Акустический преобразователь

 

Изобретение относится к акустическим преобразователям и может быть использовано в геофизическом приборостроении , гидроакустической, и другой аппаратуре в геологоразведочной и других отраслях промышленности . Акустический преобразователь содержит корпус с мембраной с размещенными в нем пьезоэлементами и жидкостью, уплотнения и электровыводы и отличается тем, что, с целью расширения полосы рабочих частот и получения равномерной частотной характеристику он снабжен электронным блоком, состоящим из выпрямителя , высокочастотных усилителя мощности , модулятора и генератора, источника излучаемой частоты, акустически жестким экраном, выполненным в виде сердечника, размещенным между пьезоэлементом, одна из сторон которого обращена к сердечнику, а другая - к корпусу, который выполнен акустически жестким и с входным и выходным штуцерами, при этом между, пьезоэлементом, корпусом и сердечником выполнены зазоры для прохода жидкости или газа, величина которых соизмерима с величиной смещения активной поверхности ntезоэлементз, обращенной к поверхности корпуса и сердечника, а также насосом с ресивером давления и разрежения, который подсоединен к электродвигателю , один из штуцеров соединен с выходом насоса, а другой - с входом для перепуска жидкости через зазоры в направлении мембраны, вблизи которой выполнено отверстие, гидравлическое сопротивление которого больше или равно гидравлическому сопротивлению зазоров между пьезоэлементами, корпусом и сердечником, соединенное через выполненный в корпусе канал со штуцером, электроды пьеэоэлемента соединены с выходом выпрямителя , причем вход последнего соединен с выходом усилителя мощности сигналов высокой частоты, на которую настроен пьезоэлемент, при этом вход усилителя соединен с выходом модулятора , входы которого соединены с выходами генератора высокой частоты и источника излучаемой частоты. 3 ил. а 8 с& со 00 00 о Од

союз соВетских социАлистических

РЕСПУБЛИК

03 А1 ((9) SU (Ill 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изОБРетениям и откРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4305807/10 (22) 16.09.87 (46) 30.03,91. Бюл. Р 12 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-технологический институт геологических, геофизических и геохимических информационных систем (72) В.Н.Носов (53) 534.232(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 368887, кл. В 06 В 1/06, 1970. (54) АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к акустическим преобразователям и может быть использовано в геофизическом приборостроении, гидроакустической и другой аппаратуре в геологоразведочной и других отраслях промышленности. Акустический преобразователь содержит корпус с мембраной с размещенными в нем пьезоэлементами и жидкостью, уплотнения и электровыводы и отличается тем, что, с целью расширения полосы рабочих частот и получения равномерной частотной характеристики, он снабжен электронным блоком, состоящим из вьптрямителя, высокочастотных усилителя мощности, модулятора и генератора, источника излучаемой частоты, акустически жестким экраном, выполненным в виде сердечника, размещенным между

Изобретение относится к акустическим преобразователям и может быть использовано в геофизическом прибо(51) Н 04 R 17/00, В 06 В 1/06 пьезоэлементом, одна из сторон которого обращена к сердечнику, а другая — к корпусу, который выполнен акустически жестким и с входным и выходным штуцерами, при этом между пьезоэлементом, корпусом и сердечником выполнены зазоры для прохода жидкости или газа, величина которых соизмерима с величиной смещения активной поверхности пьезоэлемента, обращенной к поверхности корпуса и сердечника, а также насосом с ресивером давления и разрежения, который подсоединен к электродвигателю, один из штуцеров соединен с выходом насоса, а другой — с входом для перепуска жидкости через зазоры в направлении мембраны, вблизи которой вьптолнено отверстие, гидравлическое сопротивление которого больше или равно гидравлическому сопротивлению зазоров между пьезоэлементами, корпусом и сердечником, соединенное через выполненный в корпусе канал со штуцером, электроды пьезо элемента соединены с выходом выпрямителя, причем вход последнего соединен с выходом усилителя мощности сигналов высокой частоты, на которую настроен пьезоэлемент, при этом вход усилителя соединен с выходом модулятора, входы которого соединены с выходами генератора высокой частоты и источника излучаемои частоты. 3 ил.

