spaced apart by a guide gap.
  • a "guide gap” is understood in particular to mean a space between two transducer carrier bearings which is not filled with transducer carrier material and through which, for example, cables can be guided freely.
  • the transducer carrier is mechanically connected via the transducer carrier bearing or the transducer carrier bearing to a vibration carrier, so that, in particular, the transducer device is designed to be at least twice mechanically oscillatable.
  • a "vibrating carrier” is in particular a carrier that absorbs mechanical vibrations, can itself vibrate mechanically and thereby further reduces the intensity of the shock-sound pressure.
  • the transducer carrier is not only elastic but already self-oscillating, in particular if the transducer carrier can also oscillate transversely to the sound pressure direction. This is particularly advantageous because the sound pressure is not only in the sound pressure direction but also across the
  • both the transducer carrier and the transducer carrier bearing and the vibrating carrier are elastically oscillatable, so that a at least double or even triple swinging system exists.
  • the transducer means can be designed so that in the sound pressure direction of the vibrating carrier is mounted vibrationally in front of the acoustic absorber and / or mounted on a vibratable plate.
  • non-compressing is understood in particular to mean a volume change of less than 3%, particularly preferably less than 1.5% or less than 1%, of a normal volume of the acoustic absorber.
  • the vibration carrier can be mounted on a swinging plate.
  • the vibrating support is mounted on the plate so that it is mounted between slots in the plate and subsequently an air cushion is arranged, a good sound-damping effect is achieved by the spring mass principle.
  • the converter device is designed such that the
  • Transducer further converter carrier and / or further transducer carrier bearing and / or further vibrating carrier has. [55] As a result, the ability to vibrate the
  • Transducer device to be adapted to the pressure sensitivity of the acoustic absorber.
  • the transducer device can be designed so that it can be used optimally for transmitting and / or receiving submarine acoustic signals.
  • a first filling compound and / or a further acoustic absorber can be provided in the direction of the sound pressure downstream of the transducer carrier, which are arranged at least partially between the transducer carrier and the oscillating carrier.
  • a “filling compound” is understood to mean, in particular, a mass for filling the space downstream of the transducer carrier, which may be a plastics material and / or cork and / or another filling material. What exactly characterizes "soft”?] Polyurethane and polyoxymethylene be used.
  • a filling compound is advantageous because it can on the one hand bond the components, which provides stability.
  • the filling compound can be elastic and thus dampening.
  • the filling mass prevents seawater from penetrating into the transducer device and in particular causing corrosive damage.
  • the filling compound can "glue" the transducer carrier to the acoustic absorber.
  • the filling compound is softer or correspondingly more compressible than the material of the absorber.
  • the arrangement of a further acoustic absorber between the transducer carrier and the oscillating carrier has the advantage that in this case additional sound is swallowed by the further acoustic absorber. This is particularly advantageous if the sound pressure impinges transversely to the direction of sound pressure on the transducer carrier and the transducer carrier is also oscillatable in the transverse direction.
  • the transducer carrier and / or the transducer carrier bearing and / or the vibrating carrier may comprise a fiber composite material.
  • a “fiber composite” is a multiphase and / or mixed material consisting of usually two main components, one component being a matrix and the other reinforcing fibers.
  • a “fiber” is a thin and flexible structure made of a pulp relative to its length
  • the length to diameter ratio is at least 3 to 1 or preferably at least 10 to 1.
  • fibers have one Length to diameter ratio of 1000 to 1. Due to the length to diameter ratio, the fibers give the material the necessary (reversible) flexibility.
  • Fiber composite fiberglass reinforced plastic to use.
  • thermosetting plastic such as polyester resin or epoxy resin and / or thermoplastics such as polyamide are used together.
  • glass fiber reinforced plastic has a relatively low elastic deformability compared to other fiber composites.
  • the transducer carrier behind the acoustic transducer element has a material thickness of 1/4 to 1/12 of a total material thickness of the transducer carrier.
  • a thinner material thickness of the transducer carrier behind the acoustic transducer element in the sound pressure direction is advantageous in comparison to the total material thickness of the transducer carrier, because thereby the transducer carrier in the middle behind the acoustic transducer element is better elastically deformable. This allows the edges to vibrate better with a higher material thickness or act as a (train) bearing. As a result, the transducer carrier can vibrate better transversely, in particular orthogonally, mechanically to the sound pressure direction.
  • the transducer carrier can have an absorber layer or several absorber layers in addition to the acoustic transducer element parallel to the sound pressure direction.
  • the additional absorber layers in the transducer carrier next to the acoustic transducer element also attenuate the sound pressure transversely, in particular orthogonally, to the sound pressure direction.
  • the absorber layers relieve the absorber arranged behind the transducer carrier.
  • another filling compound is arranged around a transducer element and / or between two transducer elements.
  • the further filling compound is similar in properties to the above-defined first filling compound, except that it relates here to one transducer element or several transducer elements.
  • the filler has the task of elastically bonding an transducer element to the transducer carrier and / or of connecting pressure plates and / or impedance blocks and / or further layers, in particular elastic layers, in the direction of the sound pressure in front of and behind the transducer element , In addition, this has the task of preventing seawater from reaching the transducer element. It can also be used for bonding conductive layers in front of and behind the transducer element in the sound pressure direction.
  • the arrangement of the further filling compound is advantageous in order to elastically damp the vibrations of the transducer elements and bond them together.
  • one or more transducer elements on the side of the impinging sound pressure are coated with a conductive layer, in particular a conductive grid of copper.
  • a conductive layer is necessary in particular for supplying or removing the voltage in a piezoelectric element.
  • the conductive layer is vapor-deposited directly on the piezoelectric element.
  • the object is achieved by a converter device with two converter devices or more converter devices as described above, wherein the converter devices are arranged parallel and / or in series.
  • a conversion device can be made according to the needs of the user.
  • a transducer means for transmitting and another transducer means for receiving underwater signals may be used.
  • Oscillating the transducer device can be optimized by, for example, a plurality of transducer devices are arranged on a slotted plate.
  • the object is achieved by a sonar, in particular Bugsonar, wherein the sonar comprises a transducer device or a plurality of transducer devices as previously described or a transducer device or a plurality of transducer devices as previously described.
  • Nonar is understood to mean a system for locating objects in space and under water by means of emitted sound pulses, which may be an active sonar which itself emits a signal, or a passive sonar, which receives only emitted sound pulses. It can also be a bi- or multistatic sonar, which can simultaneously send and receive on different platforms.
  • This transducer device and / or device is particularly advantageous for a Bugsonar, since a shock-sound pressure wave usually hits directly on a Bugsonar on the hull. With a Bugsonar it is particularly important that the absorber remains intact.
  • the object is achieved by a watercraft, in particular a submarine, which has a sonar as described above.
  • the acoustic absorber of the converter devices and sonars are not destroyed by sound pressure waves, otherwise disturbed navigation and location by the submarine and the submarine is endangered.
  • Figure 1 is a highly schematic
  • a hydrophone 101 has a piezoelectric ceramic 105 disposed on a GRP carrier 103.
  • an aluminum plate 107, a GRP plate 108 and a front copper layer 109 follows first of the piezoelectric ceramic 105.
  • This copper layer 109 is vapor-deposited on the piezoelectric ceramic 105.
  • a rear copper layer 110 which is also vapor-deposited on the piezoelectric ceramic 105.
  • a PU plate 111, a GRP plate 112, a brass block 113 and a rubber layer 114 All the materials mentioned are surrounded by a PU mass 115.
  • the material thickness 117 of the GFK carrier 103 in the sound direction behind the piezoelectric ceramic 105 is 1/9 of the total material thickness 118 of the GFRP carrier 103.
  • the GFRP carrier 103 has, in addition to the piezoelectric ceramic 105, a steel cover 121, behind which a rubber layer 122 follows in the sound pressure direction 102.
  • the GFRP carrier 103 and the PU high-frequency absorber 104 are both adhesively bonded to a PU mass 119 in a GFRP holder 120.
  • the Hydrofon 101 is attached to a submarine. In the immediate vicinity of the submarine under mine water demolition takes place. This leads to the explosion of a mine, so that a shock-sound pressure wave with the sound pressure direction 102 impinges on the hydrophone 101.
  • the sound pressure wave initially strikes the aluminum plate 107, which reflects part of the sound pressure wave.
  • the aluminum plate 107 is elastically connected to the underlying GRP plate 108, which is designed as a pressure plate.
  • the piezoelectric ceramic 105 is elastically compressed and an electric voltage occurs on the solid. The voltage is dissipated via the front conductive copper layer 109 and the rear conductive copper layer 110. Electrically, the piezoelectric ceramic 105 is connected via cables passing through the PU mass 115 and the rubber layer 122 (not shown in FIG. 1).
  • the two absorbers 116 in the GFRP carrier next to the piezoelectric ceramic 105 have the task of absorbing transverse waves of the shock-sound pressure wave.
  • the entire GFRP support 103 is elastic and capable of oscillating.
  • the GFRP support 103 can swing in the middle under the piezoelectric ceramic 105 both in the sound pressure direction 102 (also referred to in the Y direction in FIG. 1) and at the edges transversely (in the X direction). These vibrations further dampen the sound pressure.
  • Carrier 103 the PU mass 119 is arranged, the GFK carrier 103 can swing and there is only one elastic connection to the downstream PU high-frequency absorber 104.
  • the hydrophone 101 of the absorber 104 remains intact even when the shockwave pressure wave.
  • a Bugsonar 201 has a
  • GFRP carrier 203 with eleven piezoelectric ceramics 205, which are arranged concave against the sound pressure direction 202 in a semicircle. Between the piezoelectric ceramics 205, a PU compound 215 having a layer thickness of 0.5 mm is arranged. [104] In sound pressure direction 202 behind the piezoelectric ceramics 205 are brass blocks
  • the GRP carrier 203 is connected to two center beams 207.
  • the two center supports 207 are centrally spaced from each other, so that a guide gap 208 passes through which cables are guided. Accordingly, the GRP carrier 203 has a cable feedthrough 210 in the middle. The cables are guided strain-relieved between the piezoelectric ceramics (not shown in Figure 2).
