[go: up one dir, main page]

RU2112326C1 - Hydroacoustic emitter - Google Patents

Hydroacoustic emitter Download PDF

Info

Publication number
RU2112326C1
RU2112326C1 RU96108625A RU96108625A RU2112326C1 RU 2112326 C1 RU2112326 C1 RU 2112326C1 RU 96108625 A RU96108625 A RU 96108625A RU 96108625 A RU96108625 A RU 96108625A RU 2112326 C1 RU2112326 C1 RU 2112326C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cover plate
piezoelectric element
flexible
passive
frequency
Prior art date
Application number
RU96108625A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96108625A (en
Inventor
В.И. Позерн
О.Б. Ступак
Original Assignee
Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" filed Critical Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор"
Priority to RU96108625A priority Critical patent/RU2112326C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2112326C1 publication Critical patent/RU2112326C1/en
Publication of RU96108625A publication Critical patent/RU96108625A/en

Links

Images

Landscapes

  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: hydroacoustic low- frequency wide-band rod piezoelectric emitters. SUBSTANCE: device has rod piezoelectric element 6, which is armored by tie 5, front cover plate 1 and hinder cover plate 2, heavy cover plate 4 and flexible cover plate 3 by front cover plate. Flexible passive cover plate 3 is integral with front cover plate 1 and is designed as cylinder which bottom is rigidly connected to rod piezoelectric element 6. Heavy passive cover plate 4 is located inside cylinder spaced with respect to its walls and front cover plate and is connected to cylinder bottom. Armor tie 5 is rigidly connected to heavy passive cover plate 4. EFFECT: decreased length, increased reliability, increased variance in frequency response, tuning frequency response without alternation of external size of emitter during manufacturing. 2 dwg

Description

Изобретение относятся к области конструирования гидроакустической аппаратуры, в частности низкочастотных стержневых пьезокерамических излучателей. The invention relates to the field of designing hydroacoustic equipment, in particular low-frequency rod piezoceramic emitters.

Стержневые преобразователи с массивными накладками широко применяются в гидроакустике для работы на низких частотах [1]. Rod converters with massive overlays are widely used in sonar for low-frequency operation [1].

Такие преобразователи обладают рядом преимуществ, в том числе более широкой полосой частот и уменьшенными волновыми размерами. В случае большой асимметрии конструкции, т.е. когда вес тыльной накладки значительно (на порядок и более) превышает вес передней накладки, колебания тыльной накладки существенно меньше, чем передней, и не требуется экранирования тыльной поверхности излучателя. Such converters have several advantages, including a wider frequency band and reduced wave sizes. In the case of large asymmetry of the structure, i.e. when the weight of the back lining significantly (by an order of magnitude or more) exceeds the weight of the front lining, the oscillations of the back lining are significantly less than the front, and screening of the rear surface of the emitter is not required.

Известны патенты [2,3], в которых описаны такие преобразователи асимметричной конструкции. Known patents [2,3], which describe such converters with an asymmetric design.

В патенте Великобритании [4] рассмотрен стержневой преобразователь с пьезоэлементом, разделенным на две части пассивной вставкой, с помощью которой он крепится к корпусу. In the UK patent [4], a rod transducer with a piezoelectric element divided into two parts by a passive insert with the help of which it is attached to the housing is considered.

Общим недостатком таких стержневых преобразователей, работающих в режиме излучения, является все же недостаточная широкополостность и наличие в рабочей области частот только одного резонанса. A common drawback of such rod-type transducers operating in the radiation mode is still insufficient broadband and the presence in the working frequency region of only one resonance.

В патенте США [5] рассматривается гидроакустический излучатель у которого стержневой пьезоэлемент состоит из двух частей, разделенных массивной пассивной металлической вставкой (массой). Таким образом, вместе с двумя накладками образуется механическая колебательная система из пяти компонентов: массы-гибкости-массы-гибкости-массы. In the US patent [5], a sonar emitter is considered in which the rod piezoelectric element consists of two parts separated by a massive passive metal insert (mass). Thus, together with two overlays, a mechanical oscillatory system is formed of five components: mass-flexibility-mass-flexibility-mass.

Такая система обладает двумя резонансами, расположение которых зависит от параметров компонентов. Such a system has two resonances, the arrangement of which depends on the parameters of the components.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому излучателю является вариант конструкции излучателя по патенту [5], выполненный с пассивной гибкой вставкой вместо пьезоэлемента у передней накладки. The closest in technical essence to the proposed emitter is a design variant of the emitter according to the patent [5], made with a passive flexible insert instead of a piezoelectric element at the front lining.

