Электроакустический преобразователь

 

Изобретение относится к гидроакустике. Цель изобретения - повышение мощности излучения и уменьшение ширины диаграммы направленности преобразователя. Преобразователь содержит идентичные секции, состоящие из набора жестко связанных чередующихся колец пьезокерамики и сферопластика, толщины которых соотносятся как 14 : 3, причем электроды пьезоколец соединены электрически параллельно. Пары секций образуют n + 1 части n = 1, 2, 3, ...), первые секции каждой части, кроме n + 1, подключены к вторичным обмоткам соответствующих идентичных трансформаторов и к вторым секциям через резонансные LC - контуры, частота которых равна половине резонансной частоты механических колебаний секции. Первичные обмотки трансформаторов, соответствующие четным и нечетным значениям n, включены противофазно. Первая секция n + 1 части связана с входом усилителя - инвертора, выход которого подключен к электродам второй секции n + 1 части через индуктивность, образующую с емкостью секции резонансный контур с частотой, равной половине резонансной частоты механических колебаний секции. В преобразователе при работе распространяется бегущая волна и происходит излучение акустической энергии боковой поверхностью данного преобразователя под углом α . Имеет место активная компенсация тыльного излучения. 2 ил.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в гидроакустической контрольно-измерительной аппаратуре звукового диапазона частот. Целью изобретения является повышение мощности излучения звука и уменьшение ширины диаграммы направленности преобразователя. На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 - электрическая схема включения секций преобразователя. Преобразователь содержит секции 1, размещенные в порядке возрастания номеров от гермоотвода 2 и стянутые шпилькой 3. Торцы преобразователя закрыты полусферическими крышками 4 и 5. Преобразователь также включает в себя генератор 6 и усилитель-инвертор 7. Волноводный электроакустический преобразователь выполняется секционированием в виде набора акустически связанных торцами, герметизированных по боковой поверхности идентичных стержневых секций 1. Каждая секция выполнена в виде периодического набора склеенных между собой кольцевых элементов из пьезокерамики, электроды которых электрически соединены параллельно, и сферопластика, толщины которых h₁, h₂ отвечают соотношению h₁:h₂ = 14:3. При этом средняя скорость распространения звука в волноводе (стержневая) равна 1700 м/с. Сферопластик обеспечивает достижение необходимой эффективной скорости (1700 м/с) при минимальной относительной толщине h₂, т.е. при максимальном относительном объеме пьезоматериала, а следовательно, при минимальных потерях в чувствительности. Пары секций образуют n+1 части (n = 1,2,3.. . ). Первые секции каждой части, кроме n+1, подключены к вторичным обмоткам соответствующих идентичных трансформаторов и к вторым секциям через резонансные LC-контуры, частота которых равна половине резонансной частоты механических колебаний каждой секции, а первичные обмотки трансформаторов, соответствующие четным и нечетным значениям n, включены противофазно. Первая секция n+1 части связана с входом усилителя-инвертора 7, выход которого подключен к электродам второй секции n+1 части через индуктивность, образующую с емкостью секции резонансный контур с частотой, равной половине резонансной частоты механических колебаний секции. Величина каждой индуктивности L выбирается такой, чтобы она образовывала с емкостью одной секции последовательный резонансный контур, резонанс в котором происходит на частоте, при которой на длине секции укладывается четверть длины волны излучаемого звука. Схема работает следующим образом. При подаче на первичные обмотки трансформаторов, входящих в состав частей, напряжения от генератора 6 с частотой, при которой на длине одной секции укладывается четверть длины волны излучаемого звука, сдвиг фаз напряжения между соседними секциями равен 90^о. Секции оказываются сфазированными на этой частоте, и в волноводе распространяется бегущая волна. При ее распространении по волноводу происходит излучение акустической энергии боковой поверхностью преобразователя под углом α = arccos C_ф/С_в, где C_ф - фазовая скорость звука в преобразователе; С_в - скорость звука в окружающей среде. Фронт волны, достигнув первой секции n+1-го звена волновода, создает на его электродах сигнал, который подается на вход усилителя-инвертора 7. Инвертированный и усиленный сигнал через индуктивность L_n+1 подается на вторую секцию этого звена и гасит пришедшую волну. Индуктивность L_n+1 = L_n служит для компенсации сдвига фаз между первой и второй секциями n+1-го звена, равного 90^о. Использование пьезоактивного волновода с фазировкой секций и активной компенсацией тыльного излучения позволяет увеличить чувствительность волноводного преобразователя и уменьшить ширину характеристики направленности по сравнению с прототипом при одинаковых длинах волноводов. Для одной и той же ширины характеристики направленности длина электроакустического преобразователя с пьезоактивным волноводом получается меньше, чем с пассивным, что ведет к уменьшению габаритных размеров преобразователя по сравнению с прототипом, что является полезным при работе на низких частотах звукового диапазона.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий связанные между собой пьезоэлемент с электродами и пассивный волновод в виде связанных между собой торцами секций, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности излучения и уменьшения ширины диаграммы направленности, в него введены трансформаторы, резонансные LC-контуры, усилитель-инвертор, а секции волновода выполнены идентичными и состоящими из набора жестко связанных чередующихся колец пьезокерамики и сферопластика, толщины которых соотносятся как 14 : 3, причем электроды пьезокерамических колец соединены электрически параллельно, пары секций образуют n + 1 части (n = 1, 2, 3, ...), первые секции каждой части, кроме n + 1, подключены к вторичным обмоткам соответствующих идентичных трансформаторов и к вторым секциям через резонансные LC-контуры, частота которых равна половине резонансной частоты механических колебаний секции, а первичные обмотки трансформаторов, соответствующие четным и нечетным значениям n, включены противофазно, при этом первая секция n + 1 части связана с входом усилителя-инвертора, выход которого подключен к электродам второй секции n + 1 части через индуктивность, образующую с емкостью секции резонансный контур с частотой, равной половине резонансной частоты механических колебаний секций.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2