ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 2009 года по МПК G01S7/52 

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано при проектировании гидроакустических преобразователей.

В настоящее время для создания направленного действия цилиндрического излучателя часть поверхности преобразователя экранируют материалом с малым волновым сопротивлением.

Однако волновые свойства отражателей существенно ухудшаются под воздействием гидростатического давления, начиная с глубин 400÷600 м. Создание глубоководных отражателей встречает пока принципиальные трудности.

Известен также цилиндрический преобразователь, имеющий направленное действие без экрана. Он состоит из двух пьезокерамических колец, расположенных одно над другим. Кольца состоят из разных составов пьезокерамики и работают на разных модах колебаний (пульсирующей и осциллирующей). Эффект направленности достигается сложением звуковых полей в переднем полупространстве. Такой преобразователь обладает рядом конструктивно-технологических недостатков. Например, из-за необходимости изготовления пульсирующего и осциллирующего колец одного диаметра на одну рабочую частоту приходится изготавливать эти кольца из пьезокерамики разных составов; обеспечение заданной фазочастотной характеристики осуществляется путем подгонки толщин стыкуемых колец. Эти особенности делают конструкцию практически трудно выполнимой, и она пока не нашла применения в изготовлении направленных излучателей.

Предлагается направленный цилиндрический пьезокерамический преобразователь более простой конструкции, свободной от вышеуказанных недостатков. Предлагаемый преобразователь выполнен в виде одного или нескольких одинаковых соосных секционированных пьезокерамических колец переменной толщины по окружности. Необходимое изменение толщины предлагается достигнуть, например, за счет взаимного смещения центров наружной и внутренней поверхностей кольца при его шлифовании. Кольца склеиваются из пьезокерамических призм с нанесенными на их боковые поверхности электродами, соединенными электрически параллельно. Возбуждение механических колебаний осуществляется путем подачи на электроды кольца переменного электрического напряжения на частоте, близкой или равной частоте пульсирующих колебаний кольца.

Перечень чертежей

На фиг.1 показана схема активного элемента.

На фиг.2 приведены результаты экспериментальных данных: распределение скорости колебаний по окружности кольца, имеющего относительный эксцентриситет μ=0,5.

(, где: l - расстояние между центрами внутренней и наружной окружностями,

h_ср - полусумма максимальной и минимальной толщин кольца).

При возбуждении механических колебаний в пульсирующем разнотолщинном кольце будет иметь место распределение скорости колебаний по окружности кольца. Математический анализ колебаний такой системы в воздухе и эксперимент (фиг.2) показывают, что в первом приближении скорость колебаний в данной точке кольца можно считать обратно пропорциональной толщине кольца в этой точке окружности. Как видно из чертежа, в воздухе удается получить почти трехкратное превышение скорости в тонкой части кольца по сравнению с толстой его частью. Эти данные и замеренная характеристика направленности в воде на преобразовате с этим активным элементом показывают возможность использования такого преобразователя без экрана.

Гидроакустический цилиндрический преобразователь содержит одно или несколько пьезокерамических колец. В преобразователе пьезокерамический цилиндр выполнен переменной толщины по окружности, при этом оси наружной и внутренней цилиндрических поверхностей смещены друг относительно друга. Технический результат - обеспечение направленного излучения на любой глубине при упрощении конструкции. 2 ил.

Гидроакустический цилиндрический преобразователь, содержащий одно или несколько пьезокерамических колец, отличающийся тем, что, с целью обеспечения направленного излучения на любой глубине при упрощении конструкции, в нем пьезокерамический цилиндр выполнен переменной толщины по окружности, при этом оси наружной и внутренней цилиндрических поверхностей смещены друг относительно друга.