Гидрофон

Изобретение относится к метрологии, в частности к гидрофонам. Гидрофон содержит две чашеобразные мембраны, края которых закреплены на многослойной печатной плате с двух сторон с образованием герметизации внутренних пространств мембран. Во внутреннем пространстве на днищах мембран механически закреплены пьезоэлектрические пластины с образованием также гальванической или емкостной связи. Другие стороны пьезоэлектрических пластин через гибкий проводник и токопроводящую дорожку во внутреннем слое печатной платы электрически соединены с выходной контактной площадкой на печатной плате, размещенной снаружи мембран. Технический результат - увеличение надежности и срока службы гидрофона, снижение трудоемкости сборки гидрофона. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области пьезоэлектрических преобразователей гидроакустических сигналов в электрические (гидрофонам) и предназначено для использования в составе буксируемых сейсмических кос в качестве сейсмоприёмников.

Предшествующий уровень техники.

Известен гидрофон по патенту на полезную модель RU88236, МПК H04R 1/44 (2006.01), 2009. Как и в заявляемом техническом решении указанный аналог содержит пьезоэлектрический элемент, соединенный с печатной платой. В отличие от заявленного технического решения пьезоэлемент выполнен цилиндрическим и закреплен в корпусе. В корпусе закреплена и печатная плата. Снаружи гидрофон залит двойным слоем акустически прозрачного эластичного полиуретанового компаунда. Между слоями компаунда наносится тонкий (30 мкм) слой из сплава олово-свинец, повышающий гидроустойчивость чувствительного элемента и одновременно являющегося электрическим экраном.

Недостатком указанного аналога является наличие корпуса для крепления пьезоэлемента, что приводит к увеличению материалоемкости гидрофона. Выполнение пьезоэлемента охватывающим корпус приводит к необходимости защиты пьезоэлемента снаружи компаундом и размещения снаружи дополнительного металлического слоя. Это также увеличивает сложность и материалоемкость конструкции.

Также известен гидроакустический преобразователь дискового типа ПКС-6 (Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики / Под редакцией В.М. Шарапова. - М.: Техносфера, 2006, ISBN: 5-94836-100-4, стр. 419-420). Как и в заявляемом техническом решении указанный аналог содержит две чашеобразные мембраны, с внутренней стороны к днищам которых закреплены дисковые пьезоэлектрические элементы. В отличие от заявленного технического решения мембраны состыкованы друг с другом краями чашеобразной формы, а выходные проводники соединены непосредственно с мембранами и пьезоэлектрическими элементами. При этом в пространстве между мембранами два проводника от каждого пьезоэлектрического элемента соединяются вместе в один проводник, и уже этот один проводник выходит из указанного пространства.

Недостатком указанного аналога является соединение выходных проводников непосредственно с пьезоэлектрическими элементами. При использовании преобразователя это приводит к необходимости его разборки для закрепления выходных проводников к пьезоэлектрическим элементам и последующей сборки (соединения чашеобразных мембран краями) с герметизацией места соединения и места выхода проводника из пространства между мембранами. Также это приводит к наличию незакрепленного соединения проводников в пространстве между мембранами, что снижает надежность устройства. Кроме того, место ввода гибкого выходного проводника во внутреннее пространство между чашеобразными мембранами при эксплуатации теряет герметизацию, что приводит к попаданию посторонних веществ в это внутреннее пространство. Это приводит к возникновению дополнительных шумов на выходе преобразователя, коррозии соединений и материала.

Гидроакустический преобразователь дискового типа ПКС-6 является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом того же назначения к заявляемому техническому решению. Поэтому он принят в качестве прототипа.

Раскрытие заявляемого технического решения.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является уменьшение количества операций при сборке гидрофона и исключение из его конструкции недостаточно надежных узлов крепления деталей между собой.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является увеличение надежности и срока службы гидрофона.

Дополнительным техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является снижение трудоемкости сборки сейсмокосы с использованием гидрофонов.

Сущность заявленного технического решения состоит в том, что гидрофон содержит две чашеобразные мембраны, во внутреннем пространстве на днищах которых своими первыми сторонами механически закреплены пьезоэлектрические пластины. Отличается тем, что механическая связь мембран и пьезоэлектрических пластин также является их гальванической или емкостной связью. При этом мембраны своими краями закреплены на многослойной печатной плате с двух сторон с образованием герметизации внутренних пространств мембран. При этом вторые стороны пьезоэлектрических пластин через гибкий проводник и по крайней мере одну токопроводящую дорожку во внутреннем слое печатной платы электрически соединены с по крайней мере одной выходной контактной площадкой на печатной плате, размещенной снаружи мембран.

Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов. Данное нововведение позволяет упростить процедуру сборки гидрофона и зафиксировать в пространстве все точки электрических соединений внутри конструкции гидрофона.

В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.

Предпочтительно края мембран припаивать к кольцевым контактным площадкам на внешних слоях печатной платы. При этом пьезоэлектрические пластины одной стороной приклеены к мембранам электропроводным или неэлектропроводным клеем, а другой стороной гибкими проводами соединены с внутренними контактными площадками на печатной плате, расположенными во внутреннем пространстве мембран и электрически соединенными с одной выходной контактной площадкой за пределами внутреннего пространства мембран. При этом другая выходная контактная площадка электрически соединена с кольцевыми контактными площадками. Выходные провода припаяны к выходным контактным площадкам.

Края мембран предпочтительно выполнять имеющими кольцевую форму и снабженными кольцевым прессованным выступом.

Авторами заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 показан внешний вид гидрофона, вид сверху, на фиг. 2 — продольный разрез гидрофона (разрез А-А на фиг. 1).

Лучший вариант осуществления технического решения.

Гидрофон (фиг. 1, 2) представляет собой многослойную печатную плату (2), в частности, 4-слойную печатную плату, на двух внешних слоях которой зеркально друг к другу выполнены одинаковые кольцевые контактные площадки. К этим площадкам своими краями по всему периметру припаяны одинаковые чашеобразные металлические мембраны (1). Для усиления контакта мембраны (1) с печатной платой (2) и повышения надежности этого контакта край мембраны имеет кольцевую форму, соответствующую кольцевой контактной площадке, и кольцевой прессованный выступ наружу. Припой (6) герметизирует внутреннее пространство мембраны между ее плоским круглым днищем и печатной платой.

Во внутреннем пространстве мембран к днищу мембран (1) электропроводным или неэлектропроводным клеем приклеены пьезоэлектрические пластины (3), например, ЦТСНВ-1 (твердого раствора титаната-цирконата свинца с примесями натрия и висмута). Таким образом пластины (3) одной стороной механически соединены с мембраной (1) и электрически с кольцевыми контактными площадками на печатной плате (2). При этом между мембранами (1) и пьезоэлектрическими пластинами (3) имеется гальваническая или емкостная связь. Другой стороной пластины (3) электрически соединены с внутренними контактными площадками, расположенными на внешних слоях печатной платы (2) во внутреннем пространстве мембран (1). Это соединение выполнено с помощью одинаковых гибких проводов МГТФ (4), припаянных к пластинам (3) и внутренним сквозным контактным площадкам. Внутренние контактные площадки снабжены металлизированными отверстиями и электрически соединены между собой.

Снаружи мембран (1) печатная плата (2) снабжена двумя выходными контактными площадками с металлизированными отверстиями для припаивания выходных проводов (5) гидрофона. Одна выходная контактная площадка электрически соединена с обоими кольцевыми контактными площадками посредством печатных проводников на внешних слоях печатной платы. Другая выходная контактная площадка электрически соединена с внутренними контактными площадками посредством печатных проводников во внутреннем слое печатной платы.

Печатная плата (2) также снабжена двумя вспомогательными отверстиями, одно из которых используется для закрепления выходных проводов (5), а второе предназначено для крепления гидрофона в месте его установки при использовании.

Таким образом, печатная плата (2) является элементом механической фиксации пространственного положения других конструктивных элементов гидрофона и точек их соединения.

Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенным выше предпочтительным вариантом. В частности, мембраны могут быть закреплены к печатной плате неэлектропроводным герметиком, тогда один из выходных проводов припаивается непосредственно к мембранам.

Порядок использования.

При использовании гидрофона его печатную плату (2) закрепляют в месте установки и соединяют свободные концы выходных проводов (5) согласно измерительной электрической схемы сейсмокосы. При этом, а также при дальнейшей эксплуатации, изгибание выходных проводов не влияет на герметичность внутреннего пространства мембран, что повышает надежность гидрофона и увеличивает срок его службы.

Гидрофон работает следующим образом.

При воздействии гидроакустических сигналов на мембраны (1) деформируются приклеенные к ним пьезоэлектрические пластины (3), что приводит к появлению электрических зарядов на сторонах пластин. Гальваническая или емкостная связь пьезоэлектрических пластин через мембраны (1), печатную плату (2) и выходные проводники (5) с измерительной цепью обеспечивает формирование электрического сигнала, соответствующего гидроакустическим сигналам.