  • the two center supports 207 are connected to a swing beam 206.
  • the vibrating support 206 is connected to a PU mass 211 and in the direction of sound pressure 202, the PU high-frequency absorber 204 follows behind.
  • the vibrating support 206 and the PU high-frequency absorber 204 are glued to the PU mass 211 with a holder 216.
  • the GFRP support 203 has a diameter of 2m.
  • a polyoxymethylene layer 212 is arranged in sound pressure direction 102 behind the GFK carrier 203. After the polyoxymethylene layer 212 is followed by another PU absorber
  • the Bugsonar 201 is located at the bow of a
  • GRP carrier 203 but also transversely (in the X direction). These transverse pressure waves are caused by the
  • Polyoxymethylene layer 212 and the upstream absorber 214 attenuated. Due to this embodiment of the Bugsonars 201, the PU high-frequency absorber 204 remains intact even when the shockwave pressure wave strikes.
  • center girders 208 guide gap

Abstract

The invention relates to a transducer device for transmitting and/or receiving acoustic underwater signals, which has a transducer carrier and an acoustic absorber, wherein an acoustic transducer element is arranged on the transducer carrier and first the transducer carrier and then the acoustic absorber are arranged one behind the other in a sound pressure direction, wherein the transducer carrier is elastically formed, and so the elastic transducer carrier can undergo mechanical oscillation and is substantially isolated from the acoustic absorber, and so the acoustic absorber remains intact when a shock sound pressure wave impinges on the transducer device. The invention also relates to a transducer apparatus comprising two or more transducer devices, to a sonar and to a water craft.

Description

Wandlereinrichtung, Wandlervorrichtung, Sonar und  Converter device, converter device, sonar and
Wasserfahrzeug  water craft
[01] Die Erfindung betrifft eine Wandlereinrichtung zum Senden und/oder Empfangen von akustischen[01] The invention relates to a transducer device for transmitting and / or receiving acoustic
Unterwassersignalen, welche einen Wandlerträger und einen akustischen Absorber aufweist, wobei an dem Wandlerträger ein akustisches Wandlerelement angeordnet ist und in einer Schalldruckrichtung hintereinander zuerst der Wandlerträger und dahinter der akustische Absorber angeordnet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Wandlervorrichtung, ein Sonar sowie ein Wasserfahrzeug. Underwater signals, which has a transducer carrier and an acoustic absorber, wherein on the transducer carrier an acoustic transducer element is arranged and in a sound pressure direction behind each other first the transducer carrier and behind the acoustic absorber are arranged. Furthermore, the invention relates to a converter device, a sonar and a watercraft.
[02] Nach dem Stand der Technik werden Wandler zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Unterwassersignalen steif, insbesondere biege- und/oder torsionssteif, ausgelegt. Hierzu wird zum Beispiel in Schalldruckrichtung vor und hinter dem Wandlerelement eine verbundene Stahlplatte angeordnet und/oder das Wandlerelement fest eingebaut . [02] According to the prior art converters for transmitting and / or receiving acoustic underwater signals are stiff, in particular bending and / or torsionally rigid, designed. For this purpose, in front of and behind the transducer element, for example, a connected steel plate is arranged in the direction of the sound pressure and / or the transducer element is permanently installed.
[03] Dies hat den Nachteil, dass beim Auftreffen einer Schalldruckwelle der Wandler aufgrund seiner Steifigkeit den Druck direkt auf den dahintergelegenen akustischen Absorber überträgt. [03] This has the disadvantage that when a sound pressure wave hits the transducer, due to its rigidity, it transmits the pressure directly to the acoustic absorber located behind it.
[04] Das akustische Absorbermaterial ist üblicherweise stark (über ) druckempfindlich, da es ja gerade die Aufgabe des Absorbers ist, den Schall zu „schlucken". Da am Absorbermaterial keine oder nur sehr geringe Rückreflexion auftritt, wird es bei starkem Druck, wie zum Beispiel bei einer Schockschalldruckwelle aufgrund einer naheliegenden Explosion, zerstört. [04] The acoustic absorber material is usually strongly (over) sensitive to pressure, since it is precisely the task of the absorber to "swallow" the sound, since the absorber material has little or no back reflection occurs, it is destroyed under heavy pressure, such as a shockwave due to an obvious explosion.
[05] Zum Ersatz des zerstörten Absorbers entstehen hohe Material- und Wartungskosten. [05] The replacement of the destroyed absorber involves high material and maintenance costs.
[06] Zudem müssen Unterwasserfahrzeuge zunächst erst geborgen und dann in eine Werft gebracht werden, um die notwendigen Reparaturen durchführen zu können. In addition, underwater vehicles must first be salvaged and then brought to a shipyard to carry out the necessary repairs.
[07] Da der akustische Absorber hinter der Wandlereinrichtung angeordnet ist, muss erst aufwendig die Wandlereinrichtung demontiert und anschließend der akustische Absorber ausgetauscht werden. [07] Since the acoustic absorber is arranged behind the transducer device, the transducer device first has to be disassembled and then the acoustic absorber has to be exchanged.
[08] Insbesondere nachteilig ist es bei einer Wandlereinrichtung nach dem Stand der Technik, dass bei Schädigung durch eine Schockschalldruckwelle sämtliche Sonare an Bord ausfallen können oder in ihrer Funktionsweise eingeschränkt sind. Dadurch kann die Navigation eingeschränkt sein, sodass eine Gefährdung insbesondere bei bemannten Unterwasserfahrzeugen auftreten kann. Dies kann zum Verlust des gesamten Unterwasserfahrzeuges führen. [08] It is particularly disadvantageous in a converter device according to the prior art that, if damaged by a shock-sound pressure wave, all sonars on board can fail or are limited in their mode of operation. As a result, the navigation can be restricted, so that a danger can occur especially in manned underwater vehicles. This can lead to the loss of the entire underwater vehicle.
[09] Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern . [09] The object of the invention is to improve the state of the art.
[10] Gelöst wird die Aufgabe durch eine Wandlereinrichtung zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Unterwassersignalen, welche einen Wandlerträger und einen akustischen Absorber aufweist, wobei an dem Wandlerträger ein akustisches Wandlerelement angeordnet ist und in einer Schalldruckrichtung hintereinander zuerst der Wandlerträger und dahinter der akustische Absorber angeordnet sind, wobei der Wandlerträger elastisch ausgestaltet ist, sodass der elastische Wandlerträger mechanisch schwingfähig ist und vom akustischen Absorber im Wesentlichen entkoppelt ist, sodass der akustische Absorber bei einem Auftreffen einer Schockschalldruckwelle auf die Wandlereinrichtung intakt bleibt. The object is achieved by a transducer device for transmitting and / or receiving acoustic underwater signals, which a transducer carrier and a having acoustic absorber, wherein on the transducer carrier an acoustic transducer element is arranged and in a sound pressure direction behind each other first the transducer carrier and behind the acoustic absorber are arranged, wherein the transducer carrier is designed elastically, so that the elastic transducer carrier is mechanically oscillatable and substantially decoupled from the acoustic absorber is such that the acoustic absorber remains intact when a shock-pressure wave impinges on the transducer device.
[11] Das Intaktbleiben des akustischen Absorbers hat den Vorteil, dass dieser eine viel längere Nutzungsdauer gegenüber dem Stand der Technik hat. Zudem kann so beispielsweise ein Bugsonar bereitgestellt werden, welches einen „Blick" vor dem Schiff ermöglicht und auch bei beispielsweise einer nahegelegenen Minenexplosion einsatzfähig bleibt. The keeping intact of the acoustic absorber has the advantage that it has a much longer service life over the prior art. In addition, for example, a Bugsonar can be provided, which allows a "view" in front of the ship and also remains operational in, for example, a nearby mine explosion.
[12] Insbesondere wird dadurch verhindert, dass der akustische Absorber unvorhergesehen und plötzlich durch eine Schockschalldruckwelle zerstört oder funktionseingeschränkt wird und das Senden und Empfangen von akustischen Unterwassersignalen desIn particular, this prevents the acoustic absorber from being accidentally and suddenly destroyed or functionally restricted by a shock-sound pressure wave, and the transmission and reception of submarine acoustic signals
Unterwasserfahrzeugs mittels der Wandlereinrichtung nicht mehr möglich ist. [13] Des Weiteren wird verhindert, dass die Navigation des Unterwasserfahrzeuges und das Erkennen von Gefahren für das Unterwasserfahrzeug beeinträchtigt sind. [14] Zudem sind durch die längere Nutzungsdauer des akustischen Absorbers gegenüber dem Stand der Technik die Material-, Wartungs- und Montagekosten geringer. Underwater vehicle by means of the converter device is no longer possible. Furthermore, it prevents the navigation of the underwater vehicle and the detection of dangers for the underwater vehicle are impaired. In addition, the material, maintenance and installation costs are lower due to the longer service life of the acoustic absorber over the prior art.
[15] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass entgegen dem Stand der Technik das akustische Wandlerelement nicht steif ausgelegt wird, sondern dass das akustische Wandlerelement an einem elastischen Wandlerträger angeordnet ist, welcher mechanisch schwingfähig ist. Durch die mechanische Schwingfähigkeit des Wandlerträgers und die Entkopplung zum dahinterliegenden akustischen Absorber wird verhindert, dass der akustische Absorber beim Auftreffen einer Schockschalldruckwelle zerstört wird. An essential idea of the invention is based on the fact that contrary to the prior art, the acoustic transducer element is not designed stiff, but that the acoustic transducer element is disposed on an elastic transducer carrier, which is mechanically oscillatable. Due to the mechanical vibration capability of the transducer carrier and the decoupling to the underlying acoustic absorber prevents the acoustic absorber is destroyed when hitting a shock pressure wave.
[16] Grundsätzlich wird das Verringern der[16] Basically, reducing the
Schockschalldruckwelle dadurch realisiert, dass ein Teil des Schockschalldrucks in eine mechanische Schwingung des Wandlerträgers oder weiterer mechanischer Bauteile überführt wird. Shock sound pressure wave realized by that part of the shock sound pressure is converted into a mechanical vibration of the transducer carrier or other mechanical components.
