Преобразователь звуковых волн с компенсацией изменений гидростатического давления Советский патент 1979 года по МПК H04R17/00 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗВУКОВЫХ ВОЛН С КОМПЕНСАЦИЕЙ ИЗМЕНЕНИЙ ГИДРСХ:ТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ кольцевыми уплотнениями, соединен с внешней средой каналом и клапаном. На фиг. 1 изображен преобразователь, разрез; на фиг. 2 - разрез средств регулирования в равновесии, когда перепад давлений; действующих на подвижный элемент, равен нулю; на фиг. 3 - то же,, когда давление, прикладываемое к подвижному элементу внешней средой, превышает давление в части внутренней полости, сообщающейся со второй стороной чувствительного элемента; на фиг. 4 - то же, когда давление, прикладьтаемое к подвижному элементу внешней средой, меньше давления в Части полости, сообщающейся со второй стороной чувствительного элемента; на фиг. 5 - част;ь средств регулирования для случая, когда источник сжатого рабочего teлa находится вне корпуса преобразователя. Преобразователь содержит вытянутый жесткий корпус 1 с центральной цилиндрической п лостью. Эта полость включает первую камеру 2, открытую на одном из торцов 3 корпуса и продолженную внутрь второй камерой 4, диаметр. которой меньше диаметра первой камер Вторая камера сообщается с узким каналом 5 выходящим на другой торец 6 корпуса 1. В торце 6 вьшолнена кольцевая полость 7, ограничивающая цилиндрическую опорную поверхность 8, на конце которой имеется заплечик, несущий чувствительный узел. Последний содержит первый электрод 9, представляющий собой, например, тонкую гибкую круговую пластину 10 с кольцевым буртиков И, внутренний диаметр которого близок к диаметру заплечика опорной поверхности 8. Уплотнение 12 обеспечивает герметичность при насаживании первого электрода на заплечик опорной поверхности 8. Пространство между пластиной 10 и поверхностью 8 сообщается с каналом 5 Чувствительный элемент 13, представляюадай собой например, диск из пьезоэлектрического материала, закреплен на пластине 10, например при помощи клея. Противоположная поверхность чувствительного элемента связана со вторым электродом 14, представляющим собой, например, слой металлизации. вывода 15 и 16 вставлены в радиальные гнезда, выполненные в корпусе 1 вблизи торца 6 и прохоШпцие через кольцевую полость 7. Уплотнения 17 и 18, установленные в гнездах вокруг выводов 15 и 16, обеспечивают герметичность между кольцевой полостью 7 и пространством вокруг корпуса 1. Два электрода 9 и 14 чувствительного элемента связаны гфоводниками 19 и 20 соотйет ственно с вьшодами 15 и 16 внутри кольцевой полости. Герметичные разъемы и кабели (не показаны) обеспечивают электрическое соединение между выводами 15 и 16 и устройством обработки. Высота боковой стенки кольцевой полости 7 больше высоты цилиндрической опорной поверхности 8. Эластичная мембрана 21 , например, из резины закрывает кольцевую полость 7. Она плотно фиксируется стопорным кольцом 22, расположенным на наружной стенке корпуса. Камера, образованная кольцевой полостью, закрытой первым электродом 9 и мембраной 21, заполнена несжимаемым маслом, позволяющим передавать чувствительному элементу изменения jD aвлeния внеигаей среды. Внутри камеры 4 расположен цилиндрический регулировочный элемент 23, диаметр которого несколько меньше диаметра камеры. Резьбовая пробка 24 герметично отделяет первую камеру 3 от второй. Две противодействующие пружины 25 и 26, упирающиеся с одной стороны в стенку пробки 24 и стенку полости, через которую проходит канал 5, а с другой стороны - в торцы элемента 23, удерживают последний в определенном состоянии равновесия. Четыре уплотнения 27-30, связанные с регулировочным элементом 23 и расположенные между ним и внутренней стенкой второй камеры, разделяют эту камеру на пять отсеков. Один из них, ограниченный уплотнением 27 и содержащий пружину 25, постоянно сообщается по каналу 31 с внешней средой. На другом конце полости уплотнение 30 ограничивает второй отсек, содержащий пружину 26, в который вьисодит канал 5. Когда перепад давлений Р между внешней средой и вторым отсеком равен нулю или не превышает определенную величину, третий отсек, ограниченный уплотнением 27 и 28, сообщается по каналу 32 с первой камерой 2, изолированной от внешней среды резьбовой пробкой 33. Через последнюю проходит инжекционная трубка 34, позволяющая подавать в первую камеру рабочее тело дод давлением, превышающим максимальное давление которое может создавать внешняя среда в рабочем диапазоне глубин. Аналогичным образом четвертый отсек, ограниченный уплотнениями 28 и 29, сообщается по каналу 35 со вторым отсеком, а два уплотнения 29 и 30 ограничивают пятый отсек, который может сообщаться с внешней средой по каналу 36. В канале 36 установлен обратный клапан 37, Он открывается только тогда, когда разница между внутренним и внеилшм давлениями положительна. Экспериментальным путем установлено, что чувствительность чувствительного узла остается очень выЬокой при изменении перепада давлеНИИ между двумя поверхностями несущего электрода 9 в диапазоне 10 бар отногительно давления равновесия. Большой допуск .