ГИДРОФОН Российский патент 2010 года по МПК H04R1/44 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в морях и океанах для измерения параметров морских шумов.

Известен гидрофон аналогичного назначения, принятый за прототип, содержащий цилиндрический корпус, с закрепленным в нем соосным трубчатым пьезоэлектрическим элементом, переходные втулки и герметизирующие кольца, при этом один из торцов цилиндрического пьезоэлектрического элемента закрыт заглушкой, а на наружные поверхности цилиндрического корпуса и трубчатого пьезоэлектрического элемента нанесено упругое изоляционное покрытие /Пат. США №4178577, кл. 367-159 (Н04В 13/00), 1979/.

Недостатками прототипа являются влияние отражений принятого акустического сигнала от корпуса на результаты измерений, а также отсутствие экранировки гидрофона от электрических полей, слабая гидроустойчивость гидрофона и отсутствие возможности проверки работоспособности гидрофона в натурных условиях. Данные недостатки снижают надежность работы гидрофона в морских условиях.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение надежности работы гидрофона за счет устранения влияния электрических полей на показания гидрофона, улучшения его диаграммы направленности за счет уменьшения влияния отражений принятого акустического сигнала от корпуса гидрофона, повышения гидроустойчивости гидрофона в морской воде и получения возможности проверки его работоспособности в натурных условиях.

Данный технический результат достигают за счет того, что известный гидрофон, содержащий цилиндрический корпус, с закрепленным в нем соосным трубчатым пьезоэлектрическим элементом, переходные втулки и герметизирующие кольца, при этом один из торцов цилиндрического пьезоэлектрического элемента закрыт заглушкой, а на наружные поверхности цилиндрического корпуса и трубчатого пьезоэлектрического элемента нанесено упругое изоляционное покрытие, дополнительно содержит ножку, соединяющую трубчатый цилиндрический элемент с цилиндрическим полым корпусом через герметизирующие кольца, переходные втулки и монтажную плату, закрепленную в корпусе, с установленным на ней предварительным усилителем и электрическим конденсатором с емкостью, равной электрической емкости пьезоэлектрического элемента, при этом выходы пьезоэлектрического элемента и конденсатора выполнены с возможностью управляемого подключения к входу предварительного усилителя, причем предварительный усилитель и конденсатор установлены на монтажной плате в металлическом экране, а упругое изоляционное покрытие выполнено из двух слоев акустически прозрачного эластичного полиуретанового компаунда, между которыми нанесен металлический слой, электрически соединенный с металлическим экраном предварительного усилителя и конденсатора, при этом отношение длины ножки к диаметру цилиндрического корпуса задается не менее десяти.

Сверху ножки наносится полиуретановый компаунд для придания ей хорошо обтекаемой формы.

Металлический слой может быть выполнен из олово-свинцового сплава.

Гидрофон может дополнительно содержать разъем, установленный на входе предварительного усилителя, соединенный с ним кабель и съемную крышку, закрепленную на втором торце цилиндрического корпуса напротив разъема.

Вся совокупность перечисленных выше признаков изобретения обеспечивает получение технического результата - повышение надежности работы гидрофона во всех случаях, на которые испрашивается объем правовой охраны.

Так улучшение диаграммы направленности гидрофона за счет уменьшения величин отражений акустического сигнала от корпуса гидрофона невозможно без соответствующей экранировки корпуса гидрофона и предварительного усилителя, а также без соответствующей проверки работоспособности гидрофона в натурных условиях.

Таким образом, можно считать, что единство изобретения в материалах заявки соблюдено.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема гидрофона.

Гидрофон содержит цилиндрический полый корпус 1, трубчатый пьезоэлектрический элемент 2, ножку 3, соединяющую пьезоэлектрический элемент 2 с корпусом 1 через диэлектрические втулки 4 и 5.

Имеется также экран 6, защищающий плату 7 предварительного усилителя от влияния электрических полей.

Плата 7 предварительного усилителя фиксируется в корпусе 1 диэлектрической втулкой 8 и втулкой 9, а экран 6 - диэлектрической втулкой 10.

Герметизация гидрофона осуществляется радиальными цилиндрическими кольцами 11, 12.

Снаружи гидрофон залит двойным слоем акустически прозрачного эластичного полиуретанового компаунда 13, 14. Между слоями компаунда наносится тонкий слой 15 из сплава олово-свинец, повышающий гидроустойчивость чувствительного элемента гидрофона и одновременно являющийся электрическим экраном.

Ножка 3 покрыта слоем компаунда таким образом, чтобы ее наружная поверхность носила форму хорошо обтекаемого тела.

Отношение длины ножки 2 к диаметру корпуса 1 выбирается исходя из отсутствия отражений звукового сигнала от элементов корпуса 1. Данная величина отношения (не менее 10) получена экспериментально.

Имеется винт 16, прикрепляющий пьезоэлектрический элемент 2 к ножке 3 через втулку 17 и кольцо 18.

Рядом с платой 7 предварительного усилителя закреплено реле 19. От предварительного усилителя отходят проводники 20, подсоединяемые через соединитель 21 к кабелю 22, закрепляемому в корпусе 1 с помощью втулки 23.

