Акустический преобразователь Советский патент 1991 года по МПК H04R17/00 B06B1/06 

Изобретение относится к акустическим преобразователям и может быть использовано в геофизическом приборостроении, гидроакустической и другой аппаратуре в геологоразведочной и других отраслях промышленности.

Известен преобразователь по свое- му устройству и назначению аналогичный предлагаемому.

Недостатками известного устройства являются узкая полоса рабочих частот, обусловленная высокой механической добротностью пьезоэлемента, в данном случае цилиндрической формы, а также невозможность получения равномерной частотной характеристики в широком диапазоне частот при излучении (единицы герц - десятки килогерц) .

Цель изобретения - увеличение мощности, расширение полосы рабочих частот и получение равномерной частотной характеристики.

На фиг. 1 и 2 представлен схематически акустический преобразователь; на фиг.З - формы колебаний в различных точках блок-схемы электронного блока и на выходе преобразователя.

Акустический преобразователь устроен следующим образом. В акустически жестком корпусе 1, выполненном из стали или другого акустически жесткого материала, размещен пьезоэлектрический элемент 2 цилиндрической формы (или плоский). Пространство внутри преобразователя заполнено упругой средой - маловязкой жидкостью или газом 3. На тыльной по- вехности корпуса размещены электровывод 4, , два штуцера 5 (один из которых в данном случае находится за другим) и электровывод б. Конструкция преобразователя герметична. Электровыводы внутри преобразователя соединены электрически с обкладками пьезоэлемента 2. Между корпусом 1 и пьезо элементом1 2 выполнен зазор 7, соизмеримый с величиной максимально возможной амплитуды колебаний пьезоэлемента. Зазор 8 выполнен между другой поверхностью пьезоэлемента и наружной поверхностью акустически жесткого сердечника 9. 81ирина этого зазора равна ширине зазора 7. В передней части корпуса размещена мембрана 10, являющаяся звукопрозрачной, которая может быть выполнена из полиуретана, резины, металла, пластмассы и других материалов. Между сердечником 9 и мембраной 10 размещено отверстие 11 для выхода прошедшей через зазоры 7 и 8 упругой среды 3, закачиваемой в преобразо

638803ч

ватель под давлением ц-Р через штуцер 5. Отверстие 11 имеет гидравлическое сопротивление, несколькр больс гаее или равное гидравлическому сопротивлению зазоров 7 и 8 в зависимости от гидростатического давления озвучиваемой среды. Возможен вариант выполнения преобразователя,

10 в котором отверстие 11 и канал или трубопровод в совокупности имеют гидравлическое сопротивление, равное аналогичному сопротивлению зазоров 7 и 8 (вместе взятых). Трубо15- провод или канал соединен со штуце0

5

0

5

0

5

0

5

|ром, к которому подведено разрежение величиной -Р. Мембрана 10 закреплена и загерметизирована с помощью кольца 12. Электродвигатель 13 механически соединен с насосом 14, вход и выход которого соединены соответственно с ресиверами 15 и 16, являющимися накопителями упругой энергии рабочей среды перед подачей на штуцеры преобразователя . Гидравлические сопротивления зазоров 7 и 8 , а также отверстия 11 включены на выходах ресиверов 16 и 15. Выпрямитель образован диодом 17, включенным любой полярностью, и резистором 18. Последний может быть заменен индуктивностью. Первый генератор 19 подключен к одному из входов модулятора 20. Другой вход модулятора подключен к второму генератору. Выход модулятора подключен к усилителю 21 мощности, который может отсутствовать, если мощность модулятора достаточна . для работы преобразователя. Выход усилителя соединен с входом выпрямителя, который может быть выполнен также и по другой схеме.

Акустический преобразователь работает следующим обрзаом.

При работе преобразователя в режиме излучения через него непрерывно прокачивается упругая среда 3 (газ или жидкость) под давлением Р. Направление движения прокачиваемой среды показано на фиг. 1 стрелками из полости I в полость II. Упругая среда может проходить только через отверстия, образованные зазорами 7 и 8 между корпусом 1, пьезоэлемен- том 2 и сердечником 9, а также через отверстие 11. Движение среды

организовано по замкнутому циклу. Гидравлическое сопротивление зазоров 7 и 8 зависит от размеров пьезо- элемента 2, которые изменяются в соответствии с подаваемым на него напряжением. Генератор 19 выдает постоянное по амплитуде и частоте напряжение на вход модулятора 20, на другой вход которого подается излучаемый сигнал напряжением более низкой частоты. Получаемый при этом амплитудно-модулированный сигнал (фиг.За) усиливается по мощности и по амплитуде усилителем 21 и подается затем на выпрямитель 17, 18, вследствие чего образуется сигнал, эпюра которого приведена на фиг.36 Пьезоэлемент 2 работает на толщинном резонансе и при подаче сигнала указанной формы синхронно уменьшает или увеличивает гидравлическое сопротивление зазоров 7 и 8 для прохождения упругой среды. j