[17] Folgendes Begriffliche sei erläutert: [17] The following terminology is explained:
[18] Eine „Wandlereinrichtung" ist insbesondere eine Einrichtung zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Unterwassersignalen, wie sie beim Verwenden von aktiven und passiven Sonaren verwendet wird. Die Wandlereinrichtung empfängt Unterwasserschallsignale und wandelt diese in ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung um und/oder wandelt ein elektrisches Signal in ein akustisches Signal um, welches ausgesandt wird. [19] Ein „akustisches Wandlerelement" ist insbesondere ein Schallwandler oder ein Hydrofon, der oder das akustische Signale als Schallwechseldrücke in elektrische Spannungen umwandelt oder umgekehrt elektrische Signale in akustische Signale umwandelt. Beispielsweise werden Hydrofone Unterwasser eingesetzt, um dort Wasserschallgeräusche aufzunehmen. Hierbei wandelt ein Hydrofon den Wasserschall in eine dem Schalldruck entsprechende elektrische Größe. Insbesondere im Ultraschallbereich unter Wasser werden heutzutage als akustisches Wandlerelement Piezo-Wandler eingesetzt. Das Piezoelement erzeugt bei Einwirken eines mechanischen Drucks eine elektrische Spannung oder führt bei Anlegen einer elektrischen Spannung eine mechanische Bewegung aus. Bei industriell hergestellten Piezoelementen handelt es sich häufig um piezoelektrische Keramiken. Es sind jedoch auch Piezoelemente aus Kunststoff bekannt, insbesondere wird Polyvinylidenfluorid (PVDF) in Hydrofonen eingesetzt . [18] A "transducer device" is in particular a device for transmitting and / or receiving submarine acoustic signals, as used in the use of active and passive sonars.The transducer device receives underwater sound signals and converts these into an electrical signal for further processing and / or converts an electrical signal into an acoustic signal, which is sent out. [19] An "acoustic transducer element" is, in particular, a sound transducer or a hydrophone which converts acoustic signals into electrical voltages as sound pressure reversals or conversely converts electrical signals into acoustic signals, for example, underwater hydrophones are used to record waterborne noise In particular in the ultrasound range under water, piezoelectric transducers are used today as an acoustic transducer element The piezoelectric element generates an electrical voltage when a mechanical pressure is applied or performs a mechanical movement when an electrical voltage is applied Piezoelectric ceramics are often piezoelectric ceramics, but also plastic piezoelectric elements are known, in particular polyvinylidene fluoride (PVDF) is used in hydrophones.
[20] Bei Auftreffen des Schalldrucks wird die piezoelektrische Keramik elastisch verformt, wobei eine Änderung der elektrischen Polarisation und somit ein Auftreten einer elektrischen Spannung am keramischen Festkörper erfolgt. Umgekehrt verformt sich das keramische Piezoelement bei Anlegen einer elektrischen Spannung und gibt einen mechanischen Druck ab. Upon impact of the sound pressure, the piezoelectric ceramic is elastically deformed, whereby a change in the electrical polarization and thus an occurrence of an electrical voltage on the ceramic solid takes place. Conversely, the ceramic piezoelectric element deforms upon application of an electrical voltage and gives off a mechanical pressure.
[21] Ein „Wandlerträger" steht insbesondere in Verbindung zu dem akustischen Wandlerelement und trägt und/oder umschließt zumindest teilweise das akustische[21] A "transducer carrier" is in particular connected to the acoustic transducer element and at least partially wears and / or surrounds the acoustic transducer
Wandlerelement. Der Wandlerträger ist in Schalldruckrichtung hinter und/oder neben dem akustischen Wandlerelement angeordnet. Der Wandlerträger ist insbesondere elastisch ausgestaltet. Transducer element. The transducer carrier is in Sound pressure direction behind and / or arranged next to the acoustic transducer element. The transducer carrier is designed in particular elastically.
[22] „Elastisch" in diesem Sinne bedeutet insbesondere, dass der Wandlerträger sich bei einwirkendem Druck biegt, sodass dieser eine andere Form als vor der Druckeinwirkung einnimmt. Diese Verformung ist im Wesentlichen reversibel und nach Ende der einwirkenden Kraft nimmt der Wandlerträger wieder seine ursprüngliche Form ein. Mithin wird Schalldruck in eine mechanische Verformung überführt. [22] "Elastic" in this sense means, in particular, that the transducer carrier flexes when pressure is applied so that it takes on a different shape than before the action of pressure.This deformation is essentially reversible and, after the end of the applied force, the transducer carrier returns to its original state Thus, sound pressure is converted into a mechanical deformation.
[23] Als „Schalldruck" werden die Druckschwankungen eines kompressiblen Schallübertragungsmediums (wie Luft oder Wasser) bezeichnet, die bei der Ausbreitung von Schall auftreten. Der Schalldruck ist insbesondere der Wechseldruck, der den statischen Druck des umgebenden Mediums überlagert ist. [23] "Sound pressure" refers to the pressure fluctuations of a compressible sound-transmitting medium (such as air or water) that occur when sound propagates, in particular the alternating pressure superimposed on the static pressure of the surrounding medium.
[24] Unter „Schalldruckrichtung" wird vorliegend die Richtung verstanden, aus der der Schalldruck mit der höchsten Intensität auf die Wandlereinrichtung auftrifft. [24] In the present case, the term "sound pressure direction" refers to the direction from which the sound pressure of the highest intensity impinges on the transducer device.
[25] Eine „Schockschalldruckwelle" ist insbesondere eine Schalldruckwelle, die sehr plötzlich (sprunghaft) und/oder mit sehr hoher Amplitude auftritt. EineA "shock-sound pressure wave" is in particular a sound pressure wave that occurs very suddenly (erratic) and / or with a very high amplitude
Schockschalldruckwelle liegt insbesondere vor, wenn der Schalldruck größer ist als der Umgebungsdruck. Eine Schockschalldruckwelle kann jedoch auch vorliegen, wenn eine Schalldruckwelle mit niedriger Intensität in unmittelbarer Entfernung zu einer Wandlereinrichtung auftritt. Beispielsweise kann eine derartige Schockschalldruckwelle durch eine Explosion einer Unterwassermine in einer Entfernung von 100m vom Wandlerträger initiiert werden. Shock sound pressure wave is present in particular when the sound pressure is greater than the ambient pressure. However, a shock wave pressure wave may also be present when a low intensity sound pressure wave occurs in close proximity to a transducer device. For example, such Shock sound pressure wave caused by an underwater mine explosion at a distance of 100m from the transducer carrier.
[26] Ein „akustischer Absorber" vermindert die Schallenergie insbesondere durch Umwandlung in thermische Energie. Neben der Umwandlung in Wärme können aber auch andere Arten der Aufnahme der Schallenergie auftreten. Wird der einfallende Schall komplett absorbiert, so findet keine Reflexion mehr statt. Bei Absorbern kann es sich um poröse Schallschluckstoffe handeln, welche in den Poren den kinetischen Anteil der Schallenergie durch Reibung in Wärmeenergie umwandelt und somit die Schallenergie verringert. Zum Beispiel ist der Einsatz von mineralischen Fasern in Absorbern bekannt. Für die Absorption von Ultraschall wird insbesondere ein Absorber auf Polyurethanbasis eingesetzt. [26] An "acoustic absorber" reduces the sound energy, in particular by converting it into thermal energy, but other forms of absorption of the sound energy can occur in addition to the conversion into heat, and if the incident sound is completely absorbed, no reflection takes place it can be porous sound-absorbing substances which convert the kinetic component of the sound energy into heat energy by friction in the pores and thus reduce the sound energy, for example, the use of mineral fibers in absorbers, in particular an absorber for the absorption of ultrasound Polyurethane base used.
[27] Unter „Entkoppeln" wird insbesondere verstanden, dass keine oder nur sehr geringe durch den Schalldruck verursachte Wechselwirkung zwischen dem Wandlerträger und dem akustischen Absorber auftreten. Auch kann eine Entkopplung räumlich und/oder durch Lagerung und/oder Verbindung so ausgeführt werden, dass die Schwingungen des Wandlerträgers nicht oder nur im geringen Maße auf dem akustischen Absorber übertragen werden. In particular, "decoupling" means that no or only very little interaction between the transducer carrier and the acoustic absorber caused by the sound pressure occurs.Also decoupling can be carried out spatially and / or by storage and / or connection in such a way that the vibrations of the transducer carrier are not transmitted or only to a small extent on the acoustic absorber.
[28] In einer weiteren Ausführungsform der[28] In a further embodiment of the
Wandlereinrichtung sind an dem Wandlerträger mehrere akustische Wandlerelemente angeordnet. [29] Durch die Anordnung von mehreren akustischen Wandlerelementen an dem Wandlerträger kann die Wandlereinrichtung platzsparend ausgeführt werden. Des Weiteren wird Material gespart, in dem nicht jedes einzelne Wandlerelement von einem einzelnen Wandlerträger getragen wird . Converter means are arranged on the transducer carrier a plurality of acoustic transducer elements. By arranging a plurality of acoustic transducer elements on the transducer carrier, the transducer means can be designed to save space. Furthermore, material is saved in which not every single transducer element is supported by a single transducer carrier.
[30] Insbesondere kann durch die Verwendung von mehreren Wandlerelementen eine höhere Ortsauflösung erreicht und dadurch die Navigation verbessert werden. In particular, a higher spatial resolution can be achieved by the use of a plurality of transducer elements and thus the navigation can be improved.
[31] In einer weiteren Aus führungs form weist der Wandlerträger ein Wandlerträgerlager oder mehrere Wandlerträgerlager auf, sodass der Wandlerträger mechanisch schwingfähig durch dieses oder diese gelagert ist. [31] In another embodiment, the transducer carrier has a transducer carrier bearing or a plurality of transducer carrier bearings, so that the transducer carrier is supported by this or these mechanically oscillatable.