Кабель 22, входящий в состав гидрофона, на втором конце заканчивается разъемом 24, закрепляемым с помощью втулки 25. Для гидроизоляции имеются резиновые кольца 26.

При хранении и транспортировке гидрофона на его хвостовую часть надевается съемная крышка 27.

На плате 7 предварительного усилителя имеется конденсатор по емкости, равный емкости пьезоэлектрического элемента 2, который может подсоединиться к входу усилителя вместо пьезоэлектрического элемента. (Схема предварительного усилителя с эквивалентной нагрузкой в виде конденсатора не приведена).

Гидрофон работает следующим образом.

Устанавливают гидрофон в заданной области натурного водоема.

Гидроакустические шумы, воздействующие на чувствительный элемент гидрофона, не будут отражаться от его корпуса из-за наличия длинной ножки 3 в составе гидрофона. При этом акустический сигнал преобразуется в электрический и усиливается в предварительном усилителе, размещенном на плате 7.

Перед работой и после работы гидрофона с помощью реле 19 к входу предварительного усилителя вместо пьезоэлектрического элемента 2 подсоединяют его эквивалент - конденсатор той же емкости. Это позволяет периодически контролировать целостность и герметичность гидрофона в натурных условиях.

Наличие слоя 15 металлизации позволяет осуществить полную изоляцию экранирующих цепей гидрофона от контакта с водной средой. Тем самым устраняется возможность образования земляных петель, являющихся причиной перекрестных наводок или помехи от силовых кабелей с частотой 50 Гц. А наличие длинной хорошо обтекаемой ножки между пьезоэлектрическим элементом и корпусом позволяет избавиться от мешающих в работе отражений звукового сигнала. Этим достигается поставленный технический результат.

Таким образом, в данном техническом решении появилась возможность проверки работоспособности гидрофона в натурных условиях, что повышает надежность работы гидрофона. Однако результаты по повышению надежности работы гидрофона сведутся к нулю, если в составе гидрофона будут отсутствовать признаки, обеспечивающие электрическую экранировку пьезоэлектрического элемента и предварительного усилителя. На повышение надежности работы гидрофона направлено также повышение гидроустойчивости прибора и устранение отражений звукового сигнала от корпуса.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в морях и океанах для измерения параметров морских шумов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы, повышение гидроустойчивости, улучшение диаграммы направленности и обеспечение возможности проверки работоспособности гидрофона. Гидрофон содержит цилиндрический корпус с закрепленным в нем соосным трубчатым пьезоэлектрическим элементом, на наружные поверхности цилиндрического корпуса и трубчатого пьезоэлектрического элемента нанесено упругое изоляционное покрытие. Дополнительно гидрофон содержит ножку, соединяющую трубчатый цилиндрический элемент с цилиндрическим полым корпусом, и монтажную плату, закрепленную в корпусе, с установленным на ней предварительным усилителем и электрическим конденсатором с емкостью, равной электрической емкости пьезоэлектрического элемента, при этом выходы пьезоэлектрического элемента и конденсатора выполнены с возможностью управляемого подключения ко входу предварительного усилителя, причем предварительный усилитель и конденсатор установлены на монтажной плате в металлическом экране, а упругое изоляционное покрытие выполнено из двух слоев акустически прозрачного эластичного полиуретанового компаунда, между которыми нанесен металлический слой, электрически соединенный с металлическим экраном предварительного усилителя и конденсатора. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гидрофон, содержащий цилиндрический корпус с закрепленным в нем соосным трубчатым пьезоэлектрическим элементом, переходные втулки и герметизирующие кольца, при этом один из торцов цилиндрического пьезоэлектрического элемента закрыт заглушкой, а на наружные поверхности цилиндрического корпуса и трубчатого пьезоэлектрического элемента нанесено упругое изоляционное покрытие, отличающийся тем, что дополнительно содержит ножку, соединяющую трубчатый цилиндрический элемент с цилиндрическим полым корпусом через герметизирующие кольца и переходные втулки и монтажную плату, закрепленную в корпусе, с установленным на ней предварительным усилителем и электрическим конденсатором с емкостью, равной электрической емкости пьезоэлектрического элемента, при этом выходы пьезоэлектрического элемента и конденсатора выполнены с возможностью управляемого подключения ко входу предварительного усилителя, причем предварительный усилитель и конденсатор установлены на монтажной плате в металлическом экране, а упругое изоляционное покрытие выполнено из двух слоев акустически прозрачного эластичного полиуретанового компаунда, между которыми нанесен металлический слой, электрически соединенный с металлическим экраном предварительного усилителя и конденсатора, при этом отношение длины звукопрозрачной ножки к диаметру цилиндрического корпуса задается не менее десяти.

2. Гидрофон по п.1, отличающийся тем, что сверху звукопрозрачной ножки наносится полиуретановый компаунд для придания ей хорошо обтекаемой формы.

3. Гидрофон по п.1, отличающийся тем, что металлический слой выполнен из олово-свинцового сплава.

4. Гидрофон по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит разъем, установленный на выходе предварительного усилителя, соединенный с ним кабелем, и съемную крышку, закрепленную на втором торце цилиндрического корпуса напротив разъема.