Недостатком этого излучателя является большая длина армирующей стальной стяжки, соединяющей все пять последовательно составленных компонентов колебательной системы. В результате частота продольного резонанса стяжки может оказаться в пределах рабочего диапазона частот преобразователя, что в этом случае приведет, во-первых, к появлению глубокого провала излучаемой мощности на частоте резонанса стяжки, а во-вторых, повлечет за собой снижение механической прочности и надежности преобразователя, так как возбуждаемая на резонансе собственных колебаний стяжка быстро разрушается от действия больших динамических напряжений. Этот недостаток усугубляется в том случае, когда для формирования требуемых частотных характеристик приходится существенно увеличивать гибкость и массу пассивных вставок, находящихся между передней накладкой и стержневым пьезоэлементом. При этом также возрастают продольные габариты излучателя, что всегда нежелательно при установке его на объекте, особенно когда из таких излучателей формируется антенна, тем более если антенна имеет цилиндрическую форму и продольный размер излучателя ограничен радиусом цилиндра. The disadvantage of this radiator is the large length of the reinforcing steel screed connecting all five sequentially composed components of the oscillatory system. As a result, the frequency of the longitudinal resonance of the coupler may be within the operating frequency range of the converter, which in this case will lead, firstly, to the appearance of a deep dip of the radiated power at the frequency of the resonance of the coupler, and secondly, will lead to a decrease in the mechanical strength and reliability of the converter , since the screed excited at the resonance of natural vibrations quickly collapses from the action of large dynamic stresses. This disadvantage is aggravated when, in order to form the required frequency characteristics, it is necessary to significantly increase the flexibility and mass of passive inserts located between the front plate and the rod piezoelectric element. At the same time, the longitudinal dimensions of the emitter also increase, which is always undesirable when installing it on an object, especially when an antenna is formed from such emitters, especially if the antenna has a cylindrical shape and the longitudinal size of the emitter is limited by the radius of the cylinder.

Задачей настоящего изобретения является создание широкополосного низкочастотного излучателя с уменьшенной неравномерностью частотной характеристики и с уменьшенными продольными габаритами. The objective of the present invention is to provide a broadband low-frequency radiator with reduced unevenness of the frequency response and with reduced longitudinal dimensions.

Для решения поставленной задачи в известном гидроакустическом излучателе, содержащем стержневой пьезоэлемент и армирующую стяжку, которые жестко соединены с тыльной накладкой, а также гибкую и массивную пассивные вставки, расположенные между стержневым пьезоэлементом и пассивной накладкой, введены новые признаки, а именно: гибкая пассивная вставка выполнена как одно целое с передней накладкой и имеет форму стакана, дно которого жестко соединено со стержневым пьезоэлементом, массивная пассивная вставка размещается внутри этого стакана с зазором относительно его боковой поверхности и внутренней поверхности передней накладки и скреплена с дном стакана, при этом армирующая стяжка жестко соединена с массивной пассивной вставкой. В результате продольный размер стяжки в предлагаемой конструкции преобразователя по сравнению с известной сокращается на величину суммарной длины гибкой и массивной вставок, что приводит к выравниванию частотных характеристик в рабочем диапазоне, а общая длина преобразователя уменьшается на длину массивной вставки при сохранении диапазона частот. To solve the problem in the well-known sonar emitter containing a rod piezoelectric element and a reinforcing coupler, which are rigidly connected to the back plate, as well as flexible and massive passive inserts located between the rod piezoelectric element and the passive plate, new features are introduced, namely, a flexible passive insert is made as a whole with the front plate and has the shape of a glass, the bottom of which is rigidly connected to the rod piezoelectric element, a massive passive insert is placed inside this stack and with a clearance with respect to its side surface and the inner surface of the front covers and is bonded to the bottom of the cup, wherein the reinforcing tie is rigidly connected with a massive passive insert. As a result, the longitudinal dimension of the coupler in the proposed design of the converter compared to the known one is reduced by the total length of the flexible and massive inserts, which leads to equalization of the frequency characteristics in the operating range, and the total length of the converter decreases by the length of the massive insert while maintaining the frequency range.