При отсутствии излучаемого сигнал толщина пьезоэлемента изменяется по синусоидальному закону, и в системе протекает поток среды 3 с некоторым расходом. Мембрана 10 находится при этом в выпуклом положении, так как количество среды, входящей и выходящей, из штуцеров, не одинаково. Аку- тическое давление р на выходе преобразователя равно нулю. При подаче на вход модулятора 20 сигналов низкой частоты происходит модуляция сигналов высокой частоты с последующим усилием и выпрямлением и средний расход среды через преобразователь осуществляется по огибающей сигналов высокой частоты. При этом, когда зазоры 7 и 8 уменьшаются, что происходит при увеличении толщины стенки пьезоэлемента 2, расход уменьшается ,и под действием статического давления среды, окружающей акустический преобразователь, разрежения, создаваемого насосом 14 (-Р), мембрана 10 прогибается внутрь корпуса 1, вызывая при этом волну разрежения в озвучиваемом пространстве. Величина прогиба мембраны тем больше чем продолжительней уменьшается рас

6

7 и 8,

при из- При ежаход через зазоры / и о, т.е. лучении более низких частот, тии пьезоэлемента 2 величина зазоров 7 и 8 увеличивается расход среды через них возрастает, а выход прошедшей среды через отверстие 11 ограничен его гидравлическим (пневмати- гческим) сопротивлением. Это приводит ТО к накоплению среды в полости II и

выгибанию мембраны во внешнее пространство также созданию волны сжатия.Закон образованных волн соответствует закону огибающей высокой частоты в 15 широком диапазоне частот, поскольку отсутствуют какие-либо резонансные явления в элементах 19-21, а также 17, 18. Пьезоэлемент 2 работает на резонансе и в наиболее выгодном 20 энергетическом режиме. Частотная характеристика преобразователя при этом становится равномерной в ши-

N

роком диапазоне частот. 25 фор мула, изобретения

Акустический преобразователь, содержащий корпус со штуцерами и размещенным внутри него льезоэлементом,

30 расстояние от которого до корпуса не меньше амплитуды колебаний излучающей поверхности пьезоэлемента, отли чаюшийся тем, что, с целью увеличения мощности, расшире-

35 ния полосы рабочих частот и повышения равномерности частотной характеристики, в него введены выпрямитель, модулятор, первый и второй генераторы, мембрана, насос с реси40 вером давления и разрежения, электродвигатель и цилиндрический сплошной сердечник, причем пьезо- элемент выполнен в виде полого цилиндра и соединен через выпрямитель

45 с модулятором, к входам которого подключены первый и второй генераторы, внутри пьезоэлемента соосно с ним установлен сердечник, параллельно которому в корпусе, выполненном

50 акустически жестким, закреплена мембрана, в корпусе между мембраной и сердечником выполнены отверстия, соединенные со штуцерами насоса, соединенного с электродвигателем.

$у

л

4

«О с

Изобретение относится к акустическим преобразователям и может быть использовано в геофизическом приборостроении, гидроакустической, и другой аппаратуре в геологоразведочной и других отраслях промышленности. Акустический преобразователь содержит корпус с мембраной с размещенными в нем пьезоэлементами и жидкостью, уплотнения и электровыводы и отличается тем, что, с целью расширения полосы рабочих частот и получения равномерной частотной характеристику он снабжен электронным блоком, состоящим из выпрямителя, высокочастотных усилителя мощности, модулятора и генератора, источника излучаемой частоты, акустически жестким экраном, выполненным в виде сердечника, размещенным между пьезоэлементом, одна из сторон которого обращена к сердечнику, а другая - к корпусу, который выполнен акустически жестким и с входным и выходным штуцерами, при этом между, пьезоэлементом, корпусом и сердечником выполнены зазоры для прохода жидкости или газа, величина которых соизмерима с величиной смещения активной поверхности ntезоэлементз, обращенной к поверхности корпуса и сердечника, а также насосом с ресивером давления и разрежения, который подсоединен к электродвигателю, один из штуцеров соединен с выходом насоса, а другой - с входом для перепуска жидкости через зазоры в направлении мембраны, вблизи которой выполнено отверстие, гидравлическое сопротивление которого больше или равно гидравлическому сопротивлению зазоров между пьезоэле- ментами, корпусом и сердечником, соединенное через выполненный в корпусе канал со штуцером, электроды пьеэо- элемента соединены с выходом выпрямителя , причем вход последнего соединен с выходом усилителя мощности сигналов высокой частоты, на которую настроен пьезоэлемент, при этом вход усилителя соединен с выходом модулятора, входы которого соединены с выходами генератора высокой частоты и источника излучаемой частоты. 3 ил. а 8 с& со 00 00 о Од

if,,f,

L

Фиг.2

a

/

nflflfl

Innfl

1Пп