[32] Unter einem „Wandlerträgerlager" wird insbesondere ein Bauteil verstanden, dass die Last des Wandlerträgers aufnimmt und gegebenenfalls weiter überträgt. Hierbei kann es sich um ein allseits festes und damit nicht verschiebbares Lager handeln oder um ein bewegliches Lager. Zum Beispiel kann es sich bei dem Wandlerträgerlager in einfacher Weise um eine Stütze handeln, welche als vertikales Bauteil die Last hauptsächlich in Richtung seiner Längsachse aufnimmt und weiterleitet. Das Wandlerträgerlager kann auch so ausgeführt sein, dass es sowohl mit dem Wandlerträger als auch mit dem akustischen Absorber in Verbindung steht. [32] A "transducer carrier" is understood to mean, in particular, a component that picks up and, where appropriate, transmits the load of the transducer carrier, which may be a solid and therefore non-displaceable bearing or a movable bearing in the converter support in a simple manner to act on a support which receives as a vertical component, the load mainly in the direction of its longitudinal axis and forwards.The transducer carrier can also be designed so that it is connected to both the transducer carrier and with the acoustic absorber.
[33] Durch die Lagerung mit einem oder mehreren Wandlerträgerlager kann der elastische Wandlerträger bei Einwirken eines Drucks, insbesondere Schockdrucks, sich nicht nur verbiegen sondern auch schwingen. By storing with one or more transducer carrier bearing, the elastic transducer carrier can The effect of pressure, in particular shock pressure, not only bending but also swinging.
[34] Durch das Schwingen wird insbesondere der Schockschalldruck gedämpft oder in mechanische Schwingung umgewandelt und nur teilweise vom Wandlerträgerlager weitergeleitet. Grundsätzlich wird die am akustischen Absorber anliegende Schallintensität verringert. In particular, the shock pressure is damped or converted into mechanical vibration by the swing and only partially forwarded from the transducer carrier bearing. Basically, the sound intensity applied to the acoustic absorber is reduced.
[35] Damit der Wandlerträger bei im Wesentlichen mittiger Lagerung an den äußeren Rändern oder auf der der gelagerten Seite entgegengesetzten Seite mechanisch schwingfähig ist, kann die Wandlereinrichtung so ausgeführt sein, dass eines der Wandlerträgerlager im Wesentlichen mittig oder an einer Position bis an den äußeren Rand des Wandlerträgerlagers angeordnet ist. [35] In order for the transducer carrier to be capable of oscillating mechanically in the case of substantially central bearing at the outer edges or on the side opposite the mounted side, the transducer device can be designed such that one of the transducer carrier bearings is substantially in the center or at a position up to the outer edge is arranged of the transducer carrier bearing.
[36] Durch die Positionierung eines Wandlerträgerlagers kann die Schwingung gezielt ermöglicht werden, zum Beispiel an den äußeren Rändern oder in der Mitte des Wandlerträgers . By positioning a transducer carrier bearing, the vibration can be selectively enabled, for example, at the outer edges or in the middle of the transducer carrier.
[37] Somit kann je nach konstruktiver Ausführung der Wandlereinrichtung die höchste Schwingungsamplitude dort vorgesehen werden, wo am meisten Platz für die Schwingungsauslenkung besteht. Thus, depending on the structural design of the transducer device, the highest vibration amplitude can be provided where most space exists for the vibration deflection.
[38] In einer weiteren Aus führungs form sind zwei Wandlerträgerlager im Wesentlichen mittig oder jeweils an den entgegengesetzten äußeren Rändern des[38] In a further embodiment, two transducer carrier bearings are substantially centered or respectively at the opposite outer edges of the carrier
Wandlerträgerlagers angeordnet, sodass der Wandlerträger an den äußeren Rändern oder in der Mitte mechanisch schwingfähig ist. Wandlerträgerlagers arranged so that the transducer carrier the outer edges or in the middle is mechanically oscillatable.
[39] Indem zwei Wandlerträgerlager im Wesentlichen mittig angeordnet werden, wird die Lastaufnahme in der Mitte verstärkt und der Wandlerträger ist an den beiden entgegengesetzten äußeren Rändern stärker mechanisch schwingfähig . By arranging two transducer carrier bearings substantially centrally, the load bearing in the middle is reinforced and the transducer carrier is more mechanically vibratable at the two opposite outer edges.
[40] Dadurch, dass jeweils ein Wandlerträgerlager an den entgegengesetzten beiden äußeren Rändern des Wandlerträgers angeordnet ist, ist die Mitte des Wandlerträgers schwingfähig. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die höchste Schalldruckintensität auf die Mitte der Wandlereinrichtung auftrifft, wie dies zum Beispiel bei einem Bugsonar zu erwarten ist. [40] The fact that a respective transducer carrier bearing is arranged at the opposite two outer edges of the transducer carrier, the center of the transducer carrier is oscillatable. This is particularly advantageous when the highest sound pressure intensity impinges on the center of the transducer device, as is to be expected for example in a Bugsonar.
[41] Um Informations- oder sonstige Signale zu den Wandlerelementen zu leiten, können die Wandlerträgerlager durch einen Führungsspalt zueinander beabstandet sein. [41] In order to convey information or other signals to the transducer elements, the transducer carrier bearings may be spaced apart by a guide gap.
[42] Dies hat den Vorteil, dass zum einen durch den Führungsspalt ein Kabel oder mehrere Kabel zur Stromversorgung der Wandlerelemente angeordnet werden können. Zum anderen verbessert dies insbesondere die Schwingfähigkeit der Wandlerträgerlager selbst, da dadurch beispielsweise eine Doppellagerung realisierbar ist. [42] This has the advantage that on the one hand through the guide gap, a cable or more cables for powering the transducer elements can be arranged. On the other hand, this improves in particular the ability to vibrate the transducer carrier bearing itself, since this example, a double bearing is feasible.
[43] Unter einem „Führungsspalt" wird insbesondere ein Raum zwischen zwei Wandlerträgerlagern verstanden, welcher nicht mit Wandlerträgermaterial ausgefüllt ist und durch welchen beispielsweise Kabel frei geführt werden können. [44] In einer weiteren Aus führungs form ist der Wandlerträger über das Wandlerträgerlager oder die Wandlerträgerlager mit einem Schwingträger mechanisch verbunden, sodass insbesondere die Wandlereinrichtung mindestens doppelt mechanisch schwingfähig ausgeführt ist. [43] A "guide gap" is understood in particular to mean a space between two transducer carrier bearings which is not filled with transducer carrier material and through which, for example, cables can be guided freely. [44] In a further embodiment, the transducer carrier is mechanically connected via the transducer carrier bearing or the transducer carrier bearing to a vibration carrier, so that, in particular, the transducer device is designed to be at least twice mechanically oscillatable.
[45] Ein „Schwingträger" ist insbesondere ein Träger der mechanische Schwingungen aufnehmen, selbst mechanisch schwingen kann und dadurch die Intensität des Schockschalldrucks weiter reduziert. [45] A "vibrating carrier" is in particular a carrier that absorbs mechanical vibrations, can itself vibrate mechanically and thereby further reduces the intensity of the shock-sound pressure.
[46] Die doppelt mechanisch schwingfähige Ausführung der Wandlereinrichtung gibt insbesondere den Vorteil, dass der nachgelagerte Absorber besser vom Wandlerträger entkoppelt ist . [46] The double mechanically oscillatable design of the transducer device gives the particular advantage that the downstream absorber is better decoupled from the transducer carrier.
[47] Zudem wird durch die bessere mechanische Schwingfähigkeit im Vergleich zur einfachen schwingfähigen Ausführung mehr Schallenergie gedämpft. [47] In addition, the better mechanical vibration capability dampens more sound energy compared to the simple oscillatory design.
[48] Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wandlerträger nicht nur elastisch sondern bereits selbst schwingfähig ist, insbesondere wenn der Wandlerträger auch quer zur Schalldruckrichtung schwingen kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, da der Schalldruck sich nicht nur in Schalldruckrichtung sondern auch quer zur[48] It is particularly advantageous if the transducer carrier is not only elastic but already self-oscillating, in particular if the transducer carrier can also oscillate transversely to the sound pressure direction. This is particularly advantageous because the sound pressure is not only in the sound pressure direction but also across the
Schalldruckrichtung ausbreitet. Sound pressure propagates.
[49] Somit ist es vorteilhaft, wenn sowohl der Wandlerträger als auch das Wandlerträgerlager und der Schwingträger elastisch schwingfähig sind, sodass ein mindestens doppelt oder sogar dreifach schwingfähiges System besteht. Thus, it is advantageous if both the transducer carrier and the transducer carrier bearing and the vibrating carrier are elastically oscillatable, so that a at least double or even triple swinging system exists.
[50] Vorteilhaft kann die Wandlereinrichtung so ausgeführt sein, dass in der Schalldruckrichtung der Schwingträger schwingfähig vor dem akustischen Absorber gelagert ist und/oder auf einer schwingfähigen Platte befestigt ist. [50] Advantageously, the transducer means can be designed so that in the sound pressure direction of the vibrating carrier is mounted vibrationally in front of the acoustic absorber and / or mounted on a vibratable plate.
[51] Durch die schwingfähige Lagerung des Schwingträgers erfolgt insbesondere eine weitere Dämpfung des Schalldrucks, sodass der akustische Absorber nachfolgend intakt bleibt. [51] Due to the oscillatory mounting of the oscillating carrier, in particular a further damping of the sound pressure takes place, so that the acoustic absorber subsequently remains intact.
[52] Insbesondere ist es von Vorteil, wenn dadurch der akustische Absorber im Wesentlichen nicht komprimiert wird. Unter einem „nicht komprimieren" wird insbesondere eine Volumenänderung kleiner 3%, besonders bevorzugt kleiner 1,5% oder kleiner 1%, eines Normalvolumens des akustischen Absorbers verstanden. [52] In particular, it is advantageous if the acoustic absorber is essentially not compressed thereby. A "non-compressing" is understood in particular to mean a volume change of less than 3%, particularly preferably less than 1.5% or less than 1%, of a normal volume of the acoustic absorber.
