WO2019160443A1 - Акустический волновод - Google Patents

Акустический волновод Download PDF

Info

Publication number
WO2019160443A1
WO2019160443A1 PCT/RU2019/000052 RU2019000052W WO2019160443A1 WO 2019160443 A1 WO2019160443 A1 WO 2019160443A1 RU 2019000052 W RU2019000052 W RU 2019000052W WO 2019160443 A1 WO2019160443 A1 WO 2019160443A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waveguide
acoustic
cylindrical
flexible metal
flexible
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/000052
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Петрович ДЕМЧЕНКО
Николай Иванович БАЛИН
Original Assignee
Александр Петрович ДЕМЧЕНКО
Николай Иванович БАЛИН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Петрович ДЕМЧЕНКО, Николай Иванович БАЛИН filed Critical Александр Петрович ДЕМЧЕНКО
Priority to EP19754574.2A priority Critical patent/EP3754649A4/en
Publication of WO2019160443A1 publication Critical patent/WO2019160443A1/ru
Priority to US16/993,755 priority patent/US11360054B2/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2462—Probes with waveguides, e.g. SAW devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2961—Acoustic waves for discrete levels
    • 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
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/22—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound for conducting sound through hollow pipes, e.g. speaking tubes
    • 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
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/24—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound for conducting sound through solid bodies, e.g. wires

