ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 2009 года по МПК G01S7/52 

Изобретение относится к области гидроакустики и военно-морской техники и может быть использовано в электроакустических станциях поисковых систем, например в антенных устройствах систем самонаведения противолодочных торпед.

Известны широкополосные преобразователи, содержащие активную пьезокерамическую сборку, пассивные переднюю и тыльную массы, элемент армирования и переходные (согласующие) элементы связи, размещенные между пьезокерамической секцией и пассивными массами, обеспечивающие двугорбую резонансную характеристику преобразователя (патент США №3.860.901, кл. 340/10, 1975).

Известны ультразвуковые преобразователи, содержащие активные пьезокерамические элементы, расположенные между пассивными накладками, средства армирования и средства согласования со средой с использованием четвертьволновых переходных слоев, размещенных между основной полуволновой колебательной системой и рабочей средой, например, в виде металлической перфорированной накладки (патент США №3.370.186, кл. 310-8.2, 1968).

Практическая реализация таких преобразователей затруднена вследствие ограниченности технологичных и серийно пригодных материалов для согласующих систем, обеспечивающих заданное акустическое сопротивление, а их частотные характеристики весьма критичны к разбросу параметров элементов колебательной системы преобразователя и требуют большой стабильности параметров и размеров элементов для обеспечения оптимальной с точки зрения широкополосного согласования характеристики с заданной неравномерностью (с двумя симметричными максимумами и провалом на средней частоте до заданного уровня).

Кроме того, в конструкциях широкополосных преобразователей, армированных единым болтовым соединением, проявляется влияние армирующего элемента (его собственный резонанс) в виде резкого узкополосного выброса, что приводит к искажению частотной характеристики и уменьшению полосы пропускания (см. Д.Б.Дианов. Известия ЛЭТИ. Сборник научных трудов, 1983, вып.325, с.23-32).

Целью настоящего изобретения является обеспечение заданной неравномерности частотной характеристики преобразователя в рабочем диапазоне частот и возможности ее регулировки.

Поставленная цель достигается тем, что согласующая система выполнена пьезоактивной из набора пьезокерамических элементов, расположенных между основной колебательной системой, образованной активной пьезокерамической секцией с пассивными тыльной и переходной накладками и излучающей накладкой, и подключенных электрически частично или полностью к элементам пьезокерамической секции. При этом подключение пьезокерамических элементов согласующей системы к пьезокерамическим элементам основной колебательной системы подчеркивает первый (низкочастотный) максимум в то время, как их отключение приводит к снижению первого и подчеркивает второй (высокочастотный) максимум и, таким образом, обеспечивается заданная неравномерность и возможность регулировки (настройки) характеристик преобразователя без использования дополнительных активно-реактивных электрических цепей.

Другим отличительным признаком предлагаемого преобразователя является применение раздельного элемента армирования для пьезокерамических секций и согласующих систем, что позволяет исключить узкополосный собственный резонанс единого элемента армирования из рабочей полосы частот и тем самым обеспечить требуемые характеристики без искажений с заданной неравномерностью. Наличие этих признаков, обеспечивающих достижение положительного эффекта и поставленной цели, существенно отличает предлагаемый преобразователь от прототипа и известных аналогов, что подтверждает новизну изобретения.

Кроме того, наличие в преобразователе раздельного армирования дает возможность осуществить предварительную настройку согласующей пьезокерамической системы на удвоенную частоту основной колебательной системы, для чего согласующая система предварительно склеивается с излучающей накладкой, образуя отдельный блок, и путем последовательного подключения ее пьезоэлементов, начиная с пьезоэлемента, контактирующего с излучающей накладкой, настраивается в требуемый резонанс (на удвоенную частоту основной колебательной системы), после чего настроенный блок жестко соединяется с основной колебательной системой раздельным элементом армирования.

На фиг.1 изображена конструкция предлагаемого преобразователя. Электрическая схема включения представлена на фиг.2.

Широкополосный преобразователь содержит основную колебательную систему, состоящую из активной пьезокерамической секции 1, пассивных тыльной 2 и переходной 3 накладок, армирующей стяжки 4, согласующую активную систему 5, расположенную между излучающей накладкой 6 и основной колебательной системой и состоящую из секционированного блока пьезокерамических элементов.

Согласующая активная система 5 жестко соединена с основной колебательной системой раздельным с армирующей стяжкой 4 элементом армирования 7. Электрические выводы 8-8 пьезокерамического блока согласующей системы 5 подключены электрически параллельно выводам 9-9 основной пьезокерамической секции 2 (см. фиг.2). Поскольку соседние пьезоэлементы согласующей системы 5 и основной активной секции 2 составлены друг с другом с попарно встречной поляризацией, как показано на электрической схеме, то при их параллельном соединении достигается синфазная работа основной и согласующей колебательных систем, и происходит усиление колебаний на нижнем частотном максимуме двугорбой резонансной характеристики преобразователя.

Другим примером исполнения может служить частичное подключение группы пьезоэлементов согласующего блока 5 к выводам основной секции 2 или ее части. При этом электроды остальных пьезоэлементов блока замыкаются "+" на "-" либо остаются в режиме холостого хода, и тем самым осуществляется пассивный режим их использования, при котором происходит усиление колебаний на верхнем частотном максимуме характеристики преобразователя. Таким образом осуществляется электромеханическая регулировка частотной характеристики широкополосного преобразователя в сборе и достигается заданная неравномерность.

Использование активной согласующей системы с электрическим подключением к основной колебательной системе существенно отличает предлагаемый широкополосный преобразователь от известных, поскольку позволяет без дополнительных электрических активно-реактивных элементов, наличие которых снижает надежность многоэлементных антенных устройств, и малоэффективных в таких преобразователях и без трудоемких технологических операций подрезки осуществить регулировку (подстройку) амплитудно-частотных характеристик сложной электромеханической колебательной системы преобразователя.

В результате такой регулировки будет снижена неравномерность частотной характеристики преобразователя в сборе и расширена область его рабочих частот.

Наличие активной согласующей системы с раздельным армированием позволяет производить ее предварительную настройку с основной колебательной системой преобразователя и тем самым компенсирует технологический разброс параметров системы. Таким образом, упрощается сборка и обеспечивается регулировка широкополосного преобразователя.

Широкополосный преобразователь содержит активный элемент, выполненный из набора пьезоэлементов, пассивные тыльную и излучающую накладки, элемент армирования и согласующий элемент. Согласующий элемент выполнен также активным из набора пьезоэлементов, а активный элемент снабжен переходной накладкой. Согласующий элемент расположен между переходной и излучающей накладками и электрически подключен к активному элементу. Элемент армирования выполнен раздельным для активного и согласующего элементов. Технический результат - обеспечение заданной неравномерности частотной характеристики преобразователя в рабочем диапазоне частот и возможности ее регулировки. 2 ил.

Широкополосный преобразователь, содержащий активный элемент, выполненный из набора пьезоэлементов, пассивные тыльную и излучающую накладки, элемент армирования и согласующий элемент, отличающийся тем, что, с целью обеспечения заданной неравномерности частотной характеристики преобразователя в рабочем диапазоне частот и возможности ее регулировки, согласующий элемент выполнен также активным из набора пьезоэлементов, а активный элемент снабжен переходной накладкой, при этом согласующий элемент расположен между переходной и излучающей накладками и электрически подключен к активному элементу, а элемент армирования выполнен раздельным для активного к согласующего элементов.