ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 2008 года по МПК G01S7/52 

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано в антеннах комплексов гидроакустического вооружения подводных лодок и надводных кораблей ПЛО.

Известен гидроакустический преобразователь с цилиндрическим активным элементом, внутренняя полость которого заполнена жидкостью, а в последней размещен второй активный элемент.

Использование таких преобразователей позволяет обеспечить прием и излучение одним преобразователем без коммутирующих устройств, что является преимуществом по сравнению с одноэлементными преобразователями.

Недостатками двухэлементных преобразователей являются:

- усложнение конструкции, сильно выраженная неравномерность частотной характеристики чувствительности в рабочем диапазоне частот;

- снижение эффективности в режимах излучения и приема за счет взаимного влияния двух активных элементов, а также влияния заполняющей жидкости, необходимость введения специальных экранов, обеспечивающих однонаправленность преобразователя при работе как в режиме излучения, так и в режиме приема.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции преобразователя, обеспечение равномерности частотной характеристики в режиме приема в широком диапазоне частот, повышение эффективности в режимах излучения и приема, а также обеспечение однонаправленности в режиме приема без использования специального наружного экрана.

Поставленная цель достигается тем, что наружный цилиндр выполнен в виде эластичной оболочки, в толще которой размещены отдельные пьезоэлементы, имеющие размеры не более 1/5 радиуса цилиндра и электрически соединенные между собой.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом (фиг.1), на котором дано схематическое изображение преобразователя.

Преобразователь состоит из цилиндрического активного элемента 1, например, секционированного пьезокерамического кольца, пьезоэлементов малого размера 2, например, цилиндрических керамических пьезоэлементов с торцевыми крышками, и эластичной оболочки 3, выполненной, например, из компаунда.

Оболочка 3 с размещенными в ней пьезоэлементами 2 изготовляется методом заливки. Соединение оболочки с цилиндрическим элементом 1 может быть произведено, в частности, в процессе заливки, для чего активный элемент 1 помещается в заливочную форму. Пьезоэлементы 2 соединяются между собой электрически, причем монтажные провода находятся внутри оболочки. Таким образом обеспечивается гидроизоляция, электроизоляция, а также механическая фиксация пьезоэлементов и соединительных проводов. Конструкционным несущим элементом для оболочки 2 является активный цилиндр 1. Все это существенно упрощает конструкцию преобразователя по сравнению с прототипом.

Предлагаемый преобразователь может работать как в режиме приема, так и в режиме излучения.

При работе в режиме излучения, который обеспечивается внутренним цилиндром, оболочка 2 практически не снижает эффективность.

Как показали наши измерения, в диапазоне частот 200 Гц-10 кГц прозрачность оболочки была не менее 0,95 при коэффициенте заполнения активными элементами (по площади) 0,4÷0,5.

Режим приема может обеспечиваться как внутренним цилиндром (в области частот, лежащих ниже основной частоты радиальных колебаний цилиндра), так и пьезоэлементами, размещенными в наружной эластичной оболочке (в широкой полосе частот).

Существенное расширение полосы частот достигается за счет того, что пьезоэлементы имеют малые размеры по сравнению с длиной волны в воде на верхней границе частотного диапазона или (что то же самое) - по сравнению с радиусом цилиндра. Равномерная частотная характеристика чувствительности обеспечивается наличием акустической развязки пьезоэлементов друг от друга и от цилиндра 1, а также сравнительно низкой механической добротностью цилиндра, нагруженного на оболочку 2 и на воду. Эффект развязки достигается за счет свойств эластичного компаунда.

Предложенный преобразователь имеет более высокую, по сравнению с прототипом, эффективность как в режиме приема, так и в режиме излучения.

Это обусловлено, во-первых, отсутствием необходимости заполнения внутренней полости активного элемента жидкостью, и во-вторых, существенно более высокой прозрачностью наружной оболочки с пьезоэлементами, и притом в более широком частотном диапазоне, чем у прототипа.

При равномерном распределении пьезоэлементов по периметру наружной оболочки и отсутствии экранов предлагаемый преобразователь является ненаправленным.

Для обеспечения однонаправленности в режиме приема пьезоэлементы в оболочке размещаются неравномерно, например могут быть сосредоточены в секторе 90°. При этом внутренний пьезокерамический цилиндр играет роль экрана и обеспечивает однонаправленность в режиме приема для наружных пьезоэлементов.

Однонаправленность в режиме излучения в случае необходимости обеспечивается тем, что тыльная часть эластичной оболочки не содержит пьезоэлементов, но содержит включения из материала, обладающего экранирующими свойствами, например из пенопласта.

Лабораторный образец предлагаемого преобразователя был изготовлен из секционированного пьезокерамического цилиндра диаметром около 35 см и цилиндрических пьезоэлементов диаметром 17 им и высотой 27 мм. Эластичная оболочка была выполнена из компаунда.

Пьезоэлементы были ориентированы вдоль образующей внутреннего цилиндра.

Измерения показали, что наличие эластичной оболочки с пьезоэлементами практически не снижает эффективность преобразователя в режиме излучения.

Частотная характеристика чувствительности в режиме приема показана на фиг.2.

Как видно из фиг.2, в широкой полосе частот (от 200 Гц до 9 кГц), включая область собственной частоты реальных колебаний внутреннего цилиндра, неравномерность частотной характеристики чувствительности не превышает ±3 дБ.

Приведенные результаты измерений подтверждают существенные преимущества предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипом.

Гидроакустический преобразователь содержит два коаксиально расположенных цилиндрических активных элемента, в наружном из которых размещены отдельные пьезоэлементы. Наружный и внутренний цилиндрические активные элементы жестко соединены между собой. Технический результат - повышение равномерности частотной характеристики в режиме приема и повышение эффективности в режиме излучения. 2 ил.

Гидроакустический преобразователь, содержащий два коаксиально расположенных цилиндрических активных элемента, в наружном из которых размещены отдельные пьезоэлементы, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности частотной характеристики в режиме приема и повышения эффективности в режиме излучения, в нем наружный и внутренний цилиндрические активные элементы жестко соединены между собой.