Гидроакустический преобразователь

 

Гидроакустический преобразователь содержит активную пьезокерамическую секцию с излучающей и тыльной накладками, пассивный армирующий стержень и элементы крепления к силовой плате. Пассивный армирующий стержень выполнен составным и разделен расположенным в его узловой плоскости опорным фланцем, жестко соединенным с элементами крепления к силовой плате. Причем отношение длины части стержня, обращенной к излучающей накладке, к длине части стержня, обращенной к тыльной накладке, лежит в пределах 0,8:1,0. Технический результат - повышение коэффициента электромеханической связи и снижения влияния вибраций корпуса на работу преобразователя. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в приемо-излучающих устройствах; например в аппаратуре самонаведения торпед, мин, в шумопеленгаторных станциях и других гидроакустических системах.

Известны конструкции стержневых преобразователей с накладками, работающие в режиме излучения высоких значений акустической мощности, состоящие из активной части - пьезокерамических элементов типа шайб, пассивной части - излучающей и "нерабочей" накладок, болтов или шпилек, используемых для предварительного напряжения (армирования), и элементов крепления в базу (к корпусу изделия). Пьезокерамические элементы в таких преобразователях имеют малый внутренний диаметр, следовательно, отношение площадей поперечного сечения излучающей накладки и керамики мало. Добротность такой колебательной системы велика (Q>10) и согласование ее с водной средой неоптимально. Кроме этого реактивная составляющая сопротивления такого преобразователя меняет знак, в результате чего усложняется согласование преобразователя с аппаратурой.

Элементы крепления преобразователя к корпусу входят в эквивалентную электромеханическую схему преобразователя и нарушают режим работы колебательной системы.

Эти известные конструкции позволяют осуществить крепление к корпусу либо за "среднюю линию" (в узле колебательной скорости) посредством размещения в середине керамической секции (для симметричного преобразователя) металлического диска с внешним диаметром, большим диаметра пьезокерамической шайбы, толщина которого обеспечивает прочность конструкции, либо за излучающую или "нерабочую" накладку с помощью акустических развязок типа "гофр", "гибкий воротник", резонансных металлических стержней большей гибкости по сравнению с преобразователем, резин, бумажных и других прокладок.

Недостатками существующих конструкций преобразователя являются:

1) нарушение режима работы колебательной системы за счет наличия деталей крепления к корпусу, а следовательно, уменьшение коэффициентов электромеханической связи и полезного действия ("гофр", "гибкий воротник"),

2) нестабильность гибкостных свойств развязок (резина, бумага) и параметров пьезокерамических элементов при изменении гидростатического давления;

5) большие поперечные и продольные габариты конструкции,

4) влияние вибраций корпуса на работу преобразователя в случае крепления за излучающую или "нерабочую" накладки.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение этих недостатков. Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что армирующая шпилька преобразователя снабжена пояском, расположенным в узловой плоскости преобразователя, а крепежная деталь, соединенная с пояском шпильки, расположена внутри тонкостенной керамической секции, и через прорези, выполненные в задней "нерабочей" накладке проходят наружу преобразователя и соединяются с корпусом изделия (силовой платой).

Предлагаемая конструкция изображена на фигуре 1, где 1 - пьезоэлемент, 2 и 3 - накладки, 4 - шпилька, 5 - цилиндр, 6 - гайка, 7 - электрод.

Преобразователь состоит из пьезокерамических элементов 1, излучающей накладки 2, "нерабочей" накладки 3, армирующей шпильки 4, имеющей в узловой плоскости поясок толщиной не более 5% длины преобразователя, крепежной детали цилиндрической формы 5, имеющей прорези в месте прохождения детали через щели в "нерабочей" накладке, гайки 6, используемой для армирования преобразователя и электродов 7. При подведении электрического напряжения к электродам 7 преобразователь будет совершать механические колебания. Максимальная скорость при этом будет на торцах преобразователя, а узел колебаний - в центре керамической секции (при условии, что преобразователь полуволновый и симметричный). Предполагается возбуждение в преобразователе только продольных волн, т.е. размеры всех элементов должны удовлетворять условию отсутствия других видов колебаний на частоте, близкой в резонансной частоте продольных колебаний. В этом случае будет соблюдаться условие равенства колебательных смещений в сечениях, перпендикулярных распространению колебаний. Следовательно, узловая плоскость колебаний, проходящая через центр керамики, будет проходить и через шпильку в этой плоскости. При закреплении в узловой плоскости шпильки будет иметь место минимум потерь на рассеяние в месте закрепления, а следовательно, и влияние элементов крепления на режим работы преобразователя будет незначительным.

Предлагаемое изобретение позволит изготовить экономичный преобразователь с оптимальной добротностью в воде (Q≤4), высоким значением коэффициентаэлектромеханической связи (К²), близким к (К² ) пьезокерамического материала, высоким значением электроакустического коэффициента полезного действия (η_оэ>50%), малыми поперечными и продольными габаритами. Предлагаемое изобретение исключает применение акустических развязок преобразователя от корпуса, уменьшает влияние вибраций корпуса на работу преобразователя, позволяет использовать такие преобразователи на больших глубинах, например до 1500 м.

Формула изобретения

Гидроакустический преобразователь, содержащий активную пьезокерамическую секцию с излучающей и тыльной накладками, пассивный армирующий стержень и элементы крепления к силовой плате, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента электромеханической связи и снижения влияния вибраций корпуса на работу преобразователя, в нем пассивный армирующий стержень выполнен составным и разделен расположенным в его узловой плоскости опорным фланцем, жестко соединенным с элементами крепления к силовой плате, причем отношение длины части стержня, обращенной к излучающей накладке, к длине части стержня, обращенной к тыльной накладке, лежит в пределах 0,8÷1,0.

РИСУНКИ