Definitions

  • the invention relates to devices for transmitting ultrasonic vibrational energy from a source to a receiver and / or in the opposite direction.
  • Ultrasonic acoustic waveguides are most often constructively represented by tubes, rods, plates or their combinations, the shape, design and dimensions of which are determined by the task and operating conditions.
  • Acoustic waveguides can be used to measure the characteristics of materials, medium parameters, in signaling devices.
  • an acoustic waveguide device for communication between a transmitter in a well and a receiver on a surface.
  • the waveguide in the wellbore is a static waveguide containing a casing or production pipe, and in which the tubular pipe of the well is a dynamic tube containing a flexible pipe or connected pipe.
  • Ultrasonic waveguides are used in the generation, transmission and / or reception of signals in the form of sound or ultrasonic vibrations when operating in extreme conditions. For example, at extreme low or high temperatures, significant environmental density, high activity of penetrating radiation, powerful electromagnetic interference, strong vibrations, the presence of aggressive substances that are dangerous to the elements of the devices.
  • the technical result achieved in this invention is to increase the functionality of an acoustic waveguide, with the possibility of using it in devices operating in high temperature, radiation, powerful electromagnetic interference and other negative factors.
  • An acoustic waveguide includes a flexible metal rod, to each end of which a cylindrical waveguide is rigidly connected through a conical acoustic concentrator, one cylindrical waveguide made to connect it to an electro-acoustic transducer, and the other cylindrical waveguide made to connect it to an acoustic vibration receiving device.
  • receiving device in this case means a device that can receive or excite acoustic signals in the antennas of various devices; convert the energy of mechanical vibrations into acoustic vibrations; receive or transmit information in the form of a sequence of pulses, or information encoded in the frequency or amplitude of acoustic vibrations.
  • the main and non-obvious properties of this design of the acoustic waveguide is the ability to place the electro-acoustic transducer and receiver in any position, while spaced a considerable distance. This is ensured by the fact that the flexible metal rod of the waveguide can be bent over a wide range, take a different shape and be placed in aggressive environments.
  • the cylindrical waveguides of the acoustic waveguide can be rigidly and hermetically fixed in any obstacles: walls, partitions, bulkheads, and the like. For example, a cylindrical waveguide along the outer surface can simply be welded into a metal wall.
  • a flexible metal rod may be made in the form of a wire having a diameter of not more than 6 mm. In this case, the placement of a flexible metal waveguide in space can be performed most simply.
  • the conical acoustic concentrator with the apex is rigidly attached to a flexible metal rod, and the wide part is rigidly attached to a cylindrical waveguide.
  • the apex of said conical acoustic hub has a diameter equal to the diameter of a flexible metal rod, and a wide part of said conical acoustic hub has a diameter equal to the diameter of a cylindrical waveguide.
  • the cylindrical waveguide can be made with the possibility of hard connection to the receiving device.
  • the outer surface of at least one cylindrical waveguide can be made with the possibility of rigid and hermetic fastening in the partition crossed by the waveguide.
  • the waveguide section which includes a flexible metal rod and conical acoustic concentrators, can be placed in a flexible protective tube.
  • the flexible protective tube can be sealed, internally equipped with adapters for fixing the flexible waveguide inside the protective tube, and the ends of the protective tube are equipped with attachment points for this tube to the outer surfaces of the cylindrical waveguides.
  • FIG. 1 shows a general view of an acoustic waveguide.
  • FIG. Figure 2 shows the design of an acoustic waveguide with a flexible protective tube.
  • FIG. 3 shows the design of a cylindrical waveguide with a conical acoustic hub.
  • FIG. Figure 4 shows a part of the shell of an acoustic waveguide with adapters.
  • FIG. Figure 5 shows an example of the use of an acoustic waveguide in structure 5 of an ultrasonic sensor.
  • the acoustic waveguide (Fig. 1) includes a flexible metal rod 1, to each end of which a conical acoustic concentrator 2 is rigidly attached with its apex.
  • the cylindrical parts of the waveguide which differ in diameter, have different acoustic impedances — the smaller the diameter, the lower the acoustic impedance. And vice versa.
  • a cylindrical waveguide 3 is rigidly attached to the wide part of each conical acoustic concentrator 2.
  • the flexible metal rod 1 can be made in the form of a flexible rod or wire with a diameter of not more than 15 6 mm.
  • the outer surface of the cylindrical waveguide 3 contains a region 4 (Fig. 1, Fig. 3), along which the cylindrical waveguide 3 can be rigidly and hermetically mounted in the partition crossed by the waveguide.
  • the thickness of the seam was much less than the wavelength of the vibrations in the material 20 of the waveguide and less than the diameter of the waveguide.