Дополнительным преимуществом предлагаемой конструкции является возможность регулировки (изменения) частотной характеристики преобразователя путем изменения массы массивной вставки и площади поперечного сечения гибкой вставки без изменения размеров всех остальных элементов конструкции преобразователя и при сохранении всех его габаритных размеров, что может быть полезно в ряде практических применений. An additional advantage of the proposed design is the ability to adjust (change) the frequency response of the converter by changing the mass of the massive insert and the cross-sectional area of the flexible insert without changing the dimensions of all other structural elements of the converter and while maintaining its overall dimensions, which can be useful in a number of practical applications.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена конструкция предлагаемого гидроакустического излучателя, на фиг. 2 - его частотные характеристики. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the design of the proposed sonar emitter, in FIG. 2 - its frequency characteristics.

Излучатель содержит переднюю 1 и тыльную 2 накладки, гибкую вставку 3 и массивную 4, которая размещена внутри стакана гибкой вставки 3, выполненной как одно целое с передней накладкой 1. The emitter contains a front 1 and rear 2 pads, a flexible insert 3 and a massive 4, which is placed inside the glass flexible insert 3, made as a whole with the front plate 1.

Стяжка 5 скрепляет стержневой пьезоэлемент 6 с тыльной накладкой 2 и передней накладкой 1 через выполненную с ней за одно целое гибкой пассивной вставкой 3. The screed 5 fastens the rod piezoelectric element 6 with the back pad 2 and the front pad 1 through the flexible passive insert 3 made with it in one piece.

Благодаря тому, что гибкая вставка 3 выполнена как одно целое с передней накладкой 1 и имеет форму стакана, обеспечивается возможность сокращения длины стяжки, так как не требуется армирования места соединения передней накладки 1 с гибкой вставкой 3. Due to the fact that the flexible insert 3 is made integrally with the front cover 1 and has the shape of a glass, it is possible to reduce the length of the screed, since it is not necessary to reinforce the junction of the front cover 1 with the flexible insert 3.

Излучающая накладка 1 соединена с тыльной накладкой 2 с помощью резинового уплотнения 7, выполняющего роль акустической развязки. The radiating lining 1 is connected to the rear lining 2 using a rubber seal 7, acting as an acoustic decoupling.

Герметизация внутренней полости излучателя осуществляется также с помощью крышки 8 и герметичного ввода кабеля 9. Sealing the inner cavity of the emitter is also carried out using the cover 8 and the hermetic entry of the cable 9.

Передняя накладка 1 и гибкая вставка 3 выполнены из легкого металла - алюминия или титана, а тыльная накладка 2, массивная вставка 4 и стяжка 5 - из стали. The front cover 1 and the flexible insert 3 are made of light metal - aluminum or titanium, and the back cover 2, the massive insert 4 and the screed 5 are made of steel.

Стержневой активный элемент 6 склеен из поляризованных пьезокерамических шайб, одноименные по знаку поляризации электроды соединены параллельно и выводятся за пределы внутреннего объема преобразователя с помощью стойких и гидростатическому давлению приводов через специальные уплотнения 9. The core active element 6 is glued from polarized piezoceramic washers, electrodes of the same sign in polarization are connected in parallel and are removed outside the internal volume of the converter using pressure-resistant and hydrostatic pressure drives through special seals 9.

При создании преобразователя, предназначенного для работы на низких частотах - в диапазоне ниже 10 кГц длина стержневого пьезоэлемента составляет порядка 15 см, а продольные размеры гибкой вставки 3 и массивной вставки 4 могут достигнуть 10 см. When creating a converter designed to operate at low frequencies - in the range below 10 kHz, the length of the rod piezoelectric element is about 15 cm, and the longitudinal dimensions of the flexible insert 3 and massive insert 4 can reach 10 cm.

Резонансная частота продольных колебаний стяжки fст определяется скоростью распространения колебаний в материале стяжки Cст в соответствии с формулой: fст = Сст/(2lст).The resonant frequency of the longitudinal vibrations of the screed f article is determined by the propagation velocity of the vibrations in the material of the coupler C article in accordance with the formula: f article = C article / (2l article ).

Таким образом, при общей длине стяжки порядка 20 см (длина пьезоэлемента 15 см и толщина дна тыльной накладки 2 и гибкой вставки 3 - 5 см) ее резонансная частота составит fст = 12,5 кГц, т.е. будет лежать выше верхней границы рабочего диапазона частот (выше 10 кГц).Thus, with a total length of the coupler of the order of 20 cm (the length of the piezoelectric element is 15 cm and the thickness of the bottom of the back plate 2 and the flexible insert 3 - 5 cm), its resonant frequency will be f article = 12.5 kHz, i.e. will lie above the upper limit of the operating frequency range (above 10 kHz).

