Широкополосный электроакустический преобразователь

Изобретение относится к гидроакустике, в частности к широкополосным электроакустическим преобразователям с пассивными накладками. Технический результат изобретения заключается в дальнейшем расширении полосы пропускания электроакустического преобразователя с накладками. Преобразователь состоит из активного пьезокерамического столба 1, тыльной накладки 2, излучающей накладки 3, армирующей стяжки 4 и гайки 5. Излучающая накладка 3 состоит из двух сегментов 5 и 6, имеющих сферическую или цилиндрическую форму. Пьезокерамический столб 1 склеивается из пьезокерамических шайб, к торцам которых приклеивается тыльная 2 и излучающая 3 накладки. В излучающую накладку в процессе ее изготовления предварительно монтируется армирующая стяжка 4. После склейки колебательная система армируется с помощью стяжки 4 и гайки 5 определенным усилием за нижний сегмент. Широкополосный электроакустический преобразователь может быть использован в гидроакустических антеннах корабельных гидролокаторов, в которых для повышения эффективности обнаружения подводных объектов необходимо применять широкополосные сигналы с большой базой. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к гидроакустике, в частности к широкополосным электроакустическим преобразователям с пассивными накладками.

Известен трехкомпонентный стержневой преобразователь с накладками, состоящий из пьезокерамической секции (столба) и двух пассивных накладок - излучающей и тыльной [1].

Широкополосность такого преобразователя зависит от коэффициента асимметрии А, коэффициента механической трансформации К_м·т. и от массы излучающей накладки М_изл..

Коэффициент асимметрии А равен отношению длины пьезокерамического стержня от излучающей накладки до узловой линии колебаний L₁ к длине пьезокерамического стержня от узловой линии колебаний до тыльной накладки

L₂(A=L₁/L₂).

Коэффициент механической трансформации К_м.т. - отношение площади излучающей накладки S_изл. к площади пьезокерамики S_к(К_м.т.=S_изл./S_к).

Выбирая коэффициент асимметрии в пределах 0,5-0,7, коэффициент механической трансформации 8-12 и используя легкую накладку из сплава АМГ, удается обеспечить относительную полосу пропускания Δf до 50% [там же].

Дальнейшее расширение полосы пропускания можно обеспечить только снижением массы излучающей накладки за счет уменьшения ее толщины. Однако уменьшение толщины излучающей накладки ниже определенной толщины приводит к возникновению изгибных колебаний накладки с противофазными участками, что снижает эффективность, уменьшает полосу пропускания преобразователя и увеличивает дополнительные лепестки характеристики направленности антенны.

Для устранения влияния изгибных колебаний накладки на низкую резонансную частоту преобразователя следует выдерживать определенные соотношения.

f_и/f_p≥4 - для преобразователей с круглыми накладками;

f_и/f_р≥5 - для преобразователей с квадратными накладками,

где

f_и - частота первой асимметричной моды собственных колебаний изгиба накладки;

f_p - низшая резонансная частота преобразователя, определенная без учета изгиба;

Другой недостаток стержневого преобразователя с пассивными накладками связан с необходимостью закрепления излучающей накладки при армировании.

Армирование стержневого электроакустического преобразователя, осуществляемое путем жесткого соединения излучающей и тыльной накладки стяжкой (болтом) с определенным усилием, приводит к снижению колебательной скорости излучающей накладки в области крепления, что вызывает неравномерное распределение колебательной скорости по поверхности накладки, а следовательно, к уменьшению полосы пропускания за счет уменьшения эффективной площади излучения.

Цель предлагаемого изобретения заключается в дальнейшем расширении полосы пропускания электроакустического преобразователя с накладками.

Указанная цель достигается тем, что в известном широкополосном электроакустическом преобразователе, содержащем активный столб из пьезокерамики, пассивные тыльную и излучающую накладки, жестко соединенные с активным столбом, армирующую стяжку, излучающая накладка выполнена пустотелой, состоящей из двух сегментов, жестко соединенных между собой.

Другой особенностью электроакустического преобразователя является то, что сегменты излучающей накладки имеют сферическую или цилиндрическую форму.

Еще одной особенностью электроакустического преобразователя является то, что излучающая накладка армирована стяжкой за нижний сегмент.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, на котором представлен в разрезе широкополосный стержневой электроакустический преобразователь с излучающей накладкой в виде двух сегментов.

Преобразователь состоит из активного пьезокерамического столба 1, тыльной накладки 2, излучающей накладки 3, армирующей стяжки 4 и гайки 5. Излучающая накладка 3 состоит из двух сегментов 6 и 7, имеющих сферическую или цилиндрическую форму.

Пьезокерамический столб 1 склеивается из пьезокерамических шайб, к торцам которых приклеивается тыльная 2 и излучающая 3 накладки. В излучающую накладку в процессе ее изготовления предварительно монтируется армирующая стяжка 4. После склейки колебательная система армируется с помощью стяжки 4 и гайки 5 определенным усилием за нижний сегмент.

При подаче электрического напряжения на пьезокерамический стержень 1 возбуждается вся колебательная система: пьезокерамический стержень 1, излучающая 3 и тыльная 2 накладки. Механическая прочность секционированного пьезокерамического столба 1, а тем самым и всей колебательной системы обеспечивается армирующей стяжкой 4.

Армирующая стяжка крепится к нижней части излучающей накладки 3, при таком креплении верхняя половина накладки будет колебаться равномерно.

Так как резонансная частота пустотелой накладки 3 не зависит от ее толщины, то ее массу можно выполнять минимальной, что обеспечивает максимальную полосу пропускания.

Кроме того, резонансной частотой пустотелой управляющей накладки 3 можно управлять за счет изменения высоты h оболочки, вследствие чего появляется дополнительная возможность расширения полосы пропускания преобразователя, выбирая резонансную частоту пустотелой излучающей накладки выше или ниже резонансной частоты трехкомпонентного стержневого преобразователя на низшей резонансной частоте.

Широкополосный электроакустический преобразователь может быть использован в гидроакустических антеннах корабельных гидролокаторов, в которых для повышения эффективности обнаружения подводных объектов необходимо применять широкополосные сигналы с большой базой τ-Δf (τ - длительность сигнала, Δf - девиация частоты).

Источники информации

1. Подводные электроакустические преобразователи (Расчет и проектирование). Под редакцией чл.-корр. АН СССР В.В.Богородского. Справочник, Л.: Судостроение, 1983, стр.100-103.

1. Широкополосный электроакустический преобразователь, содержащий активный столб из пьезокерамики, пассивные тыльную и излучающую накладки, жестко соединенные с активным столбом, армирующую стяжку, отличающийся тем, что излучающая накладка выполнена пустотелой, состоящей из двух сегментов, жестко соединенных между собой.

2. Широкополосный электроакустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что сегменты излучающей накладки имеют сферическую форму.

3. Широкополосный электроакустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что сегменты излучающей накладки имеют цилиндрическую форму.

4. Широкополосный электроакустический преобразователь по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что излучающая накладка армирована стяжкой за нижний сегмент.