[53] Um die Schalldämpfung zu verbessern, kann der Schwingträger auf einer schwingfähigen Platte befestigt sein. Insbesondere wenn der Schwingträger so auf der Platte befestigt ist, dass er zwischen Schlitzen in der Platte befestigt und nachfolgend ein Luftpolster angeordnet ist, wird nach dem Federmasseprinzip dadurch eine gute schalldämpfende Wirkung erreicht. [53] In order to improve the soundproofing, the vibration carrier can be mounted on a swinging plate. In particular, when the vibrating support is mounted on the plate so that it is mounted between slots in the plate and subsequently an air cushion is arranged, a good sound-damping effect is achieved by the spring mass principle.
[54] In einer weiteren Ausführungsform ist die Wandlereinrichtung so ausgeführt, dass die[54] In a further embodiment, the converter device is designed such that the
Wandlereinrichtung weitere Wandlerträger und/oder weitere Wandlerträgerlager und/oder weitere Schwingträger aufweist. [55] Dadurch kann die Schwingfähigkeit derTransducer further converter carrier and / or further transducer carrier bearing and / or further vibrating carrier has. [55] As a result, the ability to vibrate the
Wandlereinrichtung der Druckempfindlichkeit des akustischen Absorbers angepasst werden. Transducer device to be adapted to the pressure sensitivity of the acoustic absorber.
[56] Zudem kann die Wandlereinrichtung so ausgeführt werden, dass sie zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Unterwassersignalen optimal genutzt werden kann . [56] In addition, the transducer device can be designed so that it can be used optimally for transmitting and / or receiving submarine acoustic signals.
[57] Um die Stabilität der Wandlereinrichtung zu erhöhen, können in Schalldruckrichtung nach dem Wandlerträger eine erste Verfüllmasse und/oder ein weiterer akustischer Absorber vorgesehen sein, welche zumindest teilweise zwischen dem Wandlerträger und dem Schwingträger angeordnet sind . [57] In order to increase the stability of the transducer device, a first filling compound and / or a further acoustic absorber can be provided in the direction of the sound pressure downstream of the transducer carrier, which are arranged at least partially between the transducer carrier and the oscillating carrier.
[58] Unter einer „Verfüllmasse" wird insbesondere eine Masse zum Verfüllen des Raumes nach dem Wandlerträger verstanden. Hierbei kann es sich um eine Kunststoffmasse und/oder Kork und/oder einem anderen Verfüllmaterial handeln. Als Kunststoff kann insbesondere weiches [An den Erfinder: Was genau charakterisiert „weich"?] Polyurethan und Polyoxymethylen eingesetzt werden. [58] A "filling compound" is understood to mean, in particular, a mass for filling the space downstream of the transducer carrier, which may be a plastics material and / or cork and / or another filling material. What exactly characterizes "soft"?] Polyurethane and polyoxymethylene be used.
[59] Die Verwendung einer Verfüllmasse ist vorteilhaft, da diese zum einen die Bauteile verkleben kann, wodurch diese Stabilität bietet. Zum anderen kann die Verfüllmasse elastisch und dadurch dämpfend wirken. Zudem verhindert die Verfüllmasse, dass Meerwasser in die Wandlereinrichtung eindringt und insbesondere korrosive Schäden verursacht. [60] Für den Fall, dass der ersten Verfüllmasse ein weiterer akustischer Absorber folgt, kann insbesondere die Verfüllmasse den Wandlerträger mit dem akustischen Absorber „verkleben" . The use of a filling compound is advantageous because it can on the one hand bond the components, which provides stability. On the other hand, the filling compound can be elastic and thus dampening. In addition, the filling mass prevents seawater from penetrating into the transducer device and in particular causing corrosive damage. [60] In the event that the first filling compound is followed by another acoustic absorber, in particular the filling compound can "glue" the transducer carrier to the acoustic absorber.
[61] Besonders vorteilhaft ist, wenn die Verfüllmasse weicher oder entsprechend komprimierbarer ist als das Material des Absorbers. [61] It is particularly advantageous if the filling compound is softer or correspondingly more compressible than the material of the absorber.
[62] Die Anordnung eines weiteren akustischen Absorbers zwischen den Wandlerträger und dem Schwingträger hat den Vorteil, dass hier zusätzlich Schall durch den weiteren akustischen Absorber geschluckt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Schalldruck auch quer zur Schalldruckrichtung auf den Wandlerträger auftrifft und der Wandlerträger auch in Querrichtung schwingfähig ist. [62] The arrangement of a further acoustic absorber between the transducer carrier and the oscillating carrier has the advantage that in this case additional sound is swallowed by the further acoustic absorber. This is particularly advantageous if the sound pressure impinges transversely to the direction of sound pressure on the transducer carrier and the transducer carrier is also oscillatable in the transverse direction.
[63] Um ein besonders geeignetes Material für den Wandlerträger bereitzustellen, können der Wandlerträger und/oder das Wandlerträgerlager und/oder der Schwingträger einen Faserverbundwerkstoff aufweisen. [63] In order to provide a particularly suitable material for the transducer carrier, the transducer carrier and / or the transducer carrier bearing and / or the vibrating carrier may comprise a fiber composite material.
[64] Ein „Faserverbundwerkstoff" ist insbesondere ein aus üblicherweise zwei Hauptkomponenten bestehender Mehrphasen- und/oder Mischwerkstoff, wobei die eine Komponente eine Matrix sowie die andere verstärkende Fasern sind. [64] In particular, a "fiber composite" is a multiphase and / or mixed material consisting of usually two main components, one component being a matrix and the other reinforcing fibers.
[65] Eine „Faser" ist insbesondere ein im Verhältnis zu seiner Länge dünnes und flexibles Gebilde, welches aus einem Faserstoff besteht. Vorliegend ist das Verhältnis von Länge zu Durchmesser mindestens 3 zu 1 oder bevorzugt mindestens 10 zu 1. Insbesondere haben Fasern ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 1000 zu 1. Durch das Längen-Durchmesser-Verhältnis verleihen die Fasern dem Werkstoff die nötige (reversible) Flexibilität. [65] In particular, a "fiber" is a thin and flexible structure made of a pulp relative to its length In the present case, the length to diameter ratio is at least 3 to 1 or preferably at least 10 to 1. In particular, fibers have one Length to diameter ratio of 1000 to 1. Due to the length to diameter ratio, the fibers give the material the necessary (reversible) flexibility.
[66] Besonders vorteilhaft ist, dass durch Einstellung der Anzahl der Fasern im Faserverbundwerkstoff die Elastizitäten des Wandlerträgers und/oder[66] It is particularly advantageous that by adjusting the number of fibers in the fiber composite material, the elasticities of the transducer carrier and / or
Wandlerträgerlagers und/oder des Schwingträgers eingestellt werden können. Wandlerträgerlagers and / or the oscillating carrier can be adjusted.
[67] Insbesondere ist es vorteilhaft, als[67] In particular, it is advantageous as
Faserverbundwerkstoff glasfaserverstärkten Kunststoff zu verwenden. Bei diesem werden Glasfasern und duroplastischer Kunststoff wie zum Beispiel Polyesterharz oder Epoxidharz und/oder thermoplastische Kunststoffe wie zum Beispiel Polyamid zusammen eingesetzt. Zudem hat glasfaserverstärkter Kunststoff im Vergleich zu anderen Faserverbundwerkstoffen eine relativ leichte elastische Verformbarkeit . Fiber composite fiberglass reinforced plastic to use. In this glass fibers and thermosetting plastic such as polyester resin or epoxy resin and / or thermoplastics such as polyamide are used together. In addition, glass fiber reinforced plastic has a relatively low elastic deformability compared to other fiber composites.
[68] Der Vorteil der Glasfaser im Verbund mit der Kunststoffmatrix ist deren hohe Bruchdehnung und die elastische Energieaufnahme. Zusätzlich ist das Korrosionsverhalten von glasfaserverstärktem Kunststoff in Meerwasser vorteilhaft. [68] The advantage of the glass fiber in combination with the plastic matrix is its high elongation at break and the elastic energy absorption. In addition, the corrosion behavior of glass fiber reinforced plastic in seawater is advantageous.
[69] In einer weiteren Aus führungs form weist in der Schalldruckrichtung der Wandlerträger hinter dem akustischen Wandlerelement eine Materialdicke von 1/4 bis 1/12 einer Gesamtmaterialdicke des Wandlerträgers auf. [70] Eine dünnere Materialdicke des Wandlerträgers hinter dem akustischen Wandlerelement in Schalldruckrichtung ist vorteilhaft im Vergleich zur Gesamtmaterialdicke des Wandlerträgers, weil dadurch der Wandlerträger in der Mitte hinter dem akustischen Wandlerelement besser elastisch verformbar ist. Dadurch können die Ränder mit einer höheren Materialdicke besser schwingen oder als (Zug) Lager wirken. Dadurch kann der Wandlerträger besser quer, insbesondere orthogonal, zur Schalldruckrichtung mechanisch schwingen. [69] In a further embodiment, in the sound pressure direction, the transducer carrier behind the acoustic transducer element has a material thickness of 1/4 to 1/12 of a total material thickness of the transducer carrier. [70] A thinner material thickness of the transducer carrier behind the acoustic transducer element in the sound pressure direction is advantageous in comparison to the total material thickness of the transducer carrier, because thereby the transducer carrier in the middle behind the acoustic transducer element is better elastically deformable. This allows the edges to vibrate better with a higher material thickness or act as a (train) bearing. As a result, the transducer carrier can vibrate better transversely, in particular orthogonally, mechanically to the sound pressure direction.
[71] Um eine zusätzliche Schalldämpfung zu erzielen, kann der Wandlerträger neben dem akustischen Wandlerelement parallel zur Schalldruckrichtung eine Absorberschicht oder mehrere Absorberschichten aufweisen. [71] In order to achieve additional sound attenuation, the transducer carrier can have an absorber layer or several absorber layers in addition to the acoustic transducer element parallel to the sound pressure direction.
[72] Durch die zusätzlichen Absorberschichten im Wandlerträger neben dem akustischen Wandlerelement wird auch der Schalldruck quer, insbesondere orthogonal, zur Schalldruckrichtung gedämpft. [72] The additional absorber layers in the transducer carrier next to the acoustic transducer element also attenuate the sound pressure transversely, in particular orthogonally, to the sound pressure direction.