  • the seam can be of the order of several millimeters. The thicker the seam, the greater the loss of acoustic energy.
  • a section of an acoustic waveguide including a flexible metal rod 1 and conical acoustic concentrators 2 can be placed in a 25 flexible protective tube 5, for example, a sealed corrugated metal tube, in order to protect them from dirt, liquids and damage (Fig. 2).
  • the flexible protective tube 5 can be equipped with adapters 6 (Fig. 4) for attaching the specified tube 5 to the outer surfaces of the flexible metal core 1
  • Adapters 6 can be a conical sleeve with an internal hole for the wire is approximately slightly larger than the diameter of the flexible rod (wire) 1.
  • the ends of the protective tube 5 may be provided the attachment points of the specified tube to the outer surfaces of the cylindrical waveguides.
  • conical concentrators are used in this design. They play the role of transformers - transformers of acoustic energy. When switching from a large diameter to a small one in a concentrator, the conversion of acoustic energy occurs - the vibrational velocity increases and the sound pressure and acoustic resistance decrease at the same time. Conversely, when moving from a small diameter to a large one, the vibrational velocity decreases and the acoustic pressure and acoustic resistance increase. At frequencies, for example, in the region of 100 kHz, a half-wave metal conical concentrator has a length of about 2-3 cm.
  • All parts of the acoustic waveguide can be made of steel grades that are resistant to aggressive environments. Therefore, an acoustic waveguide can be used in conditions characterized by high temperatures, high activity of penetrating radiation, powerful electromagnetic interference, strong vibrations, and the presence of aggressive substances in the atmosphere. Thanks the fact that a flexible metal rod can be made of the required length and take the form necessary for placement in the space allocated for it, the acoustic waveguide can provide acoustic communication between various devices spaced from each other and separated by walls, bulkheads, and buildings.
  • FIG. Figure 5 shows the design of an acoustic liquid level sensor that uses this acoustic waveguide.
  • the ultrasonic liquid level sensor contains an acoustic resonator 7 placed in a container 12 with liquid, and connected by an acoustic waveguide to an electro-acoustic transducer 8 (Fig. 1).
  • the acoustic waveguide includes a flexible metal rod 1, to each end of which a cylindrical waveguide 3 is rigidly connected through a conical acoustic hub 2.
  • One cylindrical waveguide 3 is connected to an acoustic resonator 7, and the other to an electro-acoustic transducer 8.
  • the flexible metal rod 1 is made in the form of a wire.
  • Electro-acoustic transducer 2 is installed in the housing 9, which allows you to install it on any basis.
  • FIG. 5 shows the attachment of a cylindrical waveguide 3 to a bulkhead 10 by welding 1 1.
  • Such an arrangement of the elements of the acoustic liquid level sensor makes it possible to isolate the electro-acoustic transducer 2 from the medium in volume 13.
  • the input of the acoustic waveguide into the liquid container is ensured by welding the cylindrical waveguide 3 to the bulkhead 10.
  • the installation of the sensor is simplified. Its elements are placed in spaces that are convenient for maintenance and provide personnel protection when servicing the electro-acoustic transducer and its electrical circuits, from possible aggressive environments and radiation.
  • an electro-acoustic transducer 8 (Fig. 5)
  • pulsed acoustic vibrations are generated.
  • a cylindrical waveguide 3 and an acoustic hub 2 they are transmitted to a flexible metal rod 1 (wire).
  • the oscillations arrive in a cylindrical waveguide 3, to the opposite end of which an acoustic resonator is attached 7.
  • the acoustic pulse causes natural oscillations of the resonator 7, the duration of which depends on the medium (liquid or gaseous) in which it is located.
  • the sensor circuitry processes the received vibrations, estimates the damping decrement of the natural vibrations of the resonator 7, and makes a decision about the medium — liquid or not liquid, in which the resonator 7 is located.
  • an acoustic waveguide of this design which transmits ultrasonic vibrations through an aggressive medium to a distance that can be several meters.
  • information transmission devices for example, digital in the form of a sequence of pulses, or analog, encoded in the frequency or amplitude of oscillations through an aggressive medium using electro-acoustic transducers attached to both ends of this acoustic waveguide.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Акустический волновод включает гибкий металлический стержень, к каждому концу которого через конический акустический концентратор жестко присоединен цилиндрический волновод, при этом один цилиндрический волновод выполнен для подсоединения его к электроакустическому преобразователю, а другой цилиндрический волновод выполнен для подсоединения его к приемному устройству акустических колебаний. Конструкция обеспечивает повышение функциональных возможностей акустического волновода, путем использования его в устройствах, работающих в условиях высокой температуры, излучения, мощных электромагнитных помех и прочих негативных факторов.

