[go: up one dir, main page]

RU2376696C1 - Deepwater low-frequency hydroacoustic emitter for acoustic tomography systems - Google Patents

Deepwater low-frequency hydroacoustic emitter for acoustic tomography systems Download PDF

Info

Publication number
RU2376696C1
RU2376696C1 RU2008112652/28A RU2008112652A RU2376696C1 RU 2376696 C1 RU2376696 C1 RU 2376696C1 RU 2008112652/28 A RU2008112652/28 A RU 2008112652/28A RU 2008112652 A RU2008112652 A RU 2008112652A RU 2376696 C1 RU2376696 C1 RU 2376696C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
emitter
magnetic circuit
frequency
coils
flanges
Prior art date
Application number
RU2008112652/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008112652A (en
Inventor
Александр Степанович Шаронов (RU)
Александр Степанович Шаронов
Олег Викторович Левушкин (RU)
Олег Викторович Левушкин
Сергей Иванович Пенкин (RU)
Сергей Иванович Пенкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ШАЛЕНА"
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 Общество с ограниченной ответственностью "ШАЛЕНА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ШАЛЕНА"
Priority to RU2008112652/28A priority Critical patent/RU2376696C1/en
Publication of RU2008112652A publication Critical patent/RU2008112652A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2376696C1 publication Critical patent/RU2376696C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics; acoustics.
SUBSTANCE: invention relates to hydroacoustics and allows for efficient emission of directional signals at frequencies in the range of first hundreds of hertz at large immersion depths. The deepwater low-frequency emitter for acoustic tomography systems comprises pipe sections 1, attached to a magnetic conductor 2, in which there is a row of radial through-holes 6 and longitudinal grooves 7. In the gaps between flanges 4 and the magnetic conductor 2, coils 9 are movably mounted on elastic suspensions 8 such that, directions of their vibrational displacements are opposite. When the emitter is working, axial distribution of the velocity of the sound wave, approximately corresponding to half-wave resonance, is established in the water filling the pipe. Main emitting surfaces are the open ends of the pipes.
EFFECT: simpler design, increased efficiency, reduced mass and size of the emitter.
3 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустической технике и может быть использовано в качестве глубоководного направленного излучателя низкочастотных сигналов для зондирования вод океана с целью мониторинга и прогнозирования его состояния.The invention relates to hydroacoustic technology and can be used as a deep-sea directional emitter of low-frequency signals for sensing ocean waters in order to monitor and predict its state.

Зондирование океана с последующим решением обратной задачи гидроакустики предоставляет широкие возможности для дистанционного, оперативного и непрерывного наблюдения мезомасштабных неоднородностей водных масс. Эффективное использование такого метода, получившего название "акустическая томография", возможно лишь при условии применения систем, включающих значительное количество автономных низкочастотных гидроакустических излучателей, установленных в океане на различных глубинах. При этом к излучателям предъявляются требования:The sounding of the ocean with the subsequent solution of the inverse problem of hydroacoustics provides ample opportunities for remote, operational and continuous monitoring of mesoscale inhomogeneities of water masses. Effective use of this method, called "acoustic tomography", is possible only if systems are used that include a significant number of autonomous low-frequency sonar emitters installed in the ocean at various depths. At the same time, the requirements for emitters are:

- пригодность для генерации амплитудно-модулированных акустических сигналов на частотах диапазона 100-300 Гц;- suitability for generating amplitude-modulated acoustic signals at frequencies in the range of 100-300 Hz;

- независимость акустических параметров от глубины погружения;- independence of acoustic parameters from immersion depth;

- осесимметричная характеристика направленности излучения, плоскость максимума которой горизонтальна (предполагается применять сигналы, распространяющиеся в различных направлениях по траекториям, близким к горизонтальным);- axisymmetric radiation directivity characteristic, the maximum plane of which is horizontal (it is supposed to use signals propagating in different directions along trajectories close to horizontal);

- высокие КПД и удельная (на единицу массы) акустическая мощность (эквивалентно требованию низкой стоимости эксплуатации автономных излучателей).- high efficiency and specific (per unit mass) acoustic power (equivalent to the requirement of low cost of operating autonomous emitters).

В настоящее время разработаны и используются гидроакустические излучатели многих типов. Некоторые из них пригодны для генерации низкочастотных амплитудно-модулированных сигналов. Параметры других не зависят от глубины погружения. Оба эти качества сочетают излучатели с жидкостно заполненными резонаторами, выполненными в виде отрезка полуволновой трубы с открытыми торцами. Они имеют осесимметричную характеристику направленности излучения, плоскость максимума которой перпендикулярна оси трубы.At present, many types of sonar emitters have been developed and are used. Some of them are suitable for generating low-frequency amplitude-modulated signals. The parameters of others do not depend on the depth of immersion. Both of these qualities combine emitters with liquid filled resonators made in the form of a half-wave tube segment with open ends. They have an axisymmetric radiation directivity characteristic, the maximum plane of which is perpendicular to the axis of the pipe.

Известен излучатель, например по патенту США № 4855964, В06В 1/06, H04R 17/00, опубл. 8 августа 1989, содержащий преобразователь в виде пьезокерамического кольца, установленного между фланцами двух одинаковых отрезков труб, в максимуме знакопеременного давления стоячей звуковой волны. В диапазоне частот от 4600 до 2200 Гц его КПД составляет от 72% до 20%. Если же основная частота резонанса такого излучателя находится в диапазоне от 500 до 300 Гц, то на частотах вблизи резонанса КПД составляет от 30 до 10% (Lee В. Low-frequency sound projector for underwater sound. - IEEE International conference on engineering in the ocean environment. Halifax, 1974, v.2, p.10-15). Co снижением рабочей частоты таких излучателей поддержание КПД и акустической мощности на прежнем уровне требует резкого увеличения их размеров и массы, что поднимает стоимость изготовления и эксплуатации излучателей до неприемлемых значений. Основная причина этого заключается в низкой удельной мощности пьезокерамических преобразователей при их использовании в диапазоне низких звуковых частот.A known emitter, for example, according to US patent No. 4855964, BV 1/06, H04R 17/00, publ. August 8, 1989, containing a transducer in the form of a piezoceramic ring mounted between the flanges of two identical pipe sections at the maximum alternating pressure of a standing sound wave. In the frequency range from 4600 to 2200 Hz, its efficiency is from 72% to 20%. If the main resonance frequency of such an emitter is in the range from 500 to 300 Hz, then at frequencies near the resonance the efficiency is from 30 to 10% (Lee B. Low-frequency sound projector for underwater sound. - IEEE International conference on engineering in the ocean environment. Halifax, 1974, v. 2, p. 10-15). With a decrease in the operating frequency of such emitters, maintaining the efficiency and acoustic power at the same level requires a sharp increase in their size and mass, which raises the cost of manufacturing and operating the emitters to unacceptable values. The main reason for this is the low specific power of piezoelectric transducers when used in the low sound frequency range.

Легко достижимые обычными средствами плотности энергии магнитного поля многократно превосходят достижимые плотности энергии электрического поля в пьезопреобразователях. Поэтому для повышения удельной акустической мощности и обеспечения высокого КПД глубоководных низкочастотных излучателей с полуволновыми резонансными трубами, работающих на относительно низких частотах диапазона 100-300 Гц, необходимо применение в них хорошо согласованных преобразователей, содержащих магниты.The magnetic field energy densities easily attainable by conventional means are many times greater than the achievable electric field densities in piezoelectric transducers. Therefore, to increase the specific acoustic power and ensure high efficiency of deep-sea low-frequency emitters with half-wave resonant tubes operating at relatively low frequencies in the range of 100-300 Hz, it is necessary to use well-matched converters containing magnets in them.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому техническому решению является преобразователь, например по патенту США № 7071584, Н02К 41/00, опубл. 4 июля 2006, фиг.4 и 19, содержащий полый цилиндрический индуктор с постоянным магнитом и двумя полюсами-фланцами, цилиндрический магнитопровод и две катушки, закрепленные на общей обойме и подвижно установленные в кольцевых зазорах между цилиндрическими поверхностями фланцев и магнитопровода. Обмотки включены так, что направления создаваемых ими знакопеременных сил совпадают. Такой преобразователь не теряет работоспособности при заполнении его полостей жидкостью и, следовательно, может быть использован в глубоководных низкочастотных излучателях с полуволновыми резонансными трубами. Однако при этом необходимы согласующие устройства: шток, поршень и цилиндр, ось которого перпендикулярна оси трубы, усложняющие излучатель и увеличивающие его массу, преобразователь придется располагать рядом с трубой, что увеличит поперечные размеры излучателя. Если будет использован одиночный преобразователь, то при его работе возникнут снижающие КПД несбалансированные поперечные колебания излучателя. Использование же двух или большего числа преобразователей дополнительно усложнит конструкцию и увеличит поперечные размеры излучателя.The closest in technical essence and the set of essential features to the proposed technical solution is a converter, for example, according to US patent No. 7071584, Н02К 41/00, publ. July 4, 2006, FIGS. 4 and 19, comprising a hollow cylindrical inductor with a permanent magnet and two pole-flanges, a cylindrical magnetic circuit and two coils mounted on a common clip and movably mounted in the annular gaps between the cylindrical surfaces of the flanges and the magnetic circuit. The windings are turned on so that the directions of the alternating forces created by them coincide. Such a converter does not lose operability when filling its cavities with liquid and, therefore, can be used in deep-sea low-frequency emitters with half-wave resonant tubes. However, this requires matching devices: a rod, a piston and a cylinder whose axis is perpendicular to the axis of the pipe, complicating the emitter and increasing its mass, the converter will have to be located next to the pipe, which will increase the transverse dimensions of the emitter. If a single converter is used, then during its operation unbalanced transverse oscillations of the radiator reducing efficiency will occur. The use of two or more converters will additionally complicate the design and increase the transverse dimensions of the emitter.

Задачей предлагаемого технического решения является упрощение конструкции, уменьшение габаритов и массы глубоководного низкочастотного гидроакустического излучателя с полуволновой резонансной трубой.The objective of the proposed technical solution is to simplify the design, reduce the size and weight of the deep-sea low-frequency sonar emitter with a half-wave resonant tube.

Поставленная задача решается тем, что в низкочастотном гидроакустическом излучателе, содержащем полый цилиндрический индуктор с постоянным магнитом и двумя полюсами-фланцами, цилиндрический магнитопровод и две катушки, подвижно установленные в кольцевых зазорах между цилиндрическими поверхностями фланцев и магнитопровода, катушки включены так, что направления их колебательных смещений противоположны, на торцах магнитопровода установлены отрезки четвертьволновых резонансных труб, индуктор установлен на жестких кронштейнах, а в магнитопроводе имеется ряд сквозных радиальных отверстий и продольные пазы, пересекающие отверстия.The problem is solved in that in a low-frequency sonar emitter containing a hollow cylindrical inductor with a permanent magnet and two pole-flanges, a cylindrical magnetic circuit and two coils, movably mounted in the annular gaps between the cylindrical surfaces of the flanges and the magnetic circuit, the coils are turned on so that their vibrational directions the displacements are opposite, at the ends of the magnetic circuit there are segments of quarter-wave resonance tubes, the inductor is mounted on rigid brackets, and in nitoprovode there are a number of through radial holes and longitudinal grooves intersecting holes.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный осевой разрез излучателя, а на фиг.3 - поперечные разрезы преобразователя. Излучатель содержит жесткий корпус в виде двух отрезков труб 1, укрепленных на торцах магнитопровода 2, а также индуктор с постоянным магнитом 3 и полюсами-фланцами 4. Индуктор установлен на жестких кронштейнах 5. В магнитопроводе 2, напротив магнита 3 имеется ряд сквозных радиальных отверстий 6 и продольные пазы 7, пересекающие отверстия 6. В кольцевых зазорах между фланцами 4 и магнитопроводом 2, на упругих подвесах 8, подвижно установлены катушки 9. Катушки 9 включены так, что направления намотки провода в них совпадают, что обеспечивает противоположные направления колебательных смещений катушек 9.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a longitudinal axial section of the emitter, and Fig. 3 shows transverse sections of the transducer. The emitter contains a rigid casing in the form of two pipe sections 1, mounted on the ends of the magnetic circuit 2, as well as an inductor with a permanent magnet 3 and pole-flanges 4. The inductor is mounted on rigid brackets 5. In the magnetic circuit 2, opposite the magnet 3 there are a number of through radial holes 6 and longitudinal grooves 7 intersecting the openings 6. In the annular gaps between the flanges 4 and the magnetic circuit 2, on the elastic suspensions 8, coils 9 are movably mounted. The coils 9 are turned on so that the winding directions of the wire coincide in them, which provides positive directions of vibrational displacements of the coils 9.

Работает такой излучатель следующим образом. Излучатель погружают в воду, обеспечивая вертикальное положение оси корпуса, при этом его полости свободно заполняются водой. При подаче на катушки 9 переменного тока с частотой, равной основной частоте продольного резонанса, в столбе воды в трубах устанавливается показанное на фиг.2 осевое распределение амплитуд знакопеременных давления Р и скорости V стоячей звуковой волны, примерно соответствующее полуволновому резонансу. Площадь поверхности торца катушки 9 много меньше внутреннего поперечного сечения трубы 1, а волновое значение диаметра трубы мало. Поэтому, вследствие эффекта "гидравлической трансформации", механический импеданс, на который нагружена каждая катушка, много меньше импеданса сечения столба воды в трубе, что обеспечивает достаточно высокую скорость колебаний катушек и позволяет достичь высокого КПД. При этом объемная колебательная скорость воды в отверстиях 6 много меньше объемных колебательных скоростей на открытых концах отрезков труб 1, сечения которых и являются основными излучающими поверхностями. Продольные пазы 7 устраняют неиспользуемый металл магнитопровода, что облегчает конструкцию, и снижают скорость колебаний воды вблизи радиальных отверстий 6, что уменьшает вязкие и гидродинамические потери.Such a radiator works as follows. The emitter is immersed in water, ensuring the vertical position of the axis of the housing, while its cavities are freely filled with water. When applying alternating current to the coils 9 with a frequency equal to the main frequency of the longitudinal resonance, the axial distribution of the amplitudes of alternating pressure P and velocity V of the standing sound wave, approximately corresponding to the half-wave resonance, shown in Fig. 2, is established in the water column in the pipes. The surface area of the end face of the coil 9 is much smaller than the internal cross section of the pipe 1, and the wave value of the diameter of the pipe is small. Therefore, due to the effect of "hydraulic transformation", the mechanical impedance on which each coil is loaded is much less than the impedance of the cross section of the water column in the pipe, which provides a sufficiently high speed of oscillation of the coils and allows to achieve high efficiency. Moreover, the volumetric vibrational velocity of water in the holes 6 is much less than the volumetric vibrational velocities at the open ends of the pipe sections 1, the cross sections of which are the main radiating surfaces. The longitudinal grooves 7 eliminate the unused metal of the magnetic circuit, which facilitates the design, and reduce the speed of water oscillations near the radial holes 6, which reduces viscous and hydrodynamic losses.

Claims (1)

Глубоководный низкочастотный гидроакустический излучатель, содержащий отрезки четвертьволновых резонансных труб, полый цилиндрический индуктор с постоянным магнитом и двумя полюсами-фланцами, цилиндрический магнитопровод и две катушки, подвижно установленные в кольцевых зазорах между цилиндрическими поверхностями фланцев и магнитопровода, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения коэффициента полезного действия, а также уменьшения габаритов и массы излучателя, отрезки труб установлены на торцах магнитопровода, в магнитопроводе имеется ряд сквозных радиальных отверстий и продольные пазы, пересекающие эти отверстия, а катушки включены так, что направления их колебательных смещений противоположны. A deep-sea low-frequency sonar emitter containing segments of quarter-wave resonant tubes, a hollow cylindrical inductor with a permanent magnet and two pole-flanges, a cylindrical magnetic circuit and two coils movably mounted in the annular gaps between the cylindrical surfaces of the flanges and the magnetic circuit, characterized in that, in order to simplify the design , increase the efficiency, as well as reduce the dimensions and mass of the emitter, pipe sections are installed at the ends of the magnetic circuit yes, in the magnetic circuit there are a number of through radial holes and longitudinal grooves intersecting these holes, and the coils are turned on so that the directions of their vibrational displacements are opposite.
RU2008112652/28A 2008-04-01 2008-04-01 Deepwater low-frequency hydroacoustic emitter for acoustic tomography systems RU2376696C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008112652/28A RU2376696C1 (en) 2008-04-01 2008-04-01 Deepwater low-frequency hydroacoustic emitter for acoustic tomography systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008112652/28A RU2376696C1 (en) 2008-04-01 2008-04-01 Deepwater low-frequency hydroacoustic emitter for acoustic tomography systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008112652A RU2008112652A (en) 2009-10-10
RU2376696C1 true RU2376696C1 (en) 2009-12-20

Family

ID=41260395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008112652/28A RU2376696C1 (en) 2008-04-01 2008-04-01 Deepwater low-frequency hydroacoustic emitter for acoustic tomography systems

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2376696C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU176198U1 (en) * 2017-09-26 2018-01-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Autonomous low-frequency broadband sonar emitting station

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117705953B (en) * 2024-02-06 2024-04-09 江苏省特种设备安全监督检验研究院 A damage detection method and system based on acoustic emission and tomography technology

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU176198U1 (en) * 2017-09-26 2018-01-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Autonomous low-frequency broadband sonar emitting station

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008112652A (en) 2009-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101964185B (en) An Ultra-Wideband Underwater Acoustic Transducer
US8027224B2 (en) Broadband underwater acoustic transducer
US9387514B2 (en) Low frequency electro acoustic transducer and method of generating acoustic waves
CN107221316A (en) A kind of broad band low frequency Helmholtz underwater acoustic transducers
CN102169685A (en) Small sized deepwater underwater sound energy transducer with low frequency and broad band
CN103646642B (en) Many sap cavities broad band low frequency underwater acoustic transducer
CN111822314B (en) Electromagnetic suction type underwater acoustic transducer based on gas spring and control method
CN108769869A (en) A kind of deep water bending disk energy converter
CA1319414C (en) Vented-pipe projector
CN108877756A (en) A kind of low frequency annulus energy converter of flextensional structure driving
RU2376696C1 (en) Deepwater low-frequency hydroacoustic emitter for acoustic tomography systems
JP2012513718A (en) Sonic transducer and sonar antenna with improved directivity
CN103489440A (en) Broadband oscillator cross drive underwater acoustic transducer
CN111822315B (en) An electromagnetic underwater acoustic transducer based on a gas spring and its control method
RU2647992C1 (en) Deep-water broadband hydroacoustic transducer
RU81104U1 (en) LOW FREQUENCY LONG-BENDING HYDROACOUSTIC PIEZOCERAMIC CONVERTER
CN212441930U (en) A displacement amplifying magnetostrictive transducer
KR20160037234A (en) System for producing sound waves
RU2267866C1 (en) Hydro-acoustic rod-type transformer
US2511689A (en) Submarine signaling apparatus
RU44547U1 (en) ELECTRO-ACOUSTIC TRANSMITTER AND ULTRASONIC RADIATOR (OPTIONS)
CN104835486B (en) A kind of fluid injection frequency modulation transducer
RU2712924C1 (en) Electroacoustic non-directional transducer
RU2720343C1 (en) Acoustic radiator for treatment of oil and gas wells
US2450412A (en) Device for transmitting and receiving compressional energy

Legal Events

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

Effective date: 20130402