Промышленная применимость.

Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть собрано на любом радиоэлектронном предприятии и найдет широкое применение в области пьезоэлектрических преобразователей гидроакустических сигналов.

1. Гидрофон, содержащий две чашеобразные мембраны, во внутреннем пространстве на днищах которых своими первыми сторонами механически закреплены пьезоэлектрические пластины, отличающийся тем, что механическая связь мембран и пьезоэлектрических пластин также является их гальванической или емкостной связью, мембраны своими краями закреплены на многослойной печатной плате с двух сторон с образованием герметизации внутренних пространств мембран, при этом вторые стороны пьезоэлектрических пластин через гибкий проводник и по крайней мере одну токопроводящую дорожку во внутреннем слое печатной платы электрически соединены с по крайней мере одной выходной контактной площадкой на печатной плате, размещенной снаружи мембран.

2. Гидрофон по п. 1, отличающийся тем, что края мембран припаяны к кольцевым контактным площадкам на внешних слоях печатной платы, пьезоэлектрические пластины одной стороной приклеены к мембранам электропроводным или неэлектропроводным клеем, а другой стороной гибкими проводами соединены с внутренними контактными площадками на печатной плате, расположенными во внутреннем пространстве мембран и электрически соединенными с одной выходной контактной площадкой за пределами внутреннего пространства мембран, при этом другая выходная контактная площадка электрически соединена с кольцевыми контактными площадками, а выходные провода припаяны к выходным контактным площадкам.

3. Гидрофон по п. 2, отличающийся тем, что края мембран имеют кольцевую форму и снабжены кольцевым прессованным выступом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к акустике, в частности к электроакустическим преобразователям. Электроакустический преобразователь с демпфированием излучающей мембраны содержит корпус с отверстиями для выхода акустических колебаний, внутри которого по периферии закреплена излучающая мембрана с пьезоэлементами, соединенными проводниками с генератором электрических колебаний.

Изобретение относится к ультразвуковому преобразователю. Ультразвуковой расходомер содержит: центральный проход для протекания потока текучей среды, предназначенной для измерения, множество пар ультразвуковых преобразователей, причем каждая пара преобразователей выполнена с возможностью формирования хордальной траектории через указанный проход между указанными преобразователями, а каждый из указанных преобразователей содержит: пьезоэлектрический кристалл, эпоксидную смолу, содержащую вкрапления в виде стеклянных шариков, которые уменьшают ее плотность, и заключающую в оболочку пьезоэлектрический кристалл, цилиндрический усиливающий стакан, вделанный в эпоксидную смолу, причем указанный стакан содержит сетку из волокон и окружает пьезоэлектрический кристалл.

Использование: для преобразования электрической энергии в механические колебания на частоте в акустическом диапазоне, а также для приема таких звуковых волн путем преобразования механической энергии в электрическую энергию.

Группа изобретений относится к ультразвуковой визуализации объектов.  Устройство ультразвуковой визуализации объектов в жидких средах содержит генератор и блок обработки информации, корпус, лазер, первую и вторую двояковыпуклую оптическую линзы, полупрозрачное оптическое зеркало, отражающее оптическое зеркало, приёмную матрицу, плоско-выпуклую оптическую линзу, диск с первыми сквозными отверстиями, в каждом из которых размещён волновод с входным и выходным торцами, акустическую линзу, акустический излучатель.

Изобретение относится к акустике, в частности к электроакустическим пьезоэлектрическим преобразователям. Электроакустический пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, соосно последовательно скрепленный диффузородержатель, диффузор и пакеты из двух пьезокерамических биморфов с межбиморфными узлами скрепления, отличающийся тем, что между вершиной диффузора и корпусом, с помощью центральных скрепляющих стоек, закреплены два или несколько пакетов, состоящих каждый из двух пьезокерамических биморфов, соединенных по периферии узлами скрепления, разделенных центральной скрепляющей стойкой, электрически соединенных таким образом, чтобы при подаче переменного напряжения заданной частоты, пьезокерамические биморфы в пакетах изгибались в противоположных направлениях, передавая механические колебания к вершине диффузора с амплитудой, равной сумме векторов + h всех пьезокерамических биморфов.

