Гидроакустический преобразователь

 

и 77 УВЫ

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ беюз ьсеетсккнк

Сецнапнстнческнх

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3аяв пено 09.11.78 (21) 2684193/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень № 4! (45) Дата опубликования описания 07.11.80 (51) М. К.

Н 048 17/00

Государственный каменеет

СССР па девам изобретений н еткфмтнй (53) УДК 534.232 (088.8) (72) Авторы изобретения

Э. A. Ильюк и Л. С. Старов (71) Заявитель (54) ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение отйосйтся к технической акустике и может быть применено в качестве обратимого преобразователя в антеннах рыбопоисковых станций, эхолотах и приборах для подводных океанографических исследований.

Известны преобразователи так называемого «разгруженного» типа, которые используются в качестве глубоководных преобразователей. В такой конструкции колебательная система, представляющая собой пьезокерамический элемент, жестко скрепленный с рабочей и тыльной металлическими накладками, помещается в воздухозаполненный прочный металлический корпус. Колебательная система к корпусу крепится за рабочую накладку через элементы механической развязки. Корпус, воспринимая гидростатическое давление, защищает его от воздействия пьезокерамический элемент и обеспечивает таким образом стабильность электроакустических параметров преобразователя, надежную герметизацию и экранирует излучение тыльной накладки il1l.

В таких конструкциях основными элементами, ограничивающими величину рабочего гидр остатического давления, являются элементы механической развязки колеба елькой системы от корпуса. Элементы развязки обычно выполняются в виде резиновых слоев, помещенных между рабочей накладкой и корпусом, или в виде гибких металлических развязок, на которых фактически подвешивается колебательная система. При этом преобразователи, в которых применены элементы развязки из резины, могут эффективно работать только при гидростатических давлениях не более

1Î (20 — 30) 10 Н/м .

Применение в преобразователях металлических элементов механической развязки увеличивает рабочее гидростатическое давление.

1 Наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является преобразователь, который включает металлический цилиндрический корпус с дном и колебательную систему, состоящую

20 из пьезокерамического цилиндра, жестко соединенного с рабочей и тыльной металлическими накладками. Крепление колебательной системы к корпусу осуществляется за рабочую накладку, снабженную коль25 цевым пазом. Последний делит накладку на две части: центральную, скрепленную с пьезокерамическим цилиндром, и периферийную, за которую, собственно, накладка и крепится жестко к корпусу. Перемычка

30 между частями накладки должна быть до7778Я

5,фф — I f (S) dS, статочно прочной, чтобы выдержать рабочее гидпостатическое давление, и в то же время гибкой, чтобы обеспечить механическую развязку между колеблющейся частью и корпусом. Величина упругости перемычки такова, что резонансная частота перемычки совместно с центральной частью мембраны ниже частоты продольного резонанса пьезокерамического цилиндра совместно с центральной частью излучающей накладки и тыльной накладкой. Такой преобразователь может работать при довольно значительных гидростатических давлениях, более 30 10 Н/м, обеспечивая стабильность электроакустических параметров и надежную герметизацию (2j.

Недостатком такого преобразователя является неэффективное использование поверхности рабочей накладки, так как в излучении фактически используется только центральная часть накладки.

Целью изобретения является повышение акустической мощности преобразователя в режиме излучения и чувствительности в режиме приема.

Поставленная цель достигается тем, что поверхность контактирования рабочей накладки с корпусом выполнена полусферической.

На фиг. 1 представлен преобразователь, общий вид; на фиг. 2 — форма колебаний рабочей накладки преобразователя.

Преобразователь содержит колебательную систему, состоящую из пьезокерамического элемента 1, представляющего собой набор пьезокерамических шайб, склеенных между собой и через изолирующие шайбы

2 — с рабочей 3 и тыльной 4 накладками.

Колебательная система помещена в воздухозаполненный корпус 5 в виде стакана, образующий с накладкой 3 замкнутый объем и защищающий пьезокерамический элемент от воздействия гидростатического давления. Материал рабочей накладки — титан или алюминий, тыльной — сталь. По краю рабочей накладки выполнен полусферический выступ 6, которым она опирается на торцовую поверхность корпуса 5, при этом обеспечивается условие свободного опирания рабочей накладки 3. Частота резонанса изгибных колебаний пластины пропорциональна отношению толщины накладки к квадрату диаметра; а рабочее гидростатическое давление пропорционально отношению толщины накладки к диаметру. Размеры накладки выбираются, исходя из требований к диапазону рабочих частот и гидростатическому давлению, причем резонансная частота изгиба рабочей накладки должна быть ниже частоты продольных колебаний пьезокерамического стержня с рабочей и тыльной накладками.

Электрически пьезокерамические шайбы соединены параллельно и выводы от положительных и отрицательных электродов

5 0

З0

65 (на чертеже не показаны) через герметизирующее устройство выведены из корпуса преобр азователя.

В режиме излучения при подведении электрического напряжения колебательная система излучает рабочей накладкой 3 в воду акустические сигналы, причем амплитуда колебаний рабочей накладки 3 максимальна на частоте подводимого напряжения, совпадающей с частотой механического резонанса продольных колебаний пьезокерамического элемента 1 совместно с рабочей 3 и тыльной 4 накладками, и на частоте резонанса изгибных колебаний рабочей накладки 3. B режиме приема преобразователь дает максимальное напряжение на электрических выводах при воздействии на рабочую накладку 3 акустического давления с частотой, равной частоте электромеханического резонанса продольных колебаний колебательной системы преобразователя и изгибных колебаний накладки 3.

Площадь эффективной поверхности преобразователя определяется следующим образом, где f (S) — форма колебаний поверхности преобразователя.

Так, например, у свободно опертой по контуру пластины площадь эффективной

1 поверхности на частоте изгиба S,ô, = — S, 3 а у зажатой по контуру пластины 5,фф =

= — S, где S — площадь всей рабочей

5 (нагруженной) поверхности пластины.

Приведенная форма колебаний рабочей накладки может быть приравнена к форме колебаний свободно опертой по контуру пластины.

В результате выполнения рабочей накладки 3 с кольцевым полусферическим выступом 6 по ее краю, которым накладка опирается на торцовую поверхность стенки корпуса 5, обеспечиваются условия свободного опирания рабочей накладки 3, что влечет за собой увеличение площади эффективной поверхности, а следовательно, акустической мощности и чувствительности.

Использование такого преобразователя в антеннах рыбопоисковых станций уменьшает вес, габариты и стоимость станции при обеспечении требуемой акустической мощности и чувствительности.

Формула изобретения

Гидроакустический преобразователь, cdдержащий цилиндрический корпус в видо стакана и составной пьезоэлемент с рабочей накладкой, установленной на торцовой поверхности стакана, н тыльной накладкой, 77785i

Фиг. /

Составитель Н. Бурбелб

Редактор О. Филиппова

Корректор С. Хелен

Техред А. Камышникова

Заказ 2403/8 Изд. № 532 Тираж 729 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Жестко скрепленной с пьезоэлементом, размещенный внутри корпуса, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения акустической мощности, поверхность контактирования рабочей накладки с корпусом выполнена полусферической.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3460011, кл. Н 04R, 17/00, 1969.

5 2. Патент США № 3319219, кл. 340-8, 1965 (прототип) .