В то же время при выполнении преобразователя по прежней схеме длина стяжки увеличится на суммарную длину гибкой и массивной вставок и составит соответственно 40 см. At the same time, when performing the converter according to the previous scheme, the length of the screed will increase by the total length of the flexible and massive inserts and will be 40 cm, respectively.

При этом fст = 6,25 кГц, т.е. частота собственного резонанса стяжки оказалась бы в пределах рабочего диапазона частот, что привело бы к искажению частотной характеристики и снижению механической прочности преобразователя.Moreover, f article = 6.25 kHz, i.e. the intrinsic resonance frequency of the screed would be within the operating frequency range, which would lead to a distortion of the frequency response and a decrease in the mechanical strength of the converter.

В таблице и на фиг. 2 иллюстрируются возможности регулировки частотной характеристики излучателя при изменении массы и гибкости пассивных вставок. In the table and in FIG. 2 illustrates the possibility of adjusting the frequency response of the emitter when changing the mass and flexibility of the passive inserts.

Из таблицы видно, что, изменяя площадь гибкой вставки и массу массивной вставки, можно в широких пределах регулировать частоту второго резонанса излучателя f2 (≈ в 1,7 раза), практически мало влияя на частоту первого резонанса f1. На фиг. 2 представлены две частотные характеристики излучаемой преобразователем акустической мощности, соответствующие двум крайним строкам таблицы: 1 - верхней, 2 - нижней.The table shows that by changing the area of the flexible insert and the mass of the massive insert, it is possible to widely control the frequency of the second resonance of the emitter f 2 (≈ 1.7 times), with little effect on the frequency of the first resonance f 1 . In FIG. 2 shows two frequency characteristics of the acoustic power emitted by the transducer, corresponding to the two extreme rows of the table: 1 - upper, 2 - lower.

Работа устройства осуществляется следующим образом: электрический сигнал заданной частоты или заданного спектрального состава, лежащего в пределах рабочего диапазона частот, подается через провода 9 на электроды стержневого элемента 6, в результате вследствие действия пьезоэлемента возбуждаются механические напряжения в стержневом элементе 6, вызывающие продольные механические колебания всех элементов конструкции. The operation of the device is as follows: an electrical signal of a given frequency or a given spectral composition lying within the operating frequency range is supplied through wires 9 to the electrodes of the rod element 6, as a result of the action of the piezoelectric element, mechanical stresses are excited in the rod element 6, causing longitudinal mechanical vibrations of all structural elements.

Максимальные колебания будет совершать передняя легкая накладка 1, эти колебания будут излучаться в окружающую среду, создавая в ней переменные акустические давления соответствующей частоты, распространяющиеся в направлении, заданном геометрией антенны. Колебания дна тяжелой тыльной накладки будут существенно меньше, что обеспечит отсутствие паразитного тыльного излучения. Вследствие того, что резонансная частота стяжки 5 лежит вне рабочего диапазона, на рабочих частотах в материале стяжки будут возникать малые механические напряжения, не представляющие опасности для ее механической прочности. The maximum vibrations will be made by the front light pad 1, these vibrations will be radiated into the environment, creating variable acoustic pressures of the corresponding frequency in it, propagating in the direction given by the geometry of the antenna. Oscillations of the bottom of the heavy back lining will be significantly less, which will ensure the absence of spurious back radiation. Due to the fact that the resonant frequency of the screed 5 lies outside the operating range, small mechanical stresses that do not pose a danger to its mechanical strength will occur at the working frequencies in the screed material.

Таким образом заявленный эффект, заключающийся в уменьшении продольного габарита излучателя, повышений его надежности, уменьшения неравномерности и обеспечении возможности регулировки частотной характеристики излучателя, достигнут. Thus, the claimed effect, consisting in reducing the longitudinal dimension of the emitter, increasing its reliability, reducing unevenness and providing the ability to adjust the frequency response of the emitter, is achieved.

