ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК G01V1/40 H01L41/08 

Изобретение относится к геофизической скважинной аппаратуре и аппаратуре для физического воздействия на пласты, может быть использовано в геологоразведке, нефтяной, газовой горной и других отраслях промышленности для интенсификации добычи полезных ископаемых.

Известны пьезопреобразователи, в которых используются гибкие вставки для понижения резонансной частоты колебательной системы при заданных размерах (Акустические преобразователи. Под.ред. Свердлина А. Б-ка инженера-акустика. М.: Судостроение, 1982, с. 144).

Недостаток таких устройств - недостаточная надежность преобразователя.

Известен также принятый заявителем за прототип пьезопреобразователь, содержащий пьезопакет из продольно-поляризованных электрически соединенных параллельно пьезокерамических шайб с накладками толщиной λ/40, армирующий стержневой элемент и стягивающий элемент-гайку (А.С. СССР N 1402991, G 01 V 1/40, 15/06/88. Бюл. N 22)
Недостаток известного устройства - недостаточная надежность и долговечность.

На фиг.1 представлен пьезопреобразователь, на фиг.2 - накладка со скошенной излучающей поверхностью, на фиг.3 - цилиндрический вариант исполнения гибкой вставки (упругости), на фиг.4 - катушечный вариант исполнения гибкой вставки (упругости), на фиг. 5 - размещение канавки на стягивающем элементе-гайке, где 1 - пакеты поляризованных пьезокерамических шайб, 2 - гибкая вставка (упругость), 3 - накладки, 4 - электроизоляционная трубка, 5 - армирующая трубка, 6 - гайка, 7 - защита, 8 - канавка.

Техническая задача состоит в устранении указанных недостатков: повышение надежности и долговечности преобразователя, а также повышение КПД.

В отличие от известного решения в преобразователе соединение пакетов выполнено в виде гибкой вставки-упругости, соединение стержневого элемента и стягивающего элемента выполнено с возможностью регулирования усилия армирования, накладка и вставка-упругость выполнены из материала с волновым сопротивлением и коэффициентом температурного расширения керамики шайб, при этом пьезопреобразователь может быть выполнен, например, из двух пакетов, вставка-упругость может быть в виде цилиндра или катушки, а накладки - в виде цилиндра со скошенной излучающей поверхностью, и упругость выполняются, например, из стали или титана, стягивающий элемент выполняется в виде гайки, снабженной канавкой.

Пьезобразователь состоит из пьезопакета 1 из продольно-поляризованных электрически соединенных параллельно пьезокерамических шайб с накладками 3 толщиной λ/40 (где λ - длина волны в материале накладки), армирующего стержневого элемента 5 и стягивающего элемента (например гайки) 6, обеспечивающего продольные усилия сжатия пьезопреобразователя - усилия армирования. Стягивающий элемент 6 может быть снабжен канавкой 8 для демпфирования колебаний и исключения из колебательной системы армирующей трубки 5, пьезопакеты, например, устройство из двух пакетов, соединены с помощью гибкой вставки-упругости 2 в виде, например, катушки или цилиндра, а накладки 3 - в виде цилиндра со скошенной излучающей поверхностью, чем достигается большая площадь поверхности излучения и частичный поворот направления излучения, соединение стержневого элемента и стягивающего элемента выполнено с возможностью регулирования усилия армирования, упругость и накладки выполнены из материала с волновым сопротивлением и коэффициентом температурного расширения керамики шайб, например из титана или стали.

Устройство работает как пъезопреобразователь, выполненный в виде сборки пьезопакетов. Гибкая вставка-упругость 2, накладки 3, электроизоляционная трубка 4 соединены между собой в единую сборку. Конструкция пьезопреобразователя предусматривает селективный подбор пьезошайб по частоте резонанса и значению импеданса, что позволяет получить низкий импеданс всей сборки, что повышает КПД и надежность преобразователя, последнее обеспечивается также изменением усилия армирования с помощью стягивающих элементов 6. Выполнение гибкой вставки-упругости 2 и накладок 3 из материала с волновым сопротивлением и коэффициентом температурного расширения керамики шайб, например из титана, обеспечивает надежность и долговечность конструкции в связи с тем, что в устройстве в процессе работы не будут возникать деформативные напряжения элементов.

Преобразователь выполняется на общепромышленных элементах, в частности на пьезоэлементах с относительной диэлектрической проницаемостью 1220, коэффициентом электромеханической связи КЗ-1, равным 0,33. Примеры применяемых характеристик пьезомодуля приведены в таблице.

Анализ, проведенный заявителем по известному уровню техники, показал, что предложенное изобретение не противоречит законам естественной природы, обладает новизной и промышленной применимостью, отвечает в отношении совокупности его существенных признаков требованию критерия "изобретательский уровень", так из уровня техники не выявляется влияние предписываемых предложенным изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками - соединение пакетов выполнено в виде гибкой вставки-упругости, соединение стержневого элемента и стягивающего элемента выполнено с возможностью регулирования усилия армирования, накладки и вставка-упругость выполнены из материала с волновым сопротивлением и коэффициентом температурного расширения керамики шайб, на достижение технического результата - повышение надежности, долговечности и КПД; из уровня техники не известен механизм достижения результата, раскрытый в материалах заявки.

Изобретение относится к геофизической скважинной аппаратуре и аппаратуре для физического воздействия на пласты, может быть использовано в геологоразведке, нефтяной, газовой горной и других отраслях промышленности для интенсификации добычи полезных ископаемых. Пьезопреобразователь состоит из пьезопакета из продольно-поляризованных, электрически соединенных параллельно пьезокерамических шайб с накладками толщиной λ/40, где λ - длина волны в материале накладки, армирующего стержневого элемента и стягивающего элемента-гайки, обеспечивающего продольные усилия сжатия пьезопреобразователя - усилия армирования. Пьезопакеты соединены гибкой вставкой-упругости. Соединение стержневого элемента и стягивающего элемента выполнено с возможностью регулирования усилия армирования, вставка-упругость и накладки выполнены из материала с волновым сопротивлением и коэффициентом температурного расширения керамики шайб, например из титана или стали. Преобразователь имеет повышенную надежность и долговечность. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Пьезопреобразователь, содержащий пьезопакет из продольно поляризованных, электрически соединенных параллельно пьезокерамических шайб, с накладками толщиной λ/40, где λ - длина волны в материале накладки, армирующий стержневой элемент и стягивающий элемент, отличающийся тем, что соединение пьезопакетов выполнено в виде гибкой вставки-упругости, соединение стержневого элемента и стягивающего элемента выполнено с возможностью регулирования усилия армирования, накладки и вставка-упругость выполнены из материала с волновым сопротивлением и коэффициентом температурного расширения керамики шайб. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пьезопреобразователь выполнен из двух пьезопакетов, накладки со скошенной излучающей поверхностью и вставки-упругости в виде цилиндра или катушки, накладки и вставка-упругость выполнены из стали и титана.