Description

АКУСТИЧЕСКИЙ ВОЛНОВОД
Изобретение относится к устройствам передачи ультразвуковой колебательной энергии от источника к приемнику и/или в обратном направлении.
Ультразвуковые акустические волноводы конструктивно чаще всего представляют собой трубки, стержни, пластины или их комбинации, форма, конструкция и размеры которых определяются поставленной задачей и условиями эксплуатации.
Акустические волноводы могут быть использованы для измерения характеристик материалов, параметров среды, в сигнализаторах.
Примеры конструкций волноводов отражены в патентных документах.
В патенте US8746399, публикация 10.06.2014, МПК G10K1 1/00, приведена конструкция волновода в виде стержня, с устройством его закрепления при прохождении через трубу, обеспечивая при этом эффективное уплотнение даже в условиях высокого давления.
В заявке WO2017062006, публикация 13.04.2017, МПК Е21 В47/12, раскрыто устройство акустического волновода для связи между передатчиком в скважине и приемником на поверхности. Волновод в стволе скважины представляет собой статический волновод, содержащий обсадную колонну или эксплуатационную трубу, и в которой трубчатая труба скважины представляет собой динамическую трубку, содержащую гибкую трубу или соединенную трубу.
Ультразвуковые волноводы используют при генерировании, передаче и/или приеме сигналов в виде звуковых или ультразвуковых колебаний при работе в экстремальных условиях. Например, при экстремальных низких или высоких температурах, значительной плотности окружающей среды, высокой активности проникающего излучения, мощных электромагнитных помехах, сильных вибрациях, наличием агрессивных веществ, опасных для элементов устройств.
Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является повышение функциональных возможностей акустического волновода, с возможностью использования его в устройствах, работающих в условиях высокой температуры, излучения, мощных электромагнитных помех и прочих негативных факторах.
Акустический волновод включает гибкий металлический стержень, к каждому концу которого через конический акустический концентратор жестко присоединен цилиндрический волновод, при этом один цилиндрический волновод выполнен для подсоединения его к электроакустическому преобразователю, а другой цилиндрический волновод выполнен для подсоединения его к приемному устройству акустических колебаний.
Термин «приемное устройство» в данном случае означает устройство, которое может принимать или возбуждать акустические сигналы в антеннах различных устройств; преобразовывать энергию механических колебаний в акустические колебания; принимать или передавать информацию в виде последовательности импульсов, или информацию, закодированную в частоте или амплитуде акустических колебаний.
Главными и неочевидными свойствами данной конструкции акустического волновода является возможность размещения электроакустического преобразователя и приемного устройства в любом положении, при этом разнесенных на значительное расстояние. Это обеспечивается тем, что гибкий металлический стержень волновода может быть изогнут в широких пределах, принимать различную форму и размещаться в агрессивных средах. При этом цилиндрические волноводы акустического волновода могут быть жестко и герметично закреплены в любых преградах: стенках, перегородках, переборках и тому подобное. Например, цилиндрический волновод по наружной поверхности может просто ввариваться в металлическую стенку.
Все это позволяет изолировать конструкцию электроакустического преобразователя и, если это необходимо, приемного устройства, от любых негативных факторов. Чрезвычайно важна роль и третьего элемента конструкции, конических акустических концентраторов. Они позволяют акустически согласовать между собой акустические свойства гибкого металлического стержня и цилиндрического волновода. В частном случае гибкий металлический стержень выполнен с возможностью придания ему формы, необходимой для размещения в выделенном для него пространстве.
Гибкий металлический стержень может быть выполнен в виде проволоки, имеющей диаметр не более 6 мм. В этом случае размещение гибкого металлического волновода в пространстве может быть выполнено наиболее просто.
В частности, конический акустический концентратор вершиной жестко прикреплен к гибкому металлическому стержню, а широкой частью жестко прикреплен к цилиндрическому волноводу.
Кроме того, вершина упомянутого конического акустического концентратора имеет диаметр равный диаметру гибкого металлического стержня, а широкая часть упомянутого конического акустического концентратора имеет диаметр равный диаметру цилиндрического волновода.
Цилиндрический волновод может быть выполнен с возможностью жесткого подсоединения его к приемному устройству.
Наружная поверхность, по меньшей мере, одного цилиндрического волновода, если это необходимо, может быть выполнена с возможностью жесткого и герметичного крепления в пересекаемой волноводом перегородке.
Для увеличения срока службы, для стабилизации характеристик волновода во времени, для защиты от возможной коррозии и для герметизации при нахождении этой части волновода в жидких вязких средах - участок волновода, включающий гибкий металлический стержень и коническое акустические концентраторы, может быть помещен в гибкую защитную трубку.
При этом, гибкая защитная трубка может быть выполнена герметичной, внутри снабжена адаптерами для фиксации гибкого волновода внутри защитной трубки и концы защитной трубки снабжены узлами крепления указанной трубки к наружным поверхностям цилиндрических волноводов.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 приведен общий вид акустического волновода.