[73] Zudem wird durch die Absorberschichten der hinter dem Wandlerträger angeordnete Absorber entlastet. [73] In addition, the absorber layers relieve the absorber arranged behind the transducer carrier.
[74] In einer weiteren Aus führungs form ist eine weitere Verfüllmasse um ein Wandlerelement und/oder zwischen zwei Wandlerelementen angeordnet. [74] In another embodiment, another filling compound is arranged around a transducer element and / or between two transducer elements.
[75] Die weitere Verfüllmasse ist in ihren Eigenschaften ähnlich zur oben definierten ersten Verfüllmasse, nur dass diese hier ein Wandlerelement oder mehrere Wandlerelemente betrifft . [76] Die Verfüllmasse hat insbesondere die Aufgabe ein Wandlerelement mit dem Wandlerträger elastisch (klebend) zu verbinden und/oder in Schalldruckrichtung vor und hinter dem Wandlerelement Druckplatten und/oder Impedanzblöcke und/oder weitere Schichten, insbesondere elastische Schichten, (klebend) zu verbinden. Zudem hat diese die Aufgabe zu verhindern, dass Meerwasser an das Wandlerelement gelangt. Auch kann sie zur Verklebung von leitenden Schichten vor und hinter dem Wandlerelement in Schalldruckrichtung genutzt werden. [75] The further filling compound is similar in properties to the above-defined first filling compound, except that it relates here to one transducer element or several transducer elements. In particular, the filler has the task of elastically bonding an transducer element to the transducer carrier and / or of connecting pressure plates and / or impedance blocks and / or further layers, in particular elastic layers, in the direction of the sound pressure in front of and behind the transducer element , In addition, this has the task of preventing seawater from reaching the transducer element. It can also be used for bonding conductive layers in front of and behind the transducer element in the sound pressure direction.
[77] Zwischen zwei Wandlerelementen ist die Anordnung der weiteren Verfüllmasse vorteilhaft, um elastisch die Schwingungen der Wandlerelemente zu dämpfen und diese zu verkleben . [77] Between two transducer elements, the arrangement of the further filling compound is advantageous in order to elastically damp the vibrations of the transducer elements and bond them together.
[78] In einer weiteren Ausführungsform sind ein Wandlerelement oder mehrere Wandlerelemente auf der Seite des auftreffenden Schalldrucks mit einer leitenden Schicht, insbesondere einem leitenden Gitter aus Kupfer, überzogen. [78] In another embodiment, one or more transducer elements on the side of the impinging sound pressure are coated with a conductive layer, in particular a conductive grid of copper.
[79] Eine leitende Schicht ist insbesondere zur Zu- oder Abführung der Spannung bei einem piezoelektrischen Element notwendig . [79] A conductive layer is necessary in particular for supplying or removing the voltage in a piezoelectric element.
[80] Vorteilhaft ist, wenn die leitende Schicht direkt auf das piezoelektrische Element aufgedampft ist. [80] It is advantageous if the conductive layer is vapor-deposited directly on the piezoelectric element.
[81] Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein leitendes Gitter insbesondere ein Kupfergitter auf der Seite des auftreffenden Schalldrucks über die Wandlerelemente gezogen ist, da dadurch die Wandlerelemente auf dieser Seite schwingen können jedoch weiterhin die Spannungsversorgung gesichert ist. [81] It is particularly advantageous if a conductive grid, in particular a copper grid, has been pulled over the transducer elements on the side of the incident sound pressure, since this causes the transducer elements on this side However, the power supply is still able to swing.
[82] In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Wandlervorrichtung mit zwei Wandlereinrichtungen oder mehr Wandlereinrichtungen wie zuvor beschrieben, wobei die Wandlereinrichtungen parallel und/oder in Reihe angeordnet sind . [82] In a further aspect, the object is achieved by a converter device with two converter devices or more converter devices as described above, wherein the converter devices are arranged parallel and / or in series.
[83] Dadurch kann eine Wandlervorrichtung nach den Bedürfnissen des Benutzers ausgeführt werden. Insbesondere kann eine Wandlereinrichtung zum Senden und eine andere Wandlereinrichtung zum Empfangen von Unterwassersignalen verwendet werden. [83] As a result, a conversion device can be made according to the needs of the user. In particular, a transducer means for transmitting and another transducer means for receiving underwater signals may be used.
[84] Zudem können durch die Parallel- und/oder Reihenschaltung von Wandlereinrichtungen die[84] In addition, by the parallel and / or series connection of converter devices, the
Schwingfähigkeit der Wandlervorrichtung optimiert werden, indem beispielsweise mehrere Wandlereinrichtungen auf einer geschlitzten Platte angeordnet werden. Oscillating the transducer device can be optimized by, for example, a plurality of transducer devices are arranged on a slotted plate.
[85] In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Sonar, insbesondere Bugsonar, wobei das Sonar eine Wandlervorrichtung oder mehrere Wandlervorrichtungen wie vorher beschrieben oder eine Wandlereinrichtung oder mehrere Wandlereinrichtungen wie vorher beschrieben aufweist . [85] In another aspect, the object is achieved by a sonar, in particular Bugsonar, wherein the sonar comprises a transducer device or a plurality of transducer devices as previously described or a transducer device or a plurality of transducer devices as previously described.
[86] Unter „Sonar" wird ein System zur Ortung von Gegenständen im Raum und unter Wasser mittels ausgesandter Schallimpulse verstanden. Dabei kann es sich um ein aktives Sonar handeln, welches selbst ein Signal ausstrahlt, oder um ein passives Sonar, welches nur ausgestrahlte Schallimpulse empfängt. Ebenso kann es sich hierbei um ein bi- oder multistatisches Sonar handeln, welches gleichzeitig auf verschiedenen Plattformen Senden und Empfangen kann. [86] "Sonar" is understood to mean a system for locating objects in space and under water by means of emitted sound pulses, which may be an active sonar which itself emits a signal, or a passive sonar, which receives only emitted sound pulses. It can also be a bi- or multistatic sonar, which can simultaneously send and receive on different platforms.
[87] Diese Wandlereinrichtung und/oder -Vorrichtung ist insbesondere für ein Bugsonar vorteilhaft, da eine Schockschalldruckwelle üblicherweise direkt auf ein Bugsonar am Schiffsrumpf trifft. Bei einem Bugsonar ist es insbesondere wichtig, dass der Absorber intakt bleibt. [87] This transducer device and / or device is particularly advantageous for a Bugsonar, since a shock-sound pressure wave usually hits directly on a Bugsonar on the hull. With a Bugsonar it is particularly important that the absorber remains intact.
[88] In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein U-Boot, welches ein Sonar wie zuvor beschrieben aufweist. [88] In an additional aspect of the invention, the object is achieved by a watercraft, in particular a submarine, which has a sonar as described above.
[89] Insbesondere für ein U-Boot ist es notwendig, dass die akustischen Absorber der Wandlereinrichtungen und Sonare nicht durch Schalldruckwellen zerstört werden, da ansonsten die Navigation und Ortung durch das U-Boot gestört und das U-Boot gefährdet wird. Especially for a submarine, it is necessary that the acoustic absorber of the converter devices and sonars are not destroyed by sound pressure waves, otherwise disturbed navigation and location by the submarine and the submarine is endangered.
[90] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen [90] In the following, the invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments. Show it
Figur 1 eine stark schematische Figure 1 is a highly schematic
Schnittdarstellung eines Hydrofons mit einer piezoelektrischen Keramik und einem PU-Hochfrequenz-Absorber und Figur 2 ein schematischer Schnitt durch ein Sectional view of a hydrophone with a piezoelectric ceramic and a PU high-frequency absorber and Figure 2 is a schematic section through a
Bugsonar mit mehreren piezoelektrischen Keramiken .  Bugsonar with several piezoelectric ceramics.
[91] Ein Hydrofon 101 weist eine piezoelektrische Keramik 105 auf, welche auf einem GFK-Träger 103 angeordnet ist. In Schalldruckrichtung 102 folgt vor der piezoelektrischen Keramik 105 zuerst eine Aluminiumplatte 107, eine GFK- Platte 108 und eine vordere Kupferschicht 109. Diese Kupferschicht 109 ist auf die piezoelektrische Keramik 105 aufgedampft. In Schalldruckrichtung 102 hinter der piezoelektrischen Keramik 105 folgt eine hintere Kupferschicht 110, welche ebenfalls auf die piezoelektrische Keramik 105 aufgedampft ist. Anschließend folgen eine PU-Platte 111, eine GFK-Platte 112, ein Messingblock 113 und eine Gummischicht 114. Alle genannten Materialien sind von einer PU-Masse 115 umgeben. [91] A hydrophone 101 has a piezoelectric ceramic 105 disposed on a GRP carrier 103. In the direction of sound pressure 102, an aluminum plate 107, a GRP plate 108 and a front copper layer 109 follows first of the piezoelectric ceramic 105. This copper layer 109 is vapor-deposited on the piezoelectric ceramic 105. In the sound pressure direction 102 behind the piezoelectric ceramic 105 is followed by a rear copper layer 110, which is also vapor-deposited on the piezoelectric ceramic 105. This is followed by a PU plate 111, a GRP plate 112, a brass block 113 and a rubber layer 114. All the materials mentioned are surrounded by a PU mass 115.
[92] Die Materialdicke 117 des GFK-Trägers 103 in Schallrichtung hinter der piezoelektrischen Keramik 105 beträgt 1/9 der Gesamtmaterialdicke 118 des GFK-Trägers 103. [92] The material thickness 117 of the GFK carrier 103 in the sound direction behind the piezoelectric ceramic 105 is 1/9 of the total material thickness 118 of the GFRP carrier 103.
[93] Der GFK-Träger 103 weist neben der piezoelektrischen Keramik 105 eine Stahlabdeckung 121 auf, hinter der in Schalldruckrichtung 102 eine Gummischicht 122 folgt. [93] The GFRP carrier 103 has, in addition to the piezoelectric ceramic 105, a steel cover 121, behind which a rubber layer 122 follows in the sound pressure direction 102.