Claims (1)

Гидроакустический излучатель, содержащий стержневой пьезоэлемент и армирующую стяжку, которые жестко соединены с тыльной накладкой, а также гибкую и массивную пассивные вставки, расположенные между стержневым пьезоэлементом и передней накладкой, отличающийся тем, что гибкая пассивная вставка выполнена как одно целое с передней накладкой и имеет форму стакана, дно которого жестко соединено со стержневым пьезоэлементом, массивная пассивная вставка размещена внутри этого стакана с зазором относительно его боковой поверхности и внутренней поверхности передней накладки и скреплена с дном стакана, при этом армирующая стяжка жестко соединена с массивной пассивной вставкой. A hydro-acoustic emitter containing a rod piezoelectric element and a reinforcing screed that are rigidly connected to the back plate, as well as a flexible and massive passive insert located between the rod piezoelectric element and the front plate, characterized in that the flexible passive insert is made integrally with the front plate and has the form glass, the bottom of which is rigidly connected to the rod piezoelectric element, a massive passive insert is placed inside this glass with a gap relative to its lateral surface and inner surface of the front lining and fastened to the bottom of the glass, while the reinforcing screed is rigidly connected to the massive passive insert.
RU96108625A 1996-04-29 1996-04-29 Hydroacoustic emitter RU2112326C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96108625A RU2112326C1 (en) 1996-04-29 1996-04-29 Hydroacoustic emitter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96108625A RU2112326C1 (en) 1996-04-29 1996-04-29 Hydroacoustic emitter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2112326C1 true RU2112326C1 (en) 1998-05-27
RU96108625A RU96108625A (en) 1998-07-10

Family

ID=20180065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96108625A RU2112326C1 (en) 1996-04-29 1996-04-29 Hydroacoustic emitter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2112326C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2131173C1 (en) * 1997-12-10 1999-05-27 Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Hydroacoustic projector
RU2267235C1 (en) * 2004-05-19 2005-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Таганрогский завод "Прибой" Broadband electro-acoustic transformer
RU2270533C2 (en) * 2004-04-19 2006-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Hydro-acoustic rod transformer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3421139A (en) * 1966-08-23 1969-01-07 Sangamo Electric Co Acoustic transducers
GB1363771A (en) * 1970-11-06 1974-08-14 Tocquet B Electroacoustic transducers
US3974474A (en) * 1973-06-04 1976-08-10 General Electric Company Underwater electroacoustic transducer construction
US4633119A (en) * 1984-07-02 1986-12-30 Gould Inc. Broadband multi-resonant longitudinal vibrator transducer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3421139A (en) * 1966-08-23 1969-01-07 Sangamo Electric Co Acoustic transducers
GB1363771A (en) * 1970-11-06 1974-08-14 Tocquet B Electroacoustic transducers
US3974474A (en) * 1973-06-04 1976-08-10 General Electric Company Underwater electroacoustic transducer construction
US4633119A (en) * 1984-07-02 1986-12-30 Gould Inc. Broadband multi-resonant longitudinal vibrator transducer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Справочник по гидроакустике. - Л.: Судостроение, 1988, с.268. 2. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2131173C1 (en) * 1997-12-10 1999-05-27 Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Hydroacoustic projector
RU2270533C2 (en) * 2004-04-19 2006-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Hydro-acoustic rod transformer
RU2267235C1 (en) * 2004-05-19 2005-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Таганрогский завод "Прибой" Broadband electro-acoustic transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4413198A (en) Piezoelectric transducer apparatus
US5189706A (en) Acoustic apparatus
US4823041A (en) Non-directional ultrasonic transducer
US6643222B2 (en) Wave flextensional shell configuration
US4068209A (en) Electroacoustic transducer for deep submersion
US4031418A (en) Low frequency acoustical piezo-electric transducer
GB2332805A (en) Speaker
RU2166840C2 (en) Hydroacoustic antenna
JP3487602B2 (en) Electroacoustic transducer with mechanical impedance transformer
RU2112326C1 (en) Hydroacoustic emitter
RU2121771C1 (en) Hydroacoustic transducer for antenna array
JP4478665B2 (en) Piezoelectric buzzer
RU2303336C1 (en) Hydro-acoustic multi-element antenna and piezo-electric rod transformer for such an antenna
RU2131173C1 (en) Hydroacoustic projector
CN110639784A (en) Low-frequency narrow-beam transducer, transduction method and application
RU2167496C1 (en) Hydroacoustic multi-unit antenna and piezoelectric rod transducer for said antenna
US6404106B1 (en) Pressure tolerant transducer
RU2071184C1 (en) Wide-pulse hydroacoustic emitter
JP2008015258A5 (en)
JP2006005403A (en) Ultrasonic transmitter-receiver
RU27768U1 (en) MULTI-ELEMENT HYDROACOUSTIC ANTENNA
RU2270533C2 (en) Hydro-acoustic rod transformer
JPS6123913Y2 (en)
JP3528041B2 (en) Speaker
RU2267866C1 (en) Hydro-acoustic rod-type transformer

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080430