На Фиг. 2 приведена конструкция акустического волновода с гибкой защитной трубкой. На Фиг. 3 показана конструкция цилиндрического волновода с коническим акустическим концентратором.
На Фиг. 4 приведена часть оболочки акустического волновода с адаптерами.
На Фиг. 5 приведен пример использования акустического волновода в 5 конструкции ультразвукового датчика.
Акустический волновод (Фиг. 1) включает гибкий металлический стержень 1 , к каждому концу которого вершиной жестко прикреплен конический акустический концентратор 2.
Цилиндрические части волновода, отличающиеся диаметрами, имеют ю разные акустические сопротивления - чем меньше диаметр, тем меньше акустическое сопротивление. И наоборот.
К широкой части каждого конического акустического концентратора 2 жестко присоединен цилиндрический волновод 3. Гибкий металлический стержень 1 может быть выполнен в виде гибкого прутка или проволоки диаметром не более 15 6 мм. Наружная поверхность цилиндрического волновода 3 содержит область 4 (Фиг. 1 , Фиг. 3), по которой цилиндрический волновод 3 может быть жестко и герметично крепиться в пересекаемой волноводом перегородке.
При сварном способе крепления цилиндрического волновода к перегородке толщина шва была гораздо меньше длины волны колебаний в материале 20 волновода и меньше диаметра волновода. На частотах в районе, например, 100 кГц и диаметре волновода 16 мм. шов может быть порядка нескольких миллиметров. Чем толще шов, тем больше потери акустической энергии.
Участок акустического волновода, включающий гибкий металлический стержень 1 и конические акустические концентраторы 2 может быть помещен в 25 гибкую защитную трубку 5, например, герметичную гофрированную металлическую трубку, с целью защиты их от загрязнений, жидкостей и повреждений (Фиг. 2).
Гибкая защитная трубка 5 может быть снабжена адаптерами 6 (Фиг. 4) для прикрепления указанной трубки 5 к наружным поверхностям гибкого зо металлического стержня 1 Адаптеры 6 могут представлять собой конусные втулки с внутренним отверстием для проволоки примерно чуть больше, чем диаметр гибкого стержня (проволоки) 1. Концы защитной трубки 5 могут быть снабжены узлами крепления указанной трубки к наружным поверхностям цилиндрических волноводов.
Для согласования участков с различными акустическими сопротивлениями в данной конструкции используются конические концентраторы. Они выполняют роль преобразователей - трансформаторов акустической энергии. При переходе в концентраторе от большого диаметра к малому происходит преобразование акустической энергии - увеличивается колебательная скорость и одновременно уменьшается звуковое давление и акустическое сопротивление. И наоборот, при переходе от малого диаметра к большому происходит уменьшение колебательной скорости и увеличение акустического давления и акустического сопротивления. На частотах, например, в районе 100 кГц полуволновой металлический конический концентратор имеет длину примерно 2-3 см.
Необходимость совместного использования в конструкции волновода участков с относительно малыми не более 6 мм и относительно большими 12 - 20 мм диаметрами продиктовано противоречивыми требованиями, предъявляемыми к обсуждаемой конструкции. С одной стороны, необходим протяженный гибкий участок волновода, который легко монтировать, встраивать, прокладывать по“месту” в реальной конструкции. Для этого в данном случае предлагается использовать гибкую относительно тонкую металлическую проволоку. С другой стороны, необходим участок с относительно большими диаметрами для эффективного согласования волновода с реальными электроакустическими преобразователями (пьезоэлементами, магнитострикторами) и для прохождения металлических перегородок, например, путем вваривания участка волновода с большим диаметром в реальную перегородку. Чем больше диаметр этого участка волновода, тем большую толщину может иметь перегородка и, соответственно, соединяющий их сварной шов.
Все части акустического волновода могут быть выполнены из марок стали, устойчивых к воздействию агрессивной среды. Поэтому акустический волновод может применяться в условиях, характерных высокими температурами, высокой активностью проникающего излучения, мощными электромагнитными помехами, сильными вибрациями, наличием в атмосфере агрессивных веществ. Благодаря тому, что гибкий металлический стержень может быть выполнен необходимой длины и принимать форму необходимую для размещения в выделенном для него пространстве, акустический волновод может обеспечить акустическую связь между различными устройствами, разнесенными между собой и разделенными стенами, переборками, корпусами.
В качестве примера, на Фиг. 5 приведена конструкция акустического датчика уровня жидкости, в которой используется данный акустический волновод.
Ультразвуковой датчик уровня жидкости содержит акустический резонатор 7 помещенный в емкость 12 с жидкостью, и соединенный акустическим волноводом с электроакустическим преобразователем 8 (Фиг. 1 ). Акустический волновод включает гибкий металлический стержень 1 , к каждому концу которого жестко присоединен цилиндрический волновод 3 через конический акустический концентратор 2. Один цилиндрический волновод 3 подсоединяется к акустическому резонатору 7, другой к электроакустическому преобразователю 8. Гибкий металлический стержень 1 выполнен в виде проволоки. Электроакустический преобразователь 2 установлен в корпус 9, который позволяет установить его на любом основании. На Фиг. 5 показано крепление цилиндрического волновода 3 к переборке 10 с помощью сварки 1 1.