[94] In der Mitte des GFK-Trägers 103 neben der piezoelektrischen Keramik 105 ist auf beiden Seiten jeweils eine Absorberschicht 116 eingezogen. [95] In Schalldruckrichtung 102 hinter dem GFK-Träger 103 folgt eine PU-Masse 119 und ein PU-Hochfrequenzabsorber 104. [94] In the middle of the GFRP support 103 adjacent to the piezoelectric ceramic 105, an absorber layer 116 is drawn in each case on both sides. [95] In the sound pressure direction 102 behind the GFRP carrier 103, a PU mass 119 and a PU high-frequency absorber 104 follow.
[96] Der GFK-Träger 103 und der PU-Hochfrequenzabsorber 104 sind beide mit einer PU-Masse 119 in einem GFK-Halter 120 verklebt . [96] The GFRP carrier 103 and the PU high-frequency absorber 104 are both adhesively bonded to a PU mass 119 in a GFRP holder 120.
[97] Das Hydrofon 101 ist an einem U-Boot angebracht. In unmittelbarer Nähe zum U-Boot finden unter Wasser Minenräumungen statt. Dabei kommt es zur Explosion einer Mine, sodass eine Schockschalldruckwelle mit der Schalldruckrichtung 102 auf das Hydrofon 101 auftrifft. [97] The Hydrofon 101 is attached to a submarine. In the immediate vicinity of the submarine under mine water demolition takes place. This leads to the explosion of a mine, so that a shock-sound pressure wave with the sound pressure direction 102 impinges on the hydrophone 101.
[98] In Schalldruckrichtung 102 trifft die Schalldruckwelle zunächst auf die Aluminiumplatte 107, welche einen Teil der Schalldruckwelle reflektiert. Durch die Verklebung mit der PU-Masse 115 ist die Aluminiumplatte 107 elastisch mit der dahinterliegenden GFK-Platte 108 verbunden, welche als Druckplatte ausgelegt ist. Durch den auftreffenden Druck wird die piezoelektrische Keramik 105 elastisch zusammengedrückt und eine elektrische Spannung tritt am Festkörper auf. Über die vordere leitende Kupferschicht 109 und die hintere leitende Kupferschicht 110 wird die Spannung abgeleitet. Elektrisch ist die piezoelektrische Keramik 105 über Kabel, welche durch die PU-Masse 115 und die Gummischicht 122 geführt werden, verbunden (nicht in Figur 1 gezeigt) . In sound pressure direction 102, the sound pressure wave initially strikes the aluminum plate 107, which reflects part of the sound pressure wave. By bonding with the PU compound 115, the aluminum plate 107 is elastically connected to the underlying GRP plate 108, which is designed as a pressure plate. By the impinging pressure, the piezoelectric ceramic 105 is elastically compressed and an electric voltage occurs on the solid. The voltage is dissipated via the front conductive copper layer 109 and the rear conductive copper layer 110. Electrically, the piezoelectric ceramic 105 is connected via cables passing through the PU mass 115 and the rubber layer 122 (not shown in FIG. 1).
[99] In Schalldruckrichtung 102 hinter der piezoelektrischen Keramik 105 folgt eine weitere PU-Platte 111 als Druckplatte. Der nachfolgende Messingblock 113 ist als Impedanzblock ausgelegt, um weiteren Schalldruck zu vermindern. Als Dämpfung und Isolation folgt die Gummischicht 114. [99] In the sound pressure direction 102 behind the piezoelectric ceramic 105, another PU plate 111 follows as a pressure plate. The subsequent brass block 113 is designed as an impedance block to reduce further sound pressure. As damping and insulation, the rubber layer 114 follows.
[100] Die beiden Absorber 116 im GFK-Träger neben der piezoelektrischen Keramik 105 haben die Aufgabe Querwellen der Schockschalldruckwelle zu absorbieren. [100] The two absorbers 116 in the GFRP carrier next to the piezoelectric ceramic 105 have the task of absorbing transverse waves of the shock-sound pressure wave.
[101] Dadurch, dass der GFK-Träger 103 unter der piezoelektrischen Keramik 105 eine geringere Materialdicke 117 aufweist, ist der gesamte GFK-Träger 103 elastisch und schwingfähig. Der GFK-Träger 103 kann in der Mitte unter der piezoelektrischen Keramik 105 sowohl in Schalldruckrichtung 102 (in Figur 1 auch mit der Y-Richtung bezeichnet) als auch an den Rändern quer (in X-Richtung) schwingen. Durch diese Schwingungen wird der Schalldruck weiter gedämpft. [101] As a result of the fact that the GFRP support 103 has a smaller material thickness 117 under the piezoelectric ceramic 105, the entire GFRP support 103 is elastic and capable of oscillating. The GFRP support 103 can swing in the middle under the piezoelectric ceramic 105 both in the sound pressure direction 102 (also referred to in the Y direction in FIG. 1) and at the edges transversely (in the X direction). These vibrations further dampen the sound pressure.
[102] Da in Schalldruckrichtung 102 hinter dem GFK-[102] Since in sound pressure direction 102 behind the GFK
Träger 103 die PU-Masse 119 angeordnet ist, kann der GFK- Träger 103 schwingen und es besteht nur eine elastische Verbindung zum nachgeschalteten PU-Hochfrequenzabsorber 104. Durch diese Ausführung des Hydrofons 101 bleibt der Absorber 104 auch bei Auftreffen der Schockschalldruckwelle intakt . Carrier 103, the PU mass 119 is arranged, the GFK carrier 103 can swing and there is only one elastic connection to the downstream PU high-frequency absorber 104. By this design of the hydrophone 101 of the absorber 104 remains intact even when the shockwave pressure wave.
[103] In einer Alternative weist ein Bugsonar 201 einen[103] In one alternative, a Bugsonar 201 has a
GFK-Träger 203 mit elf piezoelektrischen Keramiken 205 auf, welche konkav entgegen der Schalldruckrichtung 202 in einem Halbkreis angeordnet sind. Zwischen den piezoelektrischen Keramiken 205 ist eine PU-Masse 215 mit einer Schichtdicke von 0,5mm angeordnet. [104] In Schalldruckrichtung 202 hinter den piezoelektrischen Keramiken 205 befinden sich MessingblöckeGFRP carrier 203 with eleven piezoelectric ceramics 205, which are arranged concave against the sound pressure direction 202 in a semicircle. Between the piezoelectric ceramics 205, a PU compound 215 having a layer thickness of 0.5 mm is arranged. [104] In sound pressure direction 202 behind the piezoelectric ceramics 205 are brass blocks
213, welche auf einem GFK-Träger 203 sitzen. Auf der Seite der auftreffenden Schalldruckwelle sind die piezoelektrischen Keramiken 205 schwingfähig und mit einem leitenden Kupfergitter 209 überzogen. Der GFK-Träger 203 ist mit zwei Mittelträgern 207 verbunden. Die beiden Mittelträger 207 sind mittig zueinander beabstandet, sodass ein Führungspalt 208 besteht, durch welchen Kabel geführt werden. Dementsprechend weist der GFK-Träger 203 in der Mitte eine Kabeldurchführung 210 auf. Die Kabel sind zugentlastet zwischen den piezoelektrischen Keramiken geführt (in Figur 2 nicht gezeigt) . Die beiden Mittelträger 207 sind mit einem Schwingträger 206 verbunden. Der Schwingträger 206 ist mit einer PU-Masse 211 verbunden und in Schalldruckrichtung 202 folgt dahinter der PU- Hochfrequenzabsorber 204. Der Schwingträger 206 und der PU- Hochfrequenzabsorber 204 sind mit der PU-Masse 211 mit einem Halter 216 verklebt. [105] Der GFK-Träger 203 hat einen Durchmesser von 2m.213, which sit on a GRP carrier 203. On the side of the impinging sound pressure wave, the piezoelectric ceramics 205 are oscillatable and coated with a conductive copper grid 209. The GRP carrier 203 is connected to two center beams 207. The two center supports 207 are centrally spaced from each other, so that a guide gap 208 passes through which cables are guided. Accordingly, the GRP carrier 203 has a cable feedthrough 210 in the middle. The cables are guided strain-relieved between the piezoelectric ceramics (not shown in Figure 2). The two center supports 207 are connected to a swing beam 206. The vibrating support 206 is connected to a PU mass 211 and in the direction of sound pressure 202, the PU high-frequency absorber 204 follows behind. The vibrating support 206 and the PU high-frequency absorber 204 are glued to the PU mass 211 with a holder 216. [105] The GFRP support 203 has a diameter of 2m.
In Schalldruckrichtung 102 hinter den GFK-Träger 203 ist eine Polyoxymethylenschicht 212 angeordnet. Nach der Polyoxymethylenschicht 212 folgt ein weiterer PU-AbsorberIn sound pressure direction 102 behind the GFK carrier 203, a polyoxymethylene layer 212 is arranged. After the polyoxymethylene layer 212 is followed by another PU absorber
214, welcher um die Mittelträger 207 herum bis runter auf den Schwingträger 206 ausgeführt ist. 214, which is executed around the center supports 207 down to the swing beam 206.
[106] Der Bugsonar 201 befindet sich am Bug eines[106] The Bugsonar 201 is located at the bow of a
Schiffes. In der Nähe des Schiffes findet eine Unterwassersprengung statt. Eine Schockschalldruckwelle mit der Schalldruckrichtung 202 trifft auf das Bugsonar 201, welches durch den GFK-Träger 203 und den Schwingträger 206 doppelt schwingfähig ausgeführt ist. Aufgrund des auftreffenden Schalldrucks schwingt das Bugsonar 201 in Schalldruckrichtung über den Schwingträger 206 (in Figur 2 in Y-Richtung) . Ship. An underwater blast takes place near the ship. A shock-pressure wave with the sound pressure direction 202 hits the Bugsonar 201, which is performed by the fiberglass support 203 and the swing beam 206 double swingable. Due to the incident sound pressure, the bow sonar 201 oscillates in the sound pressure direction via the vibrating carrier 206 (in the Y direction in FIG. 2).
