ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ВЕКТОРНЫЙ ПРИЕМНИК МГУ Российский патент 1997 года по МПК H04R1/44 

Изобретение относится к гидроакустическим измерениям и может быть, в частности, использовано для измерения трех взаимно ортогональных составляющих колебательной скорости.

Известен гидроакустический векторный приемник по авт.св. СССР N 1089430, кл. H 04 R 1/44, 1983, содержащий сферу из пьезокерамического материала, имеющую три пары диаметрально противоположных электродов и закрепленную в шести местах на трех диаметрально пронизывающих ее струнах.

Наиболее близким аналогом к изобретению является векторный приемник, содержащий корпус сферической формы, три пары пьезоблоков, ориентированных взаимно перпендикулярно и закрепленных на соответствующих стержнях симметрично относительно центра корпуса, инерционную массу [1]
Целью изобретения является уменьшение искажений частотной характеристики и уменьшение разности фаз между каналами векторного приемника в рабочем диапазоне частот.

Поставленная цель достигается тем, что инерционная масса выполнена из шести идентичных частей, а корпус имеет полости в виде стаканов, причем в каждом из полостей корпуса размещены соосно закрепленные продольно сцентрированные пьезоблок и часть инерционной массы, внешняя поверхность которой расположена с зазором относительно стенки полости корпуса. Кроме того, каждый пьезоблок и часть инерционной массы закреплены на стержне фиксатором последовательно через разжимную шайбу и пружину.

На фиг.1 представлен чувствительный элемент одного из каналов векторного приемника; на фиг.2 пример выполнения разжимной шайбы и пружины; на фиг.3 - электрическая схема соединения пьезоэлементов.

Гидроакустический векторный приемник содержит стакан 1, внутри которого по его продольной оси закреплен стержень 2. На этом стержне соосно расположены пьезоблок 3 и инерционная масса 4, которые закреплены фиксатором 5 через пружину 6 и разжимную шайбу 7.

Закрепление инерционной массы осуществляется таким образом, чтобы она не контактировала со стаканом по продольным образующим.

Пример выполнения разжимной шайбы 7 и пружины 6 приведен на фиг.2. В качестве фиксатора может быть использована специальная гайка, у которой нижняя часть внешней стороны по образующим срезана на конус.

Работает гидроакустический векторный приемник следующим образом.

Представленное устройство является приемником с колеблющимся корпусом. Модель такого приемника может быть представлена в виде жесткой сферы, удерживающейся в пространстве с помощью мягкой подвески с некоторой упругостью. Внутри сферы расположены датчики-регистраторы колебаний сферы с массой m.

Как правило, на практике собственные частоты подвески корпуса векторного приемника и собственная частота колебаний датчика существенно различаются и коэффициент связанности парциональных систем σ много меньше единицы. Это означает, что колебательные системы "приемник-подвеска" и "датчик" могут с большой точностью рассматриваться как независимые. Учитывая это, в предлагаемом гидроакустическом векторном приемнике рассматривается только колебательная система, связанная с датчиком-регистратором.

Выходной сигнал векторного приемника формируется за счет колебаний корпуса приемника как единого целого на гибких связях под действием градиента давления в звуковом поле. Под действием возникающих сил инерции происходит деформация (или перемещение) чувствительного элемента датчика-регистратора. Датчик-регистратор должен обладать только одной степенью свободы колебаний. За счет этого выходной сигнал приемника приобретает полярные свойства и описывается функцией cosΦ при горизонтальной ориентации осей свободного перемещения преобразователей или cosν при вертикальной ориентации оси канала.

Как было отмечено выше, существенным в данном устройстве является придание датчику-регистратору одной степени свободы колебаний. В предложенном устройстве это достигается тем, что внешний диаметр гайки 5, которая служит фиксатором, выбирается меньше диаметра внутреннего отверстия пружины 6, но больше диаметра внутреннего осевого отверстия разжимной шайбы 7. Такое соотношение размеров отверстий и диаметра фиксатора приводит к тому, что при наворачивании фиксатора 5 на стержень 2 фиксатор упирается в пружину 6, сдавливает и, кроме того, распирает в поперечном направлении разжимную шайбу 7. При этом фиксировании инерционной массы 4 с пьезоблоком 3 в стакане получается механическая колебательная система с одной степенью свободы колебаний в продольном направлении и одним собственным резонансом. При этом собственная частота колебаний этой системы находится за пределами рабочего частотного диапазона гидроакустического векторного приемника.

Использование: гидроакустические измерения. Сущность изобретения: векторный приемник содержит корпус сферической формы с полостями в виде стаканов, стержни, три пары пьезоблоков, ориентированных взаимно перпендикулярно и закрепленных на соответствующих стержнях симметрично относительно центра корпуса, инерционную массу из шести идентичных частей. В каждой из полостей корпуса размещены соосно закрепленные продольно сцентрированные пьезоблок и части инерционной массы, внешняя поверхность которой расположена с зазором относительно стенки полости корпуса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гидроакустический векторный приемник, содержащий корпус сферической формы, стержни, три пары пьезоблоков, ориентированных взаимно перпендикулярно и закрепленных на соответствующих стержнях симметрично относительно центра корпуса, инерционную массу, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искажений частотной характеристики и уменьшения разности фаз между каналами векторного приемника, инерционная масса выполнена из шести идентичных частей, а корпус имеет полости в виде стаканов, причем в каждой из полостей корпуса размещены соосно закрепленные продольно сцентрированные пьезоблок и часть инерционной массы, внешняя поверхность которой расположена с зазором относительно стенки полости корпуса. 2. Приемник по п.1, отличающийся тем, что каждый пьезоблок и часть инерционной массы закреплены на соответствующем стержне фиксатором последовательно через разжимную шайбу и пружину.