Такое расположение элементов акустического датчика уровня жидкости позволяет изолировать электроакустический преобразователь 2 от среды в объеме 13. В свою очередь ввод акустического волновода в емкость с жидкостью обеспечен путем приваривания цилиндрического волновода 3 к переборке 10. В этом случае, упрощается монтаж датчика. Его элементы размещены в пространствах, удобных для обслуживания и обеспечивающих защиту персонала, при обслуживании электроакустического преобразователя и его электрических цепей, от возможных агрессивных сред и излучений.
С помощью импульсного генератора электронного блока, электроакустического преобразователя 8 (Фиг. 5) вырабатываются импульсные акустические колебания. Далее через, цилиндрический волновод 3 и акустический концентратор 2 они передаются в гибкий металлический стержень 1 (проволоку). С противоположного конца тонкого гибкого металлического стержня 1 с помощью акустического концентратора 2 колебания поступают в цилиндрический волновод 3, к противоположному концу которого прикреплен акустический резонатор 7. Достигнув резонатора, акустический импульс вызывает собственные колебания резонатора 7, длительность которых зависит от среды (жидкой или газообразной) в которой он находится.
Собственные колебания резонатора 7 распространяясь в направлении, обратном по отношению к движению возбуждающего импульса через акустический волновод, попадают к электроакустическому преобразователю 8. Электрическая схема датчика обрабатывает принятые колебания, оценивает декремент затухания собственных колебаний резонатора 7 и принимает решение о среде - жидкость или не жидкость, в которой находится резонатор 7.
В качестве других примеров использования акустического волновода данной конструкции, который осуществляет передачу ультразвуковых колебаний через агрессивную среду на расстояние, которое может составлять несколько метров.
При передаче на излучение и прием импульсных акустических сигналов в антеннах различных устройств, использующих принцип локации, например, локаторы- измерители дистанции в жидкости или в газовой среде.
В измерителях параметров среды, например, температуры, давления, плотности, вязкости, построенных по принципу зависимости частоты, амплитуды, затухания колебаний чувствительного элемента датчика от свойств среды, в которой он расположен.
В зарядных устройствах электрических аккумуляторов через агрессивную среду, через которую невозможно протянуть электрические провода. С помощью преобразователя механических колебаний в электрические колебания, прикрепленного к приемному концу акустического волновода и обратному преобразователю, прикрепленному к другому концу того же волновода.
В устройствах передачи информации, например, цифровой в виде последовательности импульсов, или аналоговой, кодированной в частоте или амплитуде колебаний через агрессивную среду с помощью электроакустических преобразователей, прикрепленных к обоим концам данного акустического волновода.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Акустический волновод, включающий гибкий металлический стержень, к
каждому концу которого через конический акустический концентратор жестко присоединен цилиндрический волновод, при этом один цилиндрический волновод выполнен для подсоединения его к электроакустическому преобразователю, а другой цилиндрический волновод для подсоединения его к приемному устройству акустических колебаний.
2. Устройство по п. 1 , характеризующееся тем, что гибкий металлический
стержень выполнен с возможностью придания ему формы, необходимой для размещения в выделенном для него пространстве.
3. Устройство по п. 1 , характеризующееся тем, что гибкий металлический
стержень выполнен в виде проволоки.
4. Устройство по п. 3, характеризующееся тем, что упомянутая проволока имеет диаметр не более 6 мм.
5. Устройство по п. 1 , характеризующееся тем, что конический акустический концентратор вершиной жестко прикреплен к гибкому металлическому стержню, а широкой частью жестко прикреплен к цилиндрическому
волноводу.
6. Устройство по п. 5, характеризующееся тем, что вершина упомянутого
конического акустического концентратора имеет диаметр равный диаметру гибкого металлического стержня, а широкая часть упомянутого конического акустического концентратора имеет диаметр равный диаметру
цилиндрического волновода.
7. Устройство по п. 1 , характеризующееся тем, что цилиндрический волновод выполнен с возможностью жесткого подсоединения его к приемному устройству.
8. Устройство по п. 1 , характеризующееся тем, что наружная поверхность, по меньшей мере, одного цилиндрического волновода выполнена с
возможностью жесткого и герметичного крепления в пересекаемой
волноводом перегородке.
9. Устройство по п. 1 , характеризующееся тем, что участок волновода включающий гибкий металлический стержень и коническое акустические концентраторы, помещен в гибкую защитную трубку.
10. Устройство по п. 9, характеризующееся тем, что указанная гибкая защитная трубка выполнена герметичной, внутри снабжена адаптерами для фиксации гибкого волновода внутри защитной трубки и концы защитной трубки снабжены узлами крепления указанной трубки к наружным поверхностям цилиндрических волноводов.
PCT/RU2019/000052 2018-02-14 2019-01-29 Акустический волновод WO2019160443A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19754574.2A EP3754649A4 (en) 2018-02-14 2019-01-29 ACOUSTIC WAVE CONDUCTOR
US16/993,755 US11360054B2 (en) 2018-02-14 2020-08-14 Acoustic waveguide

