ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H04R1/44 H04R17/00 

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано при разработке излучателей коротких импульсных сигналов в аппаратуре с высокой разрешающей способностью.

Известен электроакустический преобразователь /1/, содержащий N активных элементов, выполненных в виде двух склеенных между собой пьезопластин одинаковой толщины встречной поляризации, наружные электроды которых электрически соединены, и схему включения, состоящую из синхронизатора, N генераторов импульсов, N ждущих мультивибраторов, N расширителей импульсов, N электронных ключей и N электрических нагрузок, причем вход первого ждущего мультивибратора подключен к выходу синхронизатора, одним из своих выходов каждый ждущий мультивибратор подключен ко входу соответствующего генератора, а другим ко входам расширителя импульсов и следующего ждущего мультивибратора, выходы расширителей импульсов подключены ко входам электронных ключей, выходы которых нагружены на соответствующие электрические нагрузки. Для излучения коротких импульсов используются синхронизированные генераторы возбуждения, которые создают в преобразователе режим бегущей волны. Преобразователь имеет сложную схему возбуждения и сравнительно большой уровень реверберационной помехи, связанной с переходными процессами в отдельных активных элементах преобразователя.

Недостатком данного преобразователя является низкая эффективность работы при генерировании коротких импульсов.

Прототипом изобретения является электроакустический преобразователь /2/, содержащий активный элемент в виде набора идентичных секций, фронтальную и тыльную накладки, стягивающую шпильку с гайкой и генератор.

Недостатком этого преобразователя является малая рабочая полоса частот, т. к. в нем обеспечивается режим бегущей волны только на одной частоте, для которой разность фаз возбуждающего напряжения между соседними секциями равен волновой длине секции. Кроме того, частотная зависимость фазированного возбуждения, обеспечивающего режим бегущей волны, затрудняет формирование коротких импульсов.

Целью изобретения является увеличение эффективности работы преобразователя при излучении сигналов минимальной длительности.

Указанная цель достигается за счет того, что в электроакустическом преобразователе выход генератора выполнен трансформаторным с симметричной вторичной обмоткой, каждая секция состоит из набора жестко связанных чередующихся колец из пьезокерамики и сферопластика, толщина которых относится как 14:3, а электроды пьезокерамических колец соединены электрически параллельно, количество секций равно 13, секции 1, 3, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 13 подключены к одной из вторичных обмоток выходного трансформатора генератора, а секции 2, 4, 7, 8 подключены к противофазной вторичной обмотке через соответствующие индуктивности, каждая из которых образует с емкостью подключенных секций резонансный контур, фронтальная накладка выполнена конической с коэффициентом формы N a₂/a₁ 2,5-3,0, где a₂ радиус большего основания, a₁ радиус меньшего основания накладки, обращенного к активному элементу, а генератор выполнен с возможностью формирования модулированного кодом Баркера тринадцатого порядка сигнала, частота которого равна резонансной частоте секции активного элемента.

На фиг. 1 дана схема электроакустического преобразователя; на фиг. 2 - схема подключения секций к вторичной обмотке трансформатора и на фиг. 3 - суммирование сигналов в точке наблюдения для фронтального направления.

Преобразователь содержит активный элемент, который выполнен из тринадцати идентичных секций 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13, размещенных в порядке возрастания номеров от тыльной накладки 14 к фронтальной накладке 15 и стянутых армирующей шпилькой 16 и гайкой 17. Каждая секция состоит из периодического набора склеенных между собой пьезокерамических колец 18 и гибких кольцевых прокладок 19 из сферопластика, толщины которых соотносятся как 14: 3. Преобразователь также включает в себя генератор 20 сигнала Баркера, трансформатор 21 и индуктивности 22 и 23. Электроды пьезокерамических колец 18 соединены электрически параллельно. Секции подключены к трансформатору 21 следующим образом: секции 1, 3, 5, 6, 9, 10, 11, 12 и 13 подключены к одной из вторичных обмоток, а секции 2, 4, 7 и 8 подключены к противофазной обмотке трансформатора 21 через соответствующие индуктивности 22 и 23, каждая из которых образует с емкостью подключенных секций контур. Фронтальная накладка 15 выполнена конической с коэффициентом формы N a₂/a₁ 2,5-3,0, где a₂ радиус большего основания, a₁ радиус меньшего основания. Толщина накладки 15 такова, что резонансная частота изгибных колебаний накладки равна частоте механических колебаний секции.