[107] Aufgrund der auftretenden Querwellen schwingt der[107] Due to the occurring transverse waves oscillates the
GFK-Träger 203 aber auch quer (in X-Richtung) . Diese querlaufenden Druckwellen werden durch dieGRP carrier 203 but also transversely (in the X direction). These transverse pressure waves are caused by the
Polyoxymethylenschicht 212 und den vorgelagerten Absorber 214 gedämpft. Durch diese Ausführung des Bugsonars 201 bleibt der PU-Hochfrequenzabsorber 204 auch bei Auftreffen der Schockschalldruckwelle intakt. Polyoxymethylene layer 212 and the upstream absorber 214 attenuated. Due to this embodiment of the Bugsonars 201, the PU high-frequency absorber 204 remains intact even when the shockwave pressure wave strikes.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
101 Hydrophon  101 hydrophone
102 Schalldruckrichtung  102 sound pressure direction
103 GFK-Träger  103 GRP carrier
104 PU-Hochfrequenz-Absorber 104 PU high frequency absorber
105 Piezoelektrische Keramik 105 Piezoelectric ceramics
107 Aluminium-Platte  107 aluminum plate
108 GFK-Platte  108 GRP plate
109 vordere Kupferschicht  109 front copper layer
110 hintere Kupferschicht 110 rear copper layer
111 PU-Platte  111 PU plate
112 GFK-Platte  112 GRP plate
113 Messing-Block  113 brass block
114 Gummischicht  114 rubber layer
115 PU-Masse 115 PU mass
116 Absorberschicht  116 absorber layer
117 Materialdicke des GFK-Trägers hinter der piezoelektrische Keramik  117 Material thickness of the GRP carrier behind the piezoelectric ceramic
118 Gesamtmaterialdicke des GFK-Trägers 119 PU-Masse  118 Total material thickness of the GFRP carrier 119 PU mass
120 GFK-Halter  120 GRP holders
121 Stahlabdeckung  121 steel cover
122 Gummischicht  122 rubber layer
201 Bugsonar 201 Bugsonar
202 Schalldruckrichtung 202 sound pressure direction
203 GFK-Träger  203 GRP carrier
204 PU-Hochfrequenz-Absorber  204 PU high frequency absorber
205 Piezoelektrische Keramik  205 Piezoelectric ceramic
206 Schwingträger  206 vibrating carrier
207 Mittelträger 208 Führungsspalt 207 center girders 208 guide gap
209 Kupfergitter  209 copper grid
210 Kabeldurchführung 210 cable entry
211 PU-Masse 211 PU mass
212 Polyoxymethylenschicht 212 polyoxymethylene layer
213 Messing-Block 213 brass block
214 PU-Absorber  214 PU absorber
215 PU-Masse  215 PU mass
216 Halter  216 holders

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Wandlereinrichtung (101) zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Unterwassersignalen, welche einen Wandlerträger (103, 203) und einen akustischen Absorber (104, 204, 214) aufweist, wobei an dem Wandlerträger ein akustisches Wandlerelement (105, 205) angeordnet ist und in einer Schalldruckrichtung (102, 202) hintereinander zuerst der Wandlerträger und dahinter der akustische Absorber angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerträger elastisch ausgestaltet ist, sodass der elastische Wandlerträger mechanisch schwingfähig ist und vom akustischen Absorber im Wesentlichen entkoppelt ist, sodass der akustische Absorber bei einem Auftreffen einer Schockschalldruckwelle auf die Wandlereinrichtung intakt bleibt . A transducer means (101) for transmitting and / or receiving submarine acoustic signals comprising a transducer carrier (103, 203) and an acoustic absorber (104, 204, 214), wherein an acoustic transducer element (105, 205) is disposed on the transducer carrier is in a sound pressure direction (102, 202) one behind the other first the transducer carrier and behind the acoustic absorber are arranged, characterized in that the transducer carrier is designed elastically, so that the elastic transducer carrier is mechanically oscillatable and is substantially decoupled from the acoustic absorber, so that the acoustic absorber remains intact upon impact of a shock wave pressure wave on the transducer device.
2. Wandlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Wandlerträger mehrere akustische Wandlerelemente angeordnet sind. 2. converter device according to claim 1, characterized in that a plurality of acoustic transducer elements are arranged on the transducer carrier.
3. Wandlereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerträger ein Wandlerträgerlager (120, 207) oder mehrere Wandlerträgerlager aufweist, sodass der Wandlerträger mechanisch schwingfähig gelagert ist. 3. converter device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer carrier has a transducer carrier bearing (120, 207) or a plurality of transducer carrier bearings, so that the transducer carrier is mounted mechanically vibratable.
4. Wandlereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Wandlerträgerlager im Wesentlichen mittig oder an einer Position bis an den äußeren Rand des Wandlerträgers angeordnet ist, sodass der Wandlerträger bei im wesentlichen mittiger Lagerung an den äußeren Rändern oder auf der der gelagerten Seite entgegengesetzten Seite mechanisch schwingfähig ist. 4. transducer device according to claim 3, characterized in that one of the transducer carrier bearing is arranged substantially centrally or at a position to the outer edge of the transducer carrier, so that the transducer carrier in substantially central storage at the outer edges or on the side opposite the stored Side is mechanically oscillatable.
5. Wandlereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass zwei Wandlerträgerlager im wesentlich mittig oder jeweils an den entgegengesetzten äußeren Rändern des Wandlerträgers angeordnet sind, sodass der Wandlerträger an den äußeren Rändern oder in der Mitte mechanisch schwingfähig ist. 5. transducer device according to claim 3, characterized in that two transducer carrier bearings are arranged substantially centrally or in each case at the opposite outer edges of the transducer carrier, so that the transducer carrier is mechanically oscillatable at the outer edges or in the middle.
6. Wandlereinrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerträgerlager durch einen Führungsspalt (208) zueinander beabstandet sind. 6. transducer device according to claim 3 or 5, characterized in that the transducer carrier bearings by a guide gap (208) are spaced from each other.
7. Wandlereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerträger über das Wandlerträgerlager oder die Wandlerträgerlager mit einem Schwingträger (206) mechanisch verbunden ist, sodass die Wandlereinrichtung mindestens doppelt mechanisch schwingfähig ausgeführt ist. 7. transducer device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer carrier via the transducer carrier bearing or the transducer carrier bearing with a vibrating support (206) is mechanically connected, so that the transducer device is designed at least twice mechanically oscillatory.
8. Wandlereinrichtung, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schalldruckrichtung der Schwingträger schwingfähig vor dem akustischen Absorber (204) gelagert ist und/oder auf einer schwingfähigen Platte befestigt ist. 8. transducer device, according to claim 7, characterized in that in the sound pressure direction of the vibrating carrier is mounted vibratable in front of the acoustic absorber (204) and / or mounted on a vibratory plate.
9. Wandlereinrichtung, nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung weitere Wandlerträger und/oder weitere Wandlerträgerlager und/oder weitere Schwingträger aufweist. 9. converter device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer device further converter carrier and / or further transducer carrier bearing and / or further oscillating carrier.
10. Wandlereinrichtung, nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schalldruckrichtung nach dem Wandlerträger eine erste Verfüllmasse (212) und/oder ein weiterer akustischer Absorber (214) folgt, welche zumindest teilweise zwischen dem Wandlerträger (203) und dem Schwingträger (206) angeordnet sind. 10. converter device according to one of the preceding claims, characterized in that in the sound pressure direction after the transducer carrier a first filling compound (212) and / or another acoustic absorber (214) follows, which at least partially between the transducer carrier (203) and the oscillating carrier (206) are arranged.
11. Wandlereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerträger und/oder das Wandlerträgerlager und/oder der Schwingträger einen Faserverbundwerkstoff aufweisen. 11. Converter device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer carrier and / or the transducer carrier bearing and / or the oscillating carrier have a fiber composite material.
12. Wandlereinrichtung, nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schalldruckrichtung der Wandlerträger hinter dem akustischen Wandlerelement eine Materialdicke (117) von 1/4 bis 1/12 einer Gesamtmaterialdicke (118) des Wandlerträgers (103) aufweist . 12. converter device according to one of the preceding claims, characterized in that in the sound pressure direction of the transducer carrier behind the acoustic transducer element has a material thickness (117) of 1/4 to 1/12 of a total material thickness (118) of the transducer carrier (103).
13. Wandlereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Wandlerträger (103) neben dem akustischen Wandlerelement (105) parallel zur Schalldruckrichtung eine Absorberschicht (116) oder mehrere Absorberschichten aufweist. 13. transducer device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer carrier (103) in addition to the acoustic transducer element (105) parallel to the sound pressure direction has an absorber layer (116) or more absorber layers.
14. Wandlereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Verfüllmasse (115, 215) um ein Wandlerelement und/oder zwischen zwei Wandlerelementen angeordnet ist. 14. Converter device according to one of the preceding claims, characterized in that a further filling compound (115, 215) is arranged around a transducer element and / or between two transducer elements.
15. Wandlereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Wandlerelemente auf der Seite des auftreffenden Schalldrucks mit einer leitenden Schicht (209) , insbesondere einem leitenden Gitter, überzogen sind. 15. Converter device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more transducer elements on the side of the impinging sound pressure with a conductive layer (209), in particular a conductive grid, are coated.
16. Wandlervorrichtung mit zwei Wandlereinrichtungen oder mehr Wandlereinrichtungen nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wandlereinrichtungen parallel und/oder in Reihe angeordnet sind. 16. A converter device with two converter devices or more converter devices according to one of the preceding claims, wherein the converter devices are arranged parallel and / or in series.
17. Sonar, insbesondere Bugsonar (201), dadurch gekennzeichnet, dass das Sonar eine Wandlervorrichtung oder mehrere Wandlervorrichtungen nach Anspruch 16 oder eine Wandlereinrichtung oder mehrere Wandlereinrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist. 17. sonar, in particular Bugsonar (201), characterized in that the sonar a transducer device or a plurality of transducer devices according to claim 16 or a transducer device or a plurality of transducer devices according to one of claims 1 to 15.
18. Wasserfahrzeug, insbesondere ein U-Boot, welches ein Sonar nach Anspruch 17 aufweist. 18. Watercraft, in particular a submarine, which has a sonar according to claim 17.
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