Изобретение предназначено для использования при дефектоскопии, структуроскопии и толщинометрии изделий из бетона и горных пород. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой преобразователь содержит пьезоэлемент с плоской рабочей поверхностью, первая и вторая боковые поверхности которого выполнены плоскопараллельными и ориентированы перпендикулярно рабочей поверхности, пьезоэлемент поляризован перпендикулярно боковым поверхностям, а электроды нанесены на боковые поверхности, при этом каждый из электродов на боковых поверхностях разделен на N идентичных секций, причем первая секция электрода второй боковой поверхности электрически соединена с второй секцией первой боковой поверхности, N-1 секция электрода второй боковой поверхности электрически соединена с N секцией первой боковой поверхности, а первая секция электрода первой боковой поверхности и N секция электрода второй боковой поверхности являются выходами пьезопреобразователя.

Изобретение относится к акустике, в частности к пьезоэлектрическим электроакустическим преобразователям. Электроакустический преобразователь содержит генератор переменного напряжения, цилиндрический корпус, соосно расположенные в нем круглый биморф с двумя пьезоэлементами, скрепленный с выпуклой мембраной над ним и общим плоским кольцевым держателем, снабжен над выпуклой мембраной акустическим отражательным экраном с периферийными узлами соосного крепления его к цилиндрическому корпусу.

Изобретение относится к акустике, в частности к пьезоэлектрическим электроакустическим преобразователям. Преобразователь содержит соосно скрепленные диффузородержатель, диффузор, волновод с жестко сопряженным с ним биморфным пьезоэлементом, проводники к источнику электрических колебаний.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к пьезоэлектрическим преобразователям. Пьезоэлектрический преобразователь содержит металлический корпус, имеющий цилиндрическую полость, в которой соосно полости последовательно от замыкающей стенки размещены протектор, пьезоэлемент, опорное кольцо и ниппель с отверстием, а также проводники, соединяющие электроды пьезоэлемента с сигнальным кабелем или разъемом.

Использование: для исследования крупноструктурных и неоднородных материалов посредством ультразвука. Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь содержит корпус, в котором расположены первый, второй, третий и четвертый пьезоэлементы.

Изобретение относится к метрологии, в частности к способам оценки качества шумопоглощающих панелей. Стены испытательной камеры облицовывают исследуемой шумопоглощающей облицовкой в виде шумопоглощающих панелей, источник шума располагают на плавающем полу, под которым устанавливают вибродемпфирующую панель, предназначенную для исключения помех при испытаниях шумопоглощающих панелей.

Изобретение относится к метрологии, в частности к стендам для оценки качества звукопоглотителей. Стенд содержит металлический корпус, стенки которого облицованы исследуемым звукопоглотителем, на днище корпуса через упругодемпфирующую прокладку установлен регулируемый источник шума, причем регулировка осуществляется по громкости звука и частоте сигнала с помощью усилителя мощности сигнала и осциллографа, а на расстоянии 1 м от крышки корпуса закреплен микрофон, сигналы уровней звукового давления от которого поступают на анализатор спектра частот, а затем на компьютер для обработки полученной информации.

Изобретение относится к ультразвуковому преобразователю. Ультразвуковой расходомер содержит: центральный проход для протекания потока текучей среды, предназначенной для измерения, множество пар ультразвуковых преобразователей, причем каждая пара преобразователей выполнена с возможностью формирования хордальной траектории через указанный проход между указанными преобразователями, а каждый из указанных преобразователей содержит: пьезоэлектрический кристалл, эпоксидную смолу, содержащую вкрапления в виде стеклянных шариков, которые уменьшают ее плотность, и заключающую в оболочку пьезоэлектрический кристалл, цилиндрический усиливающий стакан, вделанный в эпоксидную смолу, причем указанный стакан содержит сетку из волокон и окружает пьезоэлектрический кристалл.

Изобретение относится к испытательному оборудованию. Технически достижимый результат - расширение технологических возможностей испытаний объектов, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями.

Изобретение относится к метрологии. Стенд содержит основание, на котором посредством, по крайней мере, трех виброизоляторов закреплена переборка, представляющая собой одномассовую колебательную систему, в качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор.

Изобретение относится к испытательному оборудованию. Стенд для акустических испытаний звукопоглотителей содержит корпус со съемной передней крышкой, стенки которого облицованы исследуемым звукопоглотителем, на днище корпуса через упругодемпфирующую прокладку установлен регулируемый источник шума, причем регулировка осуществляется по громкости звука и частоте сигнала с помощью усилителя мощности сигнала и осциллографа, а на расстоянии 1 м от крышки корпуса закреплен микрофон, сигналы уровней звукового давления от которого поступают на анализатор спектра частот, а затем на компьютер для обработки полученной информации, при этом уровень звуковой мощности Lp определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления Lcp на измерительной поверхности S, м2, за которую принята площадь полусферы, где шумопоглощающая облицовка выполнена с резонансными вставками и содержит гладкую и перфорированную поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков и пустотелых участков.

