Электроакустический преобразователь

(19) (1) 3(51) Н 0 4 Р 1 7 / 0 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 21) 3600105/18-1022) 11.04.83461 23.05.84. Бюл. Р 1972) Б.А.Касаткин и Ю.В.Матвиенко53) 534.232(,088.8)561 1. Орлов А.В., Шабров А.А,Расчет и проектирование антенн игидроакустических рыбопоисковыхстанций. М., "Пищевая промышленность", 1974, с.59-66,2. Бакаев А.И., Короченцев В.И.Построение глубоководных гидроакустических антенн с осесимметричными характеристиками направленности.Дальневосточный акустический сборник. Владивосток, 1977, в.3, с.59-66. 54) (571 ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕ" ОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий наружный и внутренний отражатели, имеющие соосные конусообразные поверхности и образующие кольцеобразное углубление, заполненное согласующим наполнителем, с размещенным в нем цилиндрическим пьезоэлементом, высота которого не превышает его внутреннего диаметра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности, один иэ отражателей выполнен из материала акустически более жесткого, а другой - из матеоиала акустически более мягкого, чем материал согласующего наполнителя.СИзобретение относится к гидроакустике и предназначено для направленного излучения и приема широкополосных акустических сигналов,Известен поршневой электроакустический преобразователь, содержащий облучатель типа пьезокерамического цилиндрического преобразователя и конический отражатель 1 .Однако в этом преобразователерабочей поверхностью облучателя является только внешняя поверхностьцилиндрического преобразователя,что уменьшает величину излучаемоймощности, далее при уменьшениирабочей частоты преобразователяувеличивается диаметр облучателя,что приводит к нежелательному увеличению уровня боковых лепестковхарактеристики направленности, величина которых тем больше, чем боль-ше отношение диаметров облучателяи отражателя.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяэлектроакустический преобразователь,содержащий наружный и внутреннийотражатели, имеющие соосные конусообразные поверхности и образующиекольцеобразное углубление, заполненное согласующим нополнителем, сразмещенным в нем цилиндрическимпьезоэлементом, высота которого непревышает его внутреннего диаметра,В данном преобразователе парой конических поверхностей обеспечиваетсяотражение внешнего и внутреннегоизлучений без изменения амплитудыи Фазы звуковых волн, За счет выбора углов отражений на однбй резонансной частоте Формируется остраяхарактеристика направленности 2 .Недостатком известного преобразователя является низкий КПД при работна резонансной частоте, обусловленный тем, что колебания внутреннейи внешней поверхности цилиндрического преобразователя принципиально противофазны, значительная часть электрической энергии, подводимой кпреобразователю, преобразуется в реактивную вследствие акустическогокоторкого замыкания между колебаниями внешней и внутренней поверхностей. При работе устройства в широкой полосе частот нарушаются подобранные для одной частоты амплитудные и Фазовые соотношения колебательной скорости в апертуре,что приводит к большой неравномерности характеристики направленности и частотной характеристики устройства.Целью изобретения является увеличение эффективности работы, т.е.КПД преобразователя и расширение рабочего диапазона частот.Поставленная цель достигаетсятем, что в электроакустическом пре 5 10 образователе, содержащем наружный ивнутренний отражатели, имеющие соосные конусообразные поверхности иобразующие кольцеобразное углубление, заполненное согласующим наполнителем, с разлещенным в нем цйлиндрическим пьезоэлементом, высотакоторого не превышает его внутреннего диаметра, один из отражателейвыполнен из материала акустическиболее жесткого, а другой из материала акустически более мягкого, чемматериал согласующего наполнителя.На чертеже .изображено предлагаемое устройство.Преобразователь содержит цилиндрический пьезоэлемент 1 с высотой,равной 2 и диаметром 2 а, наружный2 и внутренний 3 отражатели, слойсогласующего наполнителя 4 и 5,Преобразователь работает следующим образом.Электрическое напряжение, приложенное к электродам облучателя, вызывает пульсирующие радиальные колебания, причем если на внешней по верхности облучателя создается вол,на растяжения, то на внутреннейволна сжатия. Звуковая волна, излученная внешней поверхностью,распространяется в слое согласующего на полнителя в радиальном направлении,затем отражается и далее распространяется в осевом направлении,частично излучается в нагрузку,остальная часть возвращается к пье зопреобразователю 1, т.е, Формируется согласующий слой с эФФективнойтолщиной Р, =20, где 20 - высота пьезоэлемента.Выбирая материалы отражателей 2 40 и 3 и согласующих заполнителей 4 и 5в пределе можно получить коэффициенты.отражения, близкие к=-1 и К=1 соответственно, так как за счет выполнения отражателей из материалов сразличными механическими свойствамиобеспечивается синфазное распределение колебательной скорости в плоскости 2=, тем самым значительно увеличивается КПД преобразователя. Приэтом наиболее целесообразно угол в 50 вершинах конусов выполнять прямыл,что дает наилучшую диаграмму направленности.1Применяя в качестве материаловсогласующих наполнителей материалытипа сферопластика с акустическимихарактеристиками, близкими к характеристикам рабочей среды, можно расширить частотный диапазон преобразователя, причем Физический механизм 60 расширения полосы пропускания предложенного преобразователя состоит втом, что наполнители применены какдля согласования колебаний внешнейповерхности облучателя с нагруз кой, так и для согласования колеба1094159 Составитель В.Кудрявцев .Редактор П.Коссей Техред Л.Микеш Корректор А, Ильин Заказ 3457/45 Тираж 635 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушскай наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ний внутренней поверхности, что приводит в конечном итоге к значительному увеличению общей акустической нагруженности облучателя.Характеристика направленности устройства в широкой полосе частот обеспечивается поршневым распределением колебательной скорости на поверхности преобразователя и плавноизменяется в соответствии с соотношением длины волны и диаметра поршневого преобразователя.