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018105641 2018-02-14
RU2018105641A RU2700038C2 (ru) 2018-02-14 2018-02-14 Акустический волновод

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/993,755 Continuation US11360054B2 (en) 2018-02-14 2020-08-14 Acoustic waveguide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019160443A1 true WO2019160443A1 (ru) 2019-08-22

Family

ID=67620019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000052 WO2019160443A1 (ru) 2018-02-14 2019-01-29 Акустический волновод

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11360054B2 (ru)
EP (1) EP3754649A4 (ru)
RU (1) RU2700038C2 (ru)
WO (1) WO2019160443A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2700286C2 (ru) * 2018-02-14 2019-09-16 Александр Петрович Демченко Ультразвуковой датчик уровня жидкости
CN114354761B (zh) * 2022-01-11 2024-01-12 重庆医科大学 一种测量声波导管损耗的装置及方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3229523A (en) * 1963-09-10 1966-01-18 Charles A Boyd Apparatus employing vibratory energy
US3708745A (en) * 1970-11-12 1973-01-02 Trustees Of The Ohio State Uni System for measuring output power of a resonant piezoelectric electromechanical transducer
US4217786A (en) * 1978-06-13 1980-08-19 Nippon Electronics Limited Transmission cable for use with an ultrasonic device
US5022014A (en) * 1988-06-15 1991-06-04 Schlumberger Industries Limited Ultrasonic temperature sensors, and ultrasonic waveguide connectors for use therewith
US5966983A (en) * 1997-09-22 1999-10-19 Endress + Hauser Gmbh + Co. Assembly for sensing and/or monitoring a predetermined level in a vessel
US20090192388A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 Norihiro Yamada Ultrasonic transmission member
US8746399B2 (en) 2011-12-08 2014-06-10 General Electric Company Acoustic waveguide assemblies
WO2017062006A1 (en) 2015-10-08 2017-04-13 Halliburton Energy Services, Inc. Communication to a downhole tool by acoustic waveguide transfer

