Акустический преобразователь

ZIP архив

Текст

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 260978 (21) 2669693/18-10 ( )М с присоединением заявки Ио(23) Приоритет В 06 В 1/06 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(У 2) Авторы изобретения В. ННосов, Э. П. Носова, В. С. Ямщиков, В. Л. Шкуратник,Н, А, Глухов, С, А, Филимонов и Д, Н, Сирота Московский ордена Трудового Красного Знамени горныйинститут( 54) АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к контролю своиств и состояния жидких и твердыхсред.Известны акустические преобразователи для нераэрушающего контроля и гидроакустических антенн типа продольный вибратор Ланжевен а, содержащие переднюю и заднюю накладки, между которыми размещен .пьезоэлемент 11 .10Наиболее близким к изобретению по техничесокй сущности является акустический преобразователь, содЕржащийпакет пьеэокерамических шайб, переднюю и заднюю накладки с отверстиями под стягивающий болт с гайкой, Сжатие пьезоэлемента повышает надежность работы преобразователя в режиме излучения 2,Однако указанные преобразователи обладают малой чувствительностью и направленностью. Действительно, излучение и прием в них осуществляется только переднейнакладкойт при этом используются толь ко продольные компоненты сил, развиваемчх пьезоэлементом, а поперечные компоненты не используются, так как наружные и внутренние стенки пьезоэлемента находятся в воздухе и анус" тически почти не нагружены, Это приводит к уменьшению чувствительностив режимах излучения и приема эа счетуменьшения акустического импедансав 2-3 раза,Цель изобретения - увеличение,чувствительности и направленностипреобр азов ателя.Поставленная цель достигается тем,ято отверстие в передней накладкевыполнено конусообразным, его мень"ший диаметр обращен к пакету пьезокерамических шайб и составляет 0,30,9 их внутреннего диаметра, головка и часть болта, проходящая. черезпакет пьезокерамических шайб, выполнены плоскими, имеющими в поперченомсечении Форму прямоугольника с толщинойе меньшей диаметра болта, причемвнутренний объем преобразователя заполнен промежуточной средой с акустическим сопротивлением, равным акусти"ческому сопротивлению среды, на которую нагружен преобразователь. Толщи"на плоских частей болта - 0,2-0,4 отего диаметра.На Фиг. 1 схематически представлен,преобраэоватепь; на фиг, 2- эпюрыраспределения колебательных скоростейв полуволны сжатия в промежуточной(кривая 1) и их сумма (кривая 3).Преобразователь содержит переднююнакладку 1, выполненную из алюминиевого или титанового сплава, заднююнакладку 2, пьезоэлемент 3 размещен/ 5ный между накладками и сжатый при помощи болта 4 и гайки 5. Диаметр наружой части накладки 1 не превышает длиы полуволны в среде, а малый диаметрпереходит в хвостовик с помощью которого осуществляется крепление преобразователя к опорной плите (не показана)Голов а б и стержневая часть 7 стягивающего болта 4, находящиеся в передней накладке 1 в пространстве 8 дозадней накладки 2 соответственно15выполнен плоскими, толщиной 0,2-0 р 4диаметра болта, исходя из н.обходимости достижения минимальных потерь колебательной скорости в промежуточнойсреде 8 и обеспечения достаточной прочО, ности на разрыв стягивающего болта,В накладке 1 выполнено конусообразноеотверстие 9, Край накладки по большому диаметру выполнен острым, как укольцевого концентратора, Пространство 8 внутри) пьезозлемтента 3 заполнено промежуточной средой типа резины(полиуретан, силиконовая резина, эпоксидный компаунд), имеющей скоростьраспространения звука, равную илиблизкую к сКорости распространениязвука в рабочей среде, например водедля антенн гидролокаторов,Отверстие 9 может быть заполненотой же средой или же внешней средойЗа счет выполнения головки болта 4плоской полость 8 и полость: отверстия9 связаны между собой через отверстия,имеющие форму сегментов.Малый диаметр сквозного отверстияв передней накладке выбирается рав Оным О, 3-0,9 от диаметра отверстияпьезоэлемента исходя иэ необходимос-ти получения малых гидравлических по"терь при перетекании промежуточнойсреды 8 в полость 9 и обратно, а также для достижения возникновения объем"ного резонанса в резонаторе Гельмгольца,Акустический преобразователь работает следующим образом. 5 ОВ режиме излучения на зажижпьезоэлемента подается возбуждающеенапряжение П от генератора (не показан) вызывающее деформации пьезоэлемента.Пьезоэлемент 3 может быть поляри"зован по высоте или по толщинеВпоследнем случае дйаметрпреобразователя растет, но затовысота егоможет быть выполнена несколько мень"шей, При условии, что пьезоэлемент 40имеет продольную поляризацию и полярность возбуждающего напряжения та"кова, что он увеличивает свою длинув соответствии с эффектом Пуассонастенки его уменьшают свою толщину,;а накладки 1 и 2 удаляются друг от друга, Объем полости 8 при этом возрастает и в промежуточной среде возникает волна разряжения распространяющаяся через сегментообразное отверстие в накладке 1 из полости 8 в полость отверстия 9.Накладка 1 является четвертьволно,вой и скорость распространения звