NO129765B

NO129765B -

Info

Publication number: NO129765B
Application number: NO01006/72A
Authority: NO
Inventors: H Ogawa; M Yamamoto; S Bando; O Baba
Original assignee: Kawasaki Heavy Ind Ltd; Furuno Electric Co
Priority date: 1971-04-14
Filing date: 1972-03-24
Publication date: 1974-05-20
Also published as: DE2215849A1; GB1334216A; FR2133622B1; FR2133622A1; DE2215849C3; US3786407A; DE2215849B2; JPS53699B1

Description

Elektroakustisk transduktor til bruk på dypt vann. Electroacoustic transducer for use in deep water.

Oppfinnelsen angår en elektroakustisk transduktor for dypvannsbruk og nærmere bestemt en slik transduktor som inneholder en keramisk piezoelektrisk vibrator. The invention relates to an electroacoustic transducer for deep water use and more specifically such a transducer which contains a ceramic piezoelectric vibrator.

I almindelighet har tidligere kjente sylindriske keramiske vibratorer som benyttes for et lite dybdeområde, vært utfort slik at de for utstrålingen unodvendige deler av vibratorens overflate, f.eks. sylinderens innerflate, Var dekket med svamp- eller kork-gummi i form av et antall særskilte skumgummi stykker som akustisk skjermningsmateriale>og vært omsluttet av en gummikapsel fylt med ricinus-olje. In general, previously known cylindrical ceramic vibrators that are used for a small depth range have been designed so that the parts of the vibrator's surface that are unnecessary for the radiation, e.g. The inner surface of the cylinder was covered with sponge or cork rubber in the form of a number of special foam rubber pieces as acoustic shielding material>and was enclosed by a rubber capsule filled with castor oil.

Det er vel kjent innen faget at en slik sylindrisk vibra-tors folsomhet blir bedret ved avskjermning av innerflaten,og den oven-nevnte konstruksjon derfor gir hoy folsomhet og er meget nyttig i grunn sjo. Imidlertid har den bare kunnet brukes opp til dybder av hoyst 200 meter, da skumstoffet i skjermningsmaterialet ved storre dybde bryter sammen til skade for skjermningsvirkningen. It is well known in the field that the sensitivity of such a cylindrical vibrator is improved by shielding the inner surface, and the above-mentioned construction therefore provides high sensitivity and is very useful in principle. However, it has only been able to be used up to depths of no more than 200 metres, as the foam material in the shielding material breaks down at greater depths to the detriment of the shielding effect.

Hovedhensikten med oppfinnelsen er derfor å gi anvisning The main purpose of the invention is therefore to provide instructions

på en elektroakustisk transduktor som egner seg til å brukes på dypt vann, idet den ikke vil miste sin akustiske folsomhet ved hoyt vann- on an electroacoustic transducer that is suitable for use in deep water, as it will not lose its acoustic sensitivity at high water

trykk. Print.

Ifolge oppfinnelsen omfatter transduktoren en keramisk vibrator, en omslutning som omslutter vibratorens unødvendige stråle- According to the invention, the transducer comprises a ceramic vibrator, an enclosure that encloses the vibrator's unnecessary radiation

flate for å gi et kammer under statisk vanntrykk, en forste passasje som danner forbindelse mellom innsiden og utsiden av kammeret, et resonans-hulrum rundt den forste passasje og en flerhet av andre små surface to provide a chamber under static water pressure, a first passage connecting the inside and outside of the chamber, a resonant cavity around the first passage and a plurality of other small

passasjer som forbinder det indre av den forste passasje med resonans-hulrummet slik at kammeret er under vanntrykk og resonans-hulrummet vil danne en demper for vibratorens unødvendige strålingsflate. passages connecting the interior of the first passage with the resonance cavity so that the chamber is under water pressure and the resonance cavity will form a damper for the vibrator's unnecessary radiation surface.

i Oppfinnelsen vil bli belyst mere detaljert i det folgende under henvisning til tegningen. Fig. l(A) viser tverrsnitt av en utforelsesform for en transduktor ifolge oppfinnelsen, tatt efter linjen A-A på fig. l(B). i The invention will be explained in more detail in the following with reference to the drawing. Fig. 1(A) shows a cross-section of an embodiment of a transducer according to the invention, taken along the line A-A in Fig. l(B).

Fig. l(B) er et sideriss av transduktoren på fig. l(A) Fig. 1(B) is a side view of the transducer of Fig. let)

delvis i aksialt snitt, og partly in axial section, and

fig. 2 er et kurvediagram over folsomheten av transduk- fig. 2 is a graph of the sensitivity of the transducer

toren ifolge oppfinnelsen. tore according to the invention.

I utforelsen på fig. l(A) og (B) omfatter transduktoren In the embodiment in fig. l(A) and (B) comprise the transducer

et kammer 10 som står under statisk vanntrykk, og et resonans-hulrum 20, anordnet innbyrdes koaksialt. Disse samvirker for å tjene som et dempningsorgan for innerflaten av vibratoren 1. Trykkammeret 10 inngren-ses av den hul-sylindriske keramiske vibrator 1 og et par sirkel- a chamber 10 which is under static water pressure, and a resonant cavity 20, arranged coaxially with each other. These cooperate to serve as a damping means for the inner surface of the vibrator 1. The pressure chamber 10 is bounded by the hollow-cylindrical ceramic vibrator 1 and a pair of circular

runde skiver 2 og 3 som lukker for endene av denne. Den ovre skive 2 har en sentral boring 5 som flukter med innerflaten av et ror 4 forbundet med skiven 2. På den ovre skive 2 er der rundt roret 4 round washers 2 and 3 which close the ends of this. The upper disk 2 has a central bore 5 which is flush with the inner surface of a rudder 4 connected to the disk 2. On the upper disk 2 there is around the rudder 4

anordnet et sylindrisk resonans-hulrum 20 som er koaksialt med roret 4 og vanntrykk-kammeret 10 og omsluttes av en sylindrisk sidevegg 6. arranged a cylindrical resonance cavity 20 which is coaxial with the rudder 4 and the water pressure chamber 10 and is enclosed by a cylindrical side wall 6.

og en toppvegg 7» Det indre av roret 4 står gjennom en rekke fine hull 8 i rorveggen i forbindelse med resonans-hulrummet 20. and a top wall 7" The interior of the rudder 4 stands through a series of fine holes 8 in the rudder wall in connection with the resonance cavity 20.

Da vanntrykket virker likt på utsiden og innsiden av vanntrykk-kammeret, altså på begge sider av den keramiske vibrator 1, takket være forbindelseshullet 5» kan transduktoren ifolge oppfinnelsen utholde et vanntrykk praktisk talt svarende til den mekaniske trykk-styrke av selve den keramiske vibrator, det vil si ca. 800 kp/cm , svarende til vanntrykket ved en dybde av 8000 meter. As the water pressure acts equally on the outside and inside of the water pressure chamber, i.e. on both sides of the ceramic vibrator 1, thanks to the connection hole 5", the transducer according to the invention can withstand a water pressure practically corresponding to the mechanical pressure strength of the ceramic vibrator itself, that is, approx. 800 kp/cm, corresponding to the water pressure at a depth of 8,000 metres.

Dempningen L R av resonans-hulrummet 20 er som bekjent gitt ved ligningen: The attenuation L R of the resonant cavity 20 is, as is known, given by the equation:

hvor f : lyd.frekvensen, where f : sound frequency,

f resonansfrekvensen ^Vo/V f the resonant frequency ^Vo/V

V : volumet av hulrummet 20, V : the volume of the cavity 20,

S : indre tverrsnittsareal av roret 4i S : internal cross-sectional area of the rudder 4i

C : lydhastighet, C : speed of sound,

G : n^a<2>/ (t + f a), G : n^a<2>/ (t + f a),

t : veggtykkelse av roret 4>t : wall thickness of the rudder 4>

a : radius av det fine hull 8, og a : radius of the fine hole 8, and

n : antall fine hull 8. n : number of fine holes 8.

Denne sammenheng er anskueliggjort grafisk på fig. 2, hvor This relationship is illustrated graphically in fig. 2, where

f/fr er oppfort som abscisse og Lt, som ordinat med \/ GV/ 2S som para- f/fr is plotted as abscissa and Lt, as ordinate with \/ GV/ 2S as para-

meter. Som det klart fremgår av karakteristikkene på figuren, blir dempningen oket i bemerkelsesverdig grad når f blir lik f^, eller med andre ord når resonans-hulrummet er i resonans med lyden. Dette betyr . at der fås,en stor forbedring av mottagningsfolsomheten ved et bestemt ■ frekvensbånd, altså at det er mulig å oppnå en såkalt filtereffekt ved passende valg av geometrien av de forskjellige komponenter. meters. As is clear from the characteristics in the figure, the attenuation is increased to a remarkable degree when f becomes equal to f^, or in other words when the resonant cavity is in resonance with the sound. This means . that there is a great improvement in reception sensitivity at a certain ■ frequency band, i.e. that it is possible to achieve a so-called filter effect by suitably choosing the geometry of the various components.

Da vibratoren i henhold til oppfinnelsen, slik den er Then the vibrator according to the invention, as it is

beskrevet kan drives ved hoyt vanntrykk uten minskning av folsoraheten, described can be operated at high water pressure without reducing the folsoraness,

blir det mulig å skaffe en ultralyd-transduktor som er ytterst vel- will it be possible to obtain an ultrasound transducer that is extremely well-

skikket for sokning på dypt vann. suitable for diving in deep water.

Skjont den ovenstående beskrivelse refererer seg til en sylindrisk vibrator, vil det være mulig å foreta akustisk skjermning av overflatene av en vibrator i lateral vibrasjon på de ikke utstrå- Although the above description refers to a cylindrical vibrator, it will be possible to perform acoustic shielding of the surfaces of a vibrator in lateral vibration on the non-radiating

lende flater og å skaffe trykklikevekt mellom innsiden og utsiden av den skjermende kapsel. leaning surfaces and to obtain pressure equilibrium between the inside and the outside of the shielding capsule.

Claims

1. Electro-acoustic transducer including a ceramic vibrator with an excess radiating surface, characterized in that the transducer further includes an enclosure that encloses the unnecessary radiating surface to define a chamber under static water pressure, a first passage connecting the inside of the chamber with the outside, a resonant cavity arranged around the first passage, and a plurality of small further passages connecting the interior of the first passage with the resonant cavity.

2. Transducer as specified in claim 1 and including a hollow-cylindrical ceramic vibrator, characterized in that the enclosure consists of a pair of circular disks that close both ends of the cylinder, that the first passage is formed by a rudder connected to a hole designed in the center of one disk, that the resonant cavity is cylindrical and arranged coaxially with the rudder, and that the further passages are formed by holes formed in the wall of the rudder.