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2503831A (en) * 1949-01-07 1950-04-11 Bell Telephone Labor Inc Fine wire delay line
US2684725A (en) * 1949-05-05 1954-07-27 Bell Telephone Labor Inc Compressional wave guide system
US3546498A (en) * 1969-06-13 1970-12-08 Univ Ohio Curved sonic transmission line
US3757257A (en) * 1971-12-03 1973-09-04 Zenith Radio Corp Electromechanical elastic wave delay line
JPS5248817B2 (ru) * 1973-05-07 1977-12-13
DE3339325A1 (de) * 1983-10-29 1985-05-09 Vdo Adolf Schindling Ag, 6000 Frankfurt Einrichtung zum elektrischen messen eines fluessigkeitsniveaus
NO174309C (no) * 1987-04-24 1994-04-13 Norske Stats Oljeselskap Elektroakustisk transducer for anordning i et gassformig fluid, særlig for måling av strömningsghastigheten i et rör under eksplosjonsfarlige forhol
US5103672A (en) * 1990-09-26 1992-04-14 Ragen Data Systems, Inc. Flexible transmitter and fluid level gauging probe
EP1001294A1 (de) * 1998-11-13 2000-05-17 Alcatel Lichtwellenleiter mit Schutzrohr
RU2201169C2 (ru) * 2000-02-08 2003-03-27 Санкт-Петербургская медицинская академия последипломного образования Нейрохирургическое ультразвуковое устройство
EP1923145A1 (en) * 2006-11-15 2008-05-21 Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Remote ultrasonic transducer system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3229523A (en) * 1963-09-10 1966-01-18 Charles A Boyd Apparatus employing vibratory energy
US3708745A (en) * 1970-11-12 1973-01-02 Trustees Of The Ohio State Uni System for measuring output power of a resonant piezoelectric electromechanical transducer
US4217786A (en) * 1978-06-13 1980-08-19 Nippon Electronics Limited Transmission cable for use with an ultrasonic device
US5022014A (en) * 1988-06-15 1991-06-04 Schlumberger Industries Limited Ultrasonic temperature sensors, and ultrasonic waveguide connectors for use therewith
US5966983A (en) * 1997-09-22 1999-10-19 Endress + Hauser Gmbh + Co. Assembly for sensing and/or monitoring a predetermined level in a vessel
US20090192388A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 Norihiro Yamada Ultrasonic transmission member
US8746399B2 (en) 2011-12-08 2014-06-10 General Electric Company Acoustic waveguide assemblies
WO2017062006A1 (en) 2015-10-08 2017-04-13 Halliburton Energy Services, Inc. Communication to a downhole tool by acoustic waveguide transfer

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "Datchiki i sistemy sudovoi avtomatiki", DOCPLAYER, 2017, pages 7, XP055633289, Retrieved from the Internet <URL:https://docplayer.ru/31881415-Datchiki-i-sistemy-cudovoy-avtomatiki.html> *
See also references of EP3754649A4

Also Published As

Publication number Publication date
US11360054B2 (en) 2022-06-14
EP3754649A1 (en) 2020-12-23
US20200371067A1 (en) 2020-11-26
EP3754649A4 (en) 2021-10-27
RU2018105641A3 (ru) 2019-08-15
RU2700038C2 (ru) 2019-09-12
RU2018105641A (ru) 2019-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4034730B2 (ja) 液面測定装置
US4914959A (en) Ultrasonic flow meter using obliquely directed transducers
JP4233445B2 (ja) 超音波流量計
US5966983A (en) Assembly for sensing and/or monitoring a predetermined level in a vessel
US9387514B2 (en) Low frequency electro acoustic transducer and method of generating acoustic waves
RU2700038C2 (ru) Акустический волновод
EP0311663B1 (en) Transducer for arranging in a fluid, particularly for the measurement of the flow-velocity of a fluid in a pipe, by transmitting/receiving sonic pulses
US8371179B2 (en) Measurement arrangement
US6672166B2 (en) Ultrasonic transducer system
RU169297U1 (ru) Накладной преобразователь электроакустический к ультразвуковым расходомерам
JP2008275607A (ja) 超音波流量計
JP5504276B2 (ja) 改善された指向性を有する音波変換器及びソナーアンテナ
KR101951533B1 (ko) 초음파 유량계
RU2700286C2 (ru) Ультразвуковой датчик уровня жидкости
US4188609A (en) Low frequency hydrophone
JP6366313B2 (ja) 流体識別装置及び流体識別方法
CN201467422U (zh) 双面纵向振动深水发射换能器
WO2017054930A1 (en) An electroacoustic transducer device
SU405094A1 (ru) Излучатель упругих колебаний
JP3639570B2 (ja) 超音波送受波器
EA036933B1 (ru) Электроакустический ненаправленный преобразователь
SU1272215A1 (ru) Электроакустический преобразователь с двухлучевой диаграммой направленности
CN105277242A (zh) 一种超声波流量计的超声换能器结构
JPH0851404A (ja) 管内水中音響通信用の円筒殻型送受波装置
JPS6031312B2 (ja) 低周波数共振型送受波器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19754574

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019754574

Country of ref document: EP

Effective date: 20200914