Изобретение относится к метрологии. В способе для акустических испытаний звукопоглотителей с резонансными элементами, заключающемся в том, что в металлическом корпусе со съемной передней крышкой, стенки которого облицованы исследуемым звукопоглотителем, на днище корпуса через упругодемпфирующую прокладку устанавливают регулируемый источник шума, причем регулировку осуществляют по громкости звука и частоте сигнала с помощью усилителя мощности сигнала и осциллографа, а на расстоянии 1 м от крышки корпуса закрепляют микрофон, сигналы уровней звукового давления от которого направляют на анализатор спектра частот, а затем на компьютер для обработки полученной информации, а уровень звуковой мощности Lp определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления Lcp на измерительной поверхности S, м2, за которую принята площадь полусферы, а затем находят корректированный уровень звуковой мощности LpА.

Изобретение относится к метрологии. В стенде для виброакустических испытаний, содержащем основание, на котором посредством по крайней мере трех виброизоляторов закреплена переборка, представляющая собой одномассовую колебательную систему массой и жесткостью соответственно m2 и c2, а в качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор, расположенный на переборке, а на переборке установлена стойка для испытания собственных частот упругих элементов рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс, закрепленных на концах этих испытываемых элементов, при этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируется индикатором перемещений, по показаниям которого определяется резонансная частота, соответствующая параметрам каждого упругого элемента, причем на основании и переборке закреплены датчики виброускорений, сигналы от которых поступают на усилитель, затем осциллограф, магнитограф и компьютер для обработки полученной информации, при этом для настройки работы стенда используется частотомер и фазометр, при этом для определения собственных частот каждой из исследуемых систем виброизоляции производится имитация ударных импульсных нагрузок на каждую из систем и записываются осциллограммы свободных колебаний, при расшифровке которых определяют собственные частоты систем виброизоляции и логарифмический декремент затухания колебаний, при этом уровень звуковой мощности Lp определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления Lcp на измерительной поверхности S, м2, за которую принята площадь полусферы, а корректированный уровень звуковой мощности LpA.

Изобретение относится к метрологии. На основании посредством виброизоляторов закрепляют переборку, представляющую собой одномассовую колебательную систему массой и жесткостью соответственно m2 и с2, а в качестве генератора гармонических колебаний используют эксцентриковый вибратор, расположенный на переборке, на переборке устанавливают стойку для испытания собственных частот упругих элементов рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс, закрепленных на концах этих испытываемых элементов, при этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируют индикатором перемещений, а по показаниям определяют резонансную частоту, соответствующую параметрам каждого упругого элемента, причем на основании и переборке закрепляют датчики виброускорений, сигналы от которых поступают на усилитель, затем осциллограф, магнитограф и компьютер для обработки полученной информации, при этом для настройки работы стенда используют частотомер и фазометр, при этом для определения собственных частот каждой из исследуемых систем виброизоляции производят имитацию ударных импульсных нагрузок на каждую из систем и записывают осциллограммы свободных колебаний, при расшифровке которых определяют собственные частоты систем виброизоляции и логарифмический декремент затухания колебаний по известной формуле.

Изобретение относится к акустике, в частности к широкополосным ультразвуковым преобразователям. Широкополосный ультразвуковой преобразователь содержит пьезоэлемент с плоской рабочей поверхностью, плоскопараллельные боковые поверхности и электроды, ориентированные перпендикулярно рабочей поверхности, нанесенные на боковые поверхности.

Изобретение относится к метрологии, в частности к гидрофонам. Гидрофон содержит две чашеобразные мембраны, края которых закреплены на многослойной печатной плате с двух сторон с образованием герметизации внутренних пространств мембран. Во внутреннем пространстве на днищах мембран механически закреплены пьезоэлектрические пластины с образованием также гальванической или емкостной связи. Другие стороны пьезоэлектрических пластин через гибкий проводник и токопроводящую дорожку во внутреннем слое печатной платы электрически соединены с выходной контактной площадкой на печатной плате, размещенной снаружи мембран. Технический результат - увеличение надежности и срока службы гидрофона, снижение трудоемкости сборки гидрофона. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх