RU2167496C1 - Hydroacoustic multi-unit antenna and piezoelectric rod transducer for said antenna - Google Patents
Hydroacoustic multi-unit antenna and piezoelectric rod transducer for said antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2167496C1 RU2167496C1 RU2000108746A RU2000108746A RU2167496C1 RU 2167496 C1 RU2167496 C1 RU 2167496C1 RU 2000108746 A RU2000108746 A RU 2000108746A RU 2000108746 A RU2000108746 A RU 2000108746A RU 2167496 C1 RU2167496 C1 RU 2167496C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- cup
- cover plates
- piezoelectric
- glass
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 14
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при проектировании и разработке гидроакустической аппаратуры для зондирования морского дна и исследования океанского шельфа. The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in the design and development of hydroacoustic equipment for sensing the seabed and studying the ocean shelf.
При разработке гидроакустической аппаратуры важное место занимает вопрос минимизации габаритов создаваемых приборов с обеспечением высокого качества их рабочих характеристик, которые не должны зависеть от воздействия наружного давления со стороны окружающей среды. С этой целью корпус прибора обычно заполняют электроизоляционной жидкостью, из-за чего приходится учитывать влияние заполнения прибора жидкостью на его рабочие характеристики [1]. When developing hydroacoustic equipment, an important place is occupied by the issue of minimizing the dimensions of the created devices while ensuring the high quality of their performance, which should not depend on the influence of external pressure from the environment. For this purpose, the device case is usually filled with an insulating liquid, which is why it is necessary to take into account the effect of filling the device with liquid on its performance [1].
В настоящее время известны конструкции компактных гидроакустических антенн с общей герметизацией входящих в них пьезоэлектрических преобразователей, установленных внутри корпуса на общей накладке с передней стороны антенны [2] . Такие антенны находят применение преимущественно в диапазоне ультразвуковых колебаний. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является конструкция антенны, описанная в [1]-см. стр. 99, рис. 6.2,а. Currently, compact hydroacoustic antenna designs are known with general sealing of the piezoelectric transducers included in them, installed inside the housing on a common patch on the front of the antenna [2]. Such antennas are used mainly in the range of ultrasonic vibrations. Closest to the technical nature of the claimed invention is the antenna design described in [1] -cm. p. 99, fig. 6.2, a.
Гидроакустическая многоэлементная антенна-прототип содержит заполненный электроизоляционной жидкостью корпус, пьезоэлектрические стержневые преобразователи, механически закрепленные внутри корпуса на общей накладке с передней стороны антенны, и металлический экран с ее тыльной стороны, размещенный внутри корпуса. К достоинствам антенны-прототипа относятся простота и компактность конструкции при высокой эффективности действия. The hydroacoustic multi-element antenna prototype contains a housing filled with an insulating fluid, piezoelectric rod transducers mechanically mounted inside the housing on a common patch on the front of the antenna, and a metal screen on its back located inside the housing. The advantages of the prototype antenna include the simplicity and compactness of the design with high efficiency.
Недостатком ее является то, что такую конструкцию можно применять лишь на высоких частотах, а при переходе в диапазон низких звуковых частот очень быстро возрастают габариты и масса устройства. Its disadvantage is that such a design can be used only at high frequencies, and when you switch to the low sound frequency range, the dimensions and weight of the device increase very quickly.
Антенна-прототип выгодно отличается от соответствующего аналога [2] тем, что в ее конструкции уже предусмотрено заполнение полости корпуса электроизоляционной жидкостью, что является признаком более близкого соответствия ее реальным конструкциям создаваемой аппаратуры. В то же время она имеет и недостаток, ухудшающий частотные характеристики приборов и ограничивающий возможности их использования в широкополосных устройствах: отдельные участки внутренней полости заполненного жидкостью корпуса антенны-прототипа - в частности, каналы жидкости между соседними преобразователями - элементами антенны способны возбуждаться на своих собственных резонансных частотах, что может приводить к искажениям частотных характеристик антенны. The prototype antenna compares favorably with the corresponding analogue [2] in that its design already provides for filling the body cavity with an insulating liquid, which is a sign of closer correspondence to its real structures of the created equipment. At the same time, it also has a drawback that degrades the frequency characteristics of devices and limits the possibility of their use in broadband devices: individual sections of the internal cavity of the prototype antenna filled with liquid — in particular, the liquid channels between adjacent transducers — antenna elements can be excited at their own resonant frequencies, which can lead to distortion of the frequency characteristics of the antenna.
Известны также конструкции стержневых преобразователей, в которых для сокращения продольного размера используют переднюю и тыльную пассивные накладки [1,3] . Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является конструкция пьезоэлектрического стержневого преобразователя, описанная в [1] - см. стр. 98, рис. 6.1,а. Also known are the designs of rod transducers in which front and rear passive pads are used to reduce the longitudinal size [1,3]. The closest in technical essence to the proposed one is the design of the piezoelectric rod transducer described in [1] - see page 98, Fig. 6.1 a.
Пьезоэлектрический стержневой преобразователь-прототип содержит пьезоактивный элемент, зажатый металлической армирующей шпилькой между двумя пассивными накладками, из которых одна - тыльная - имеет стаканообразную форму, при этом края стенки стакана обращены в сторону передней излучающей накладки. Достоинства этого преобразователя состоят в том, что его конструкция компактна и эффективна по достигнутым значениям параметров антенны. The prototype piezoelectric rod transducer contains a piezoelectric element clamped by a metal reinforcing pin between two passive plates, of which one - the back - has a glass-like shape, with the edges of the glass wall facing the front radiating plate. The advantages of this converter are that its design is compact and efficient in terms of the achieved antenna parameters.
Недостатком конструкции преобразователя-прототипа является возможность возбуждения стенки стаканообразной накладки на своей собственной резонансной частоте колебаний - так называемый колокольный эффект, что приводит обычно к искажению частотной характеристики преобразователя. Кроме того, в такой конструкции не полностью использованы возможности сокращения продольного размера преобразователя. The disadvantage of the prototype converter design is the possibility of exciting the glass-shaped wall of the plate at its own resonant frequency of oscillations - the so-called bell effect, which usually leads to distortion of the frequency response of the converter. In addition, the possibility of reducing the longitudinal size of the transducer is not fully utilized in this design.
Задачей изобретения является создание многоэлементной гидроакустической антенны с уменьшенными размерами в направлении, нормальном поверхности апертуры, и с частотной характеристикой, не имеющей искажений, вызванных нежелательными резонансами колебательной системы. The objective of the invention is to provide a multi-element sonar antenna with reduced dimensions in the direction normal to the surface of the aperture, and with a frequency response that does not have distortion caused by undesirable resonances of the oscillatory system.
Для решения поставленной задачи в гидроакустической многоэлементной антенне, содержащей корпус, заполненный электроизоляционной жидкостью, с размещенными в нем пьезоэлектрическими стержневыми преобразователями, механически связанными с общей накладкой, и экран, расположенный с тыльной стороны антенны, введены новые признаки, а именно стержневые преобразователи снабжены двумя пассивными накладками стаканообразной формы, и зазор между обращенными друг к другу краями стенок передней и тыльной стаканообразных накладок каждого преобразователя составляет четверть длины волны в электроизоляционной жидкости на резонансной частоте антенны, а наружные боковые поверхности стаканообразных накладок покрыты полимерным материалом. To solve this problem, a multi-element hydroacoustic antenna containing a housing filled with an insulating liquid with piezoelectric rod transducers placed in it mechanically connected to a common patch and a screen located on the back of the antenna have introduced new features, namely, rod transducers are equipped with two passive cup-shaped overlays, and the gap between the edges of the walls of the front and back cup-shaped overlays facing each other zovatelya is a quarter wavelength in the insulating liquid at the resonant frequency of the antenna, and the outer side surface of the cup-linings are coated with a polymeric material.
Пьезоэлектрический стержневой преобразователь для многоэлементной антенны содержит пьезоактивный армированный элемент, при этом тыльная накладка имеет стаканообразную форму и механический контакт с пьезоактивным элементом на поверхности дна ее внутренней полости. The piezoelectric rod transducer for a multi-element antenna contains a piezoelectric reinforced element, while the back plate has a glass-like shape and mechanical contact with the piezoelectric element on the bottom surface of its inner cavity.
Новым в заявляемом преобразователе является то, что передняя накладка преобразователя также выполнена в форме стакана и края стенок обеих стаканообразных накладок обращены друг к другу, при этом по всей высоте стенок стаканообразных накладок выполнены узкие продольные сквозные прорези, расположенные по окружности поперечного сечения стенок накладок с неравномерным шагом и заполненные с тугой посадкой полимерным материалом, а на наружные боковые поверхности стаканообразных накладок с натягом надеты упругие манжеты из полимерного материала. New in the inventive converter is that the front overlay of the converter is also made in the form of a glass and the edges of the walls of both glass-shaped plates are facing each other, while along the entire height of the walls of the glass-shaped plates there are narrow longitudinal through slots located around the circumference of the cross section of the walls of the plates with uneven step and filled with a tight fit with polymeric material, and on the outer side surfaces of the glass-shaped plates with an interference fit, elastic cuffs made of polymer material Methods and material.
Использование стаканообразных накладок позволяет существенно сократить высоту преобразователей, следовательно, и высоту антенны - ее размер в направлении, перпендикулярном поверхности апертуры. При этом выполнение зазора между краями стенок накладок равным четверти длины волны в электроизоляционной жидкости на рабочей частоте обеспечивает отсутствие прямой акустической связи между накладками и предупреждает возникновение паразитных резонансов в объеме электроизоляционной жидкости, заполняющей полость корпуса антенны, тогда как покрытие наружных боковых поверхностей накладок полимерным материалом препятствует распространению звуковых волн в пространстве между преобразователями, как в каналах с акустически мягкими стенками, что также предотвращает появление дополнительных резонансов в частотной характеристике антенны. Таким образом, предложенные конструктивные меры дают возможность улучшить частотные характеристики антенны и сократить ее габариты. The use of glass-shaped pads can significantly reduce the height of the transducers, therefore, the height of the antenna - its size in the direction perpendicular to the surface of the aperture. In this case, the gap between the edges of the walls of the plates equal to a quarter of the wavelength in the insulating liquid at the operating frequency ensures the absence of direct acoustic coupling between the plates and prevents the occurrence of spurious resonances in the volume of the insulating liquid filling the cavity of the antenna body, while coating the outer side surfaces of the plates with polymer material prevents the propagation of sound waves in the space between the transducers, as in channels with acoustically soft walls kami, which also prevents the appearance of additional resonances in the frequency response of the antenna. Thus, the proposed design measures make it possible to improve the frequency characteristics of the antenna and reduce its dimensions.
Наличие прорезей в стенках стаканообразных накладок, выполненных с неравномерным шагом по окружности поперечного сечения стенки, позволяет почти полностью избежать возникновения нежелательных собственных резонансов стенок накладок. В то же время тугое заполнение прорезей полимерным материалом и надетые с натягом полимерные манжеты обеспечивают затухание этих паразитных колебаний, возникающих и при наличии прорезей, но с меньшей амплитудой. Таким образом, предложенная конструкция дает возможность устранить нежелательные резонансы колебательных систем преобразователя и антенны, а также уменьшить их геометрические размеры. The presence of slits in the walls of the glass-shaped plates made with an uneven pitch around the circumference of the wall cross-section allows almost completely to avoid the occurrence of undesirable intrinsic resonances of the walls of the plates. At the same time, the tight filling of the slots with polymeric material and the tight-fitting polymer cuffs attenuate these spurious oscillations that occur when there are slits, but with a lower amplitude. Thus, the proposed design makes it possible to eliminate unwanted resonances of the oscillatory systems of the transducer and antenna, as well as reduce their geometric dimensions.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой показана предложенная конструкция многоэлементной антенны, и фиг.2, на которой представлена конструкция пьезоэлектрического стержневого преобразователя для этой антенны. The invention is illustrated in FIG. 1, which shows the proposed design of a multi-element antenna, and FIG. 2, which shows the construction of a piezoelectric rod transducer for this antenna.
Многоэлементная антенна (фиг. 1) содержит заполненный электроизоляционной жидкостью корпус 1, передняя часть которого 2, отделенная от внешней среды согласующим устройством 3, является общей накладкой для группы пьезоэлектрических стержневых преобразователей 4 со стаканообразными накладками 5, на боковые поверхности которых надеты с натягом манжеты 6 из полимерного материала; на тыльной поверхности корпуса 1 установлен экран 7. A multi-element antenna (Fig. 1) contains a housing 1 filled with an insulating liquid, the front part of which 2, which is separated from the external environment by a matching device 3, is a common overlay for a group of piezoelectric rod transducers 4 with glass-
Пьезоэлектрический стержневой преобразователь (фиг.2) содержит пьезоактивный элемент 8 и армирующую шпильку 9, стягивающую стаканообразные накладки 5 с полимерным покрытием на их боковой поверхности в виде упругой манжеты 6, надетой на них с натягом. На фиг.2 показано также поперечное сечение пьезоэлектрического стержневого преобразователя (вид по AA), на котором видны места разреза стенок стаканообразных накладок - прорези 10, заполненные с тугой посадкой полимерным материалом - в данном примере резиной, что в совокупности с резиновыми манжетами 6, надетыми с натягом на боковые поверхности накладок, обеспечивает эффективное подавление нежелательных резонансных явлений в колебательных системах преобразователя и антенны. The piezoelectric rod transducer (figure 2) contains a
Работа заявленного устройства - гидроакустической многоэлементной антенны с пьезоэлектрическими стержневыми преобразователями - происходит следующим образом. На пьезоактивные элементы преобразователей, закрепленных на общей накладке, через электрические выводы подается электрическое напряжение сигнала, необходимое для возбуждения механических колебаний, обеспечивающих излучение звуковых волн с излучающей поверхности антенны в окружающую среду. При работе антенны в режиме приема на ее электрических выводах регистрируется сигнал, появляющийся при вынужденных механических колебаниях, обусловленных воздействием звуковых волн, падающих на поверхность общей накладки антенны. The operation of the claimed device is a hydroacoustic multi-element antenna with piezoelectric rod transducers is as follows. On the piezoelectric elements of the transducers, mounted on a common plate, the electrical voltage of the signal, which is necessary to excite mechanical vibrations that emit sound waves from the radiating surface of the antenna into the environment, is supplied through the electrical leads. When the antenna is in the reception mode, a signal is recorded at its electrical terminals that appears during forced mechanical vibrations due to the action of sound waves incident on the surface of the antenna’s common lining.
Как при работе антенны в режиме излучения, так и в режиме приема и электроизоляционная жидкость участвует в процессе колебаний вследствие того, что она находится в акустическом контакте с разными частями колебательной системы, и благодаря предложенным конструктивным мерам, ослабляющим эту связь, удается почти полностью подавить возникающие в объеме жидкости в полости корпуса нежелательные резонансные явления и устранить их влияние на частотную характеристику антенны. В то же время при механических продольных колебаниях пьезоэлектрических стержневых преобразователей, входящих в состав антенны, также могут возникать нежелательные паразитные резонансы в рабочей полосе частот антенны из-за влияния поперечных колебаний стенок стаканообразных накладок, которые в результате предложенных в настоящей заявке технических решений можно уменьшить или вообще исключить. Both during operation of the antenna in the radiation mode and in the reception mode, the insulating liquid also participates in the oscillation process due to the fact that it is in acoustic contact with different parts of the oscillating system, and thanks to the proposed structural measures that weaken this connection, it is possible to almost completely suppress the unwanted resonance phenomena in the volume of liquid in the body cavity and eliminate their influence on the frequency response of the antenna. At the same time, during mechanical longitudinal vibrations of the piezoelectric rod transducers that are part of the antenna, unwanted spurious resonances can also occur in the working frequency band of the antenna due to the influence of transverse vibrations of the walls of the glass-shaped plates, which can be reduced as a result of the technical solutions proposed in this application or generally excluded.
Литература
1. Подводные электроакустические преобразователи. (Расчет и проектирование): Справочник/ В. В. Богородский, Л.А.Зубарев, Е.А.Корепин, В.И.Якушев. - Л., Судостроение, 1983. - 248 с.Literature
1. Underwater electro-acoustic transducers. (Calculation and design): Reference book / V.V. Bogorodsky, L.A. Zubarev, E.A. Korepin, V.I. Yakushev. - L., Shipbuilding, 1983.- 248 p.
2. Пат. заявка Японии 5-11710. Подводное широкополосное приемно-передающее устройство. МПК H 04 R 1/44, 17/00, G 01 H 3Ю/0. Публ. 16.02.93. 2. Pat. Japanese application 5-11710. Underwater Broadband Transceiver. IPC H 04 R 1/44, 17/00, G 01 H 3U / 0. Publ. 02.16.93.
3. Пат. США 3.974.474. Подводный электроакустический преобразователь с накладкой, развитой внутрь. Публ. 10.08.76. 3. Pat. U.S. 3.974.474. Underwater electro-acoustic transducer with overlay developed inward. Publ. 08/10/76.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000108746A RU2167496C1 (en) | 2000-04-10 | 2000-04-10 | Hydroacoustic multi-unit antenna and piezoelectric rod transducer for said antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000108746A RU2167496C1 (en) | 2000-04-10 | 2000-04-10 | Hydroacoustic multi-unit antenna and piezoelectric rod transducer for said antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2167496C1 true RU2167496C1 (en) | 2001-05-20 |
Family
ID=20233031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000108746A RU2167496C1 (en) | 2000-04-10 | 2000-04-10 | Hydroacoustic multi-unit antenna and piezoelectric rod transducer for said antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2167496C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469495C1 (en) * | 2011-07-26 | 2012-12-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Rod-shaped piezoelectric transducer |
| RU2485715C1 (en) * | 2011-11-16 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Mode of excitation for rod-shaped hydroacoustic transducer |
| RU211686U1 (en) * | 2022-03-25 | 2022-06-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Piezoelectric transducer for multi-element hydroacoustic antenna |
-
2000
- 2000-04-10 RU RU2000108746A patent/RU2167496C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Подводные электроакустические преобразователи. Справочник./Под ред. В.В.Богородского. - Л.: Судостроение, 1983, стр.99, рис.6.2,а, стр.98, рис.6.1,а * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469495C1 (en) * | 2011-07-26 | 2012-12-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Rod-shaped piezoelectric transducer |
| RU2485715C1 (en) * | 2011-11-16 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Mode of excitation for rod-shaped hydroacoustic transducer |
| RU211686U1 (en) * | 2022-03-25 | 2022-06-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Piezoelectric transducer for multi-element hydroacoustic antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4333028A (en) | Damped acoustic transducers with piezoelectric drivers | |
| US4031418A (en) | Low frequency acoustical piezo-electric transducer | |
| JP5504276B2 (en) | Sonic transducer and sonar antenna with improved directivity | |
| SE9101427D0 (en) | transducers | |
| US4450544A (en) | Absorptive sonar baffle | |
| US4462093A (en) | Symmetrical shell support for flextensional transducer | |
| RU2167496C1 (en) | Hydroacoustic multi-unit antenna and piezoelectric rod transducer for said antenna | |
| RU2303336C1 (en) | Hydro-acoustic multi-element antenna and piezo-electric rod transformer for such an antenna | |
| RU2166840C2 (en) | Hydroacoustic antenna | |
| CN107306372A (en) | Ultrasonic transducer with emissive element | |
| CN110523608B (en) | Integrated double-frequency transducer | |
| CN110639784B (en) | Low frequency narrow beam transducer and transducer method and application | |
| JP2000509649A (en) | Bending plate acoustic transducer with low resonance frequency | |
| EP0039986A1 (en) | An acoustic transducer system | |
| US7535801B1 (en) | Multiple frequency sonar transducer | |
| RU2363115C1 (en) | Multi-element hydroacoustic antenna | |
| CN211217400U (en) | Integrated double-frequency transducer | |
| RU2267866C1 (en) | Hydro-acoustic rod-type transformer | |
| RU2131173C1 (en) | Hydroacoustic projector | |
| RU2536782C1 (en) | Hydroacoustic directional waveguide converter | |
| RU2270533C2 (en) | Hydro-acoustic rod transformer | |
| RU196335U1 (en) | LONG-BENDING HYDROACOUSTIC CONVERTER | |
| RU2167501C1 (en) | Hydroacoustic transducer | |
| RU2112326C1 (en) | Hydroacoustic emitter | |
| JP2666730B2 (en) | Low frequency underwater transmitter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20140507 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190411 |