чувствительного узла на перепады давлений позволяет регулировать пре образователь таким образом, чтобы установка давления бьша необходима только при измене НИ5СХ давления, превышающих некоторую поро говую величину. Таким образом избегают частых регулировок и связанных с ними биений при изменениях или флуктуациях давления внешней среды. Пороговая величина изменений давления определяется экспериментально путем изменения трения уплотнений, связанных с элементом 23, о внутреннюю стенку первой камеры. Элемент 23 может перемещаться только тогда, когда сила, соответствующая перепаду давлений ДР, превышает силы трения. Регулировка осуществляется таким образом, чтобы регулировочный элемент перемещался только при перепаде давлений ДР в несколько бар. Когда перепад давлений АР ниже пороговой величины, регулировочный элемент находится в положении равновесия (см. фиг. 2). Если давление внешней средьг повышается и перепад давлений АР превосходит пороговую величину (см. фиг. 3), то регулировочный элемент перемещается в направлении торца полости, сообщающегося с каналом 5, сжимая пруж ну 26. Положение уплотнения 28 и длина канала 35 выбирается таким образом, чтобы при этом устанавливалось сообщение между вторым и ;третьим отсеками. Задняя сторона несущего электрода чувствительного элемента начинает сообщаться с первой камерой, содержащей рабочее тело под давлением. Давление прик тадьшается к задней поверхности и отталкивает регулировочный элемент до положения равновесия, соответствующего значению АР ниже пороговой величины. Если давление внешней среды падает и пере пад давлений AFj начинает превьпиать пороговую величину с обратным знаком, то регулировочный элемент перемещается в сторону резьбовой пробки 24, сжимая пружину 25. Огводящий канал 36 расположен таким образом, что при этом он сообщается со вторым отсеком, в который выходит канал 5. Посколь ку давление во втором отсеке превышает давление окружающей Ч)еды, обратный клапан 36. открывается, н рабочее тело выбрасывается наружу до тех пор, пока за счет движения элемента 23 четвертый отсек, ограниченный уплотнениями 28 и 29, не окажется напротив канала 36. При постепенном нагружетш устройства в воду оно проходит несколько ступеней давления, из которых перепад давлений превышает пороговую величину и быстро возвращается к значению, обеспечивающему нормальную работу чувствительного элемента. То же самое имеет место при постепенном подъеме устройства на поверхность. Канал 32 сообщается с.первой камерой полости, заполне1шой рабочим телом под давлением. Можно изменить преобразователь таким образом, как показано на фиг. 5. В этом случае внутренняя полость содержит только одну камеру 4, закрытую резьбовой пробкой 24 с уплотнениями. Канал 32 связан герметичным соединительным элементом 38 с трубопроводом 39, Сообщающимся: с резервуаром рабочего тела под давлением. Этот резервуар находится на поверхности, когда преобразователь лспользуется в качестве гидрофона. Формула изобретения Преобразователь звуковых волн с компенсацией изменений гидростатического давления, содержащий чувствительный пьезоэлемент, установленный на электроде-держателе, расположенном в торцовой части жесткого корпуса, отделенный от внешней среды звукопроницаемой мембраной и сообщающийся с внутренней полостью корпуса каналом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения компенсацни изменений гидростатического давления в широком диапазоне глубин, преобразователь снабжен цилиндрической камерой, заполненной газом под давлением, превьпцающим давление внешней среды, и сообщающейся с внутренней полостью корпуса каналом, регулировочным элементом, установленным во внутренней полости с возможностью перемещения н вьшолненным в виде и пружин, размещенных между торцами цилиндра и торцовыми стенками внутренней полости, причем цилиндр снабжен размещенными на его боковой поверхж сти кольцевыми уплотнениями, образующими с боковой стенкой внутренней полости герметичные отсеки, при этом один из отсеков, образованный торцовой стенкой внутренней полости и ближайшим к торцу цилиндра уплотнением, соединен каналом с внешней средой, а другой - с одним из отсеков образованным кольцевыми уплотнениями,при этом третий отсек,образованный кольцевымн уплотнеШ1ями,соединен с внешней средой каналом и обратным клапаном. Источники ииформации, принятые во внимагае при экспертизе 1.Заявка Фращии f 2215008, кл. Н 04 R 17/00,1 опубл.1974, 2.Патент Франднк N 1556971, кл. G 01 Z, опубд. 1969.