1 ростроении, гидроакустической и другой аппаратуре в геологоразведочной и других отраслях промьппленности °

1638803

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

Недостатками известного устрой5 ства являются узкая полоса рабочих частот, обусловленная высокой механической добротностью пьезоэлемента, в данном случае цилиндрической формы, а также невозможность получения 1р равномерной частотной характеристики в широком диапазоне частот при излучении (единицы герц — десятки килогерц).

Цель изобретения — увеличение 15 мощности, расширение полосы рабочих частот и получение равномерной частотной характеристики.

На фиг. 1 и 2 представлен схематически акустический преобразователь; на: 20 фиг.3 — формы колебаний в различных точках блок-схемы электронного блока и на выходе преобразователя.

Акустический преобразователь устроен следующим образом. В акустически жестком корпусе 1, выполненном из стали или другого акустически жесткого материала, размещен пьезоэлектрический элемент 2 цилиндрической формы (или плоский). Пространство внутри преобразователя заполнено упругой средой — маловязкой жидкостью или газом 3. На тыльной повехности корпуса размещены электровывод 4,, два штуцера 5 (один из которых в данном случае находится за другим) и электровывод 6. Конструкция преобразователя герметична. Электровыводы внутри преобразователя соединены электрически с обкладками пьезоэлемента 2. Между корпусом 1 и пьезоэлементом 2 выполнен зазор 7, соизмеримый с величиной максимально возможной амплитуды колебаний пьезоэлеI Ф мента. Зазор 8 выполнен между другой поверхностью пьезоэлемента и наружной поверхностью акустически жесткого сердечника 9. Ширина этого зазора равна ширине зазора 7. В передней части корпуса размещена мембрана 10, являющаяся звукопрозрачной, которая может быть выполнена из полиуретана, резины, металла, пластмассы и других материалов. Между сердечником 9 и мембраной 10 размещено отверстие 11 для выхода прошедшей через зазоры 7 и 8 упругой среды 3, закачиваемой в преобразователь под давлением +Р через штуцер

5. Отверстие 11 имеет гидравлическое сопротивление, несколько большее или равное гидравлическому сопротивлению зазоров 7 и 8 в зависимости от гидростатического давления озвучиваемой среды. Возможен вариант выполнения преобразователя, в котором отверстие 11 и канал или трубопровод в совокупности имеют гидравлическое сопротивление, равное аналогичному сопротивлению зазоров 7 и 8 (вместе взятых). Трубопровод или канал соединен со штуцером, к которому подведено разрежение величиной -Р Мембрана 10 закреплена и загерметизирована с помощью кольца 12 ° Электродвигатель

13 механически соединен с насосом

14, вход и выход которого соединены соответственно с ресиверами 15 и 16, являющимися накопителями упругой энергии рабочей среды перед подачей на штуцеры преобразователя. Гидравлические сопротивления зазоров 7 и 8, а также отверстия

11 включены на выходах ресиверов

16 и 15. Выпрямитель образован диодом 17, включенным любой полярностью, и резистором 18. Последний может быть заменен индуктивностью.

Первый генератор 19 подключен к одному из входов модулятора 20. Другой вход модулятора подключен к второму генератору. Выход модулятора подключен к усилителю 21 мощности, который может отсутствовать, если мощность модулятора достаточна для работы преобразователя. Вьгход усилителя соединен с входом выпрямителя, который может быть выполнен также и по другой схеме.

Акустический преобразователь работает следующим обрзаом.

При работе преобразователя в режиме излучения через него непрерывно прокачивается упругая среда 3 (газ или жидкость) под давлением P.