Преобразователь работает следующим образом.

При подаче на секции активного элемента рабочего сигнала в них возбуждаются резонансные колебания, быстро затухающие вследствие излучения боковой поверхностью и торцами секций, а форма излученного акустического сигнала примерно повторяет форму сигнала Баркера. В точке наблюдения, находящейся на оси преобразователя со стороны фронтальной накладки 15, сигналы, излученные отдельными секциями, суммируются с относительной задержкой, кратной половине периода резонансной частоты, т.к. расстояние между соседними секциями равно половине длины волны на резонансной частоте как в воде, так и в материале активного элемента (скорость звука в активном элементе равна скорости звука в воде).

Длительность элементарной посылки кода Баркера также равна половине периода резонансной частоты секции, поэтому в точке наблюдения сигналы, излученные соседними секциями, будут суммироваться со сдвигом на одну элементарную посылку, что соответствует алгоритму обработки сигнала Баркера.

Фазировка секций выполнена таким образом, что распределение фазы колебаний отдельных секций вдоль активного элемента точно соответствует коду Баркера, поэтому суммирование сдвинутых на одну элементарную посылку сигналов в точке наблюдения будет соответствовать алгоритму относительной обработки сигнала Баркера.

Таким образом, преобразователь будет излучать в направлении своей оси (с фронтальной стороны) короткий импульсный сигнал, эффективная амплитуда которого будет в 13 раз больше амплитуды сигнала, излученного отдельной секцией, а эффективная длительность равна полупериоду резонансной частоты, при этом уровень бокового излучения в тринадцать раз меньше основного.

В других направлениях излучения, боковом и тыльном, суммирование сигналов, излученных отдельными секциями, не является оптимальным, а суммарный уровень излучения составляет 5/13 от уровня максимального излучения во фронтальном направлении.

Использование: при разработке излучателей коротких импульсных сигналов в аппаратуре с высокой разрешающей способностью. Сущность изобретения: преобразователь содержит активный элемент, состоящий из тридцати идентичных секций, размещенных в порядке возрастания номеров от тыльной накладки к фронтальной накладке и стянутых шпилькой с гайкой. Каждая секция состоит из периодического набора склеенных между собой пьезокерамических колец и гибких кольцевых прокладок из сферопластика. Преобразователь также содержит генератор сигнала Баркера, трансформатор и LC-контуры. Секции активного элемента электрически подключены ко вторичной обмотке трансформатора. 3 ил.

Электроакустический преобразователь, содержащий активный элемент в виде набора идентичных секций, фронтальную и тыльную накладки, стягивающую шпильку с гайкой и генератор, отличающийся тем, что выход генератора выполнен трансформаторным с симметричной вторичной обмоткой, каждая секция состоит из набора жестко связанных чередующихся колец из пьезокерамики и сферопластика, толщины которых относятся как 14 3, а электроды пьезокерамических колец соединены электрически параллельно, количество секций равно 13, секции 1, 3, 5, 6, 9, 10, 12, 13 подключены к одной из вторичных обмоток выходного трансформатора генератора, а секции 2, 4, 7, 8 подключены к противофазной вторичной обмотке через соответствующие индуктивности, каждая из которых образует с емкостью подключенных секций резонансный контур, фронтальная накладка выполнена конической с коэффициентом формы N а₂/а₁ 2,5 3,0, где a₂ радиус большего основания, a₁ радиус меньшего основания накладки, обращенного к активному элементу, а генератор выполнен с возможностью формирования модулированного кодом Баркера тринадцатого порядка сигнала, частота которого равна резонансной частоте секции активного элемента.