Направление движения прокачиваемой среды показано на фиг. 1 стрелками иэ полости I в полость II. Упругая среда может проходить только через отверстия, образованные зазорами 7 и 8 между корпусом 1, пьезоэлементом 2 и сердечником 9, а также через отверстие 11. Движение среды

1638803

20

Формула

40

45 организовано по замкнутому циклу.

Гидравлическое сопротивление зазоров 7 и 8 зависит от размеров пьезо- . элемента 2, которые изменяются в соответствии с подаваемым на него напряжением. Генератор 19 выдает постоянное по амплитуде и частоте напряжение на вход модулятора 20, на другой вход которого подается излучаемый сигнал напряжением более низкой частоты. Получаемый при этом амплитудно-модулированный сигнал (фиг.За) усиливается по мощности и по амплитуде усилителем 21 и подается затем на выпрямитель 17, 18, вследствие чего образуется сигнал, эпюра которого приведена на фиг.Зб

Пьезоэлемент 2 работает на толщинном резонансе и при подаче сигнала указанной формы синхронно уменьшает или увеличивает гидравлическое сопротивление зазоров 7 и 8 для прохождения упругой среды.

При отсутствии излучаемого сигнала толщина пьезоэлемента изменяется по синусоидальному закону, и в системе протекает поток среды 3 с некоторым расходом. Мембрана 10.находится при этом в выпуклом положении, так как количество среды, входящей и выходящей из штуцеров, не одинаково. Акутическое давление р на выходе преобразователя равно нулю. При подаче на вход модулятора 20 сигналов низкой частоты происходит модуляция сигна1 лов высокой частоты с последующим усилием и выпрямлением и средний расход среды через преобразователь осуществляется по огибающей сигналов высокой частоты. При этом, когда зазоры 7 и 8 уменьшаются, что происходит при увеличении толщины стенки пьезоэлемента 2, расход уменьшается„и под действием статического давления среды, окружающей акустический преобразователь, разрежения, создаваемого насосом 14 (-P), мембрана 10 прогибается внутрь корпуса

1, вызывая при этом волну разрежения в озвучиваемом пространстве.

Величина прогиба мембраны тем больше, чем продолжительней уменьшается расход через зазоры 7 и 8, т.е. при излучении более низких частот. При сжатии пьезоэлемента 2 величина зазоров 7 и 8 увеличивается расход среды через них возрастает, а выход прошедшей среды через отверстие 11 ограничен его гидравлическим (пневматическим) сопротивлением. Это приводит к накоплению среды в полости II u выгибанию мембраны во внешнее пространство,а также созданию волны сжатия. Закон образованных волн соответствует закону огибающей высокой частоты в широком диапазоне частот, поскольку отсутствуют какие-либо резонансные явления в элементах 19-21, а также 17, 18. Пьезоэлемент 2 работает

ha резонансе и в наиболее выгодном энергетическом режиме. Частотная характеристика преобразователя при этом становится равномерной в шнЪ роком диапазоне частот. изобретения

Акустический преобразователь, содержащий корпус с<-. штуцерами и размещенным внутри него пьезоэлементом, расстояние от которого до корпуса не меньше амплитуды колебаний излучающей поверхности пьезоэлемента, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности, расширения полосы рабочих частот и повышения равномерности частотной характеристики, в него введены выпрямитель, модулятор, первый и второй генераторы, мембрана, насос с ресивером давления и разрежения, электродвигатель и цилиндрический сплошной сердечник, причем пьезоэлемент выполнен в виде полого цилиндра и соединен через выпрямитель с модулятором, к входам которого подключены первый и второй генераторы, внутри пьезоэлемента соосно с ним установлен сердечник, параллельно которому в корпусе, выполненном

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

1638803

1638803

Составитель В.Кудрявцев

Техред М.ДИДык ° Корректор Н.Ревская

Редактор А. Orap

Заказ 933 Тираж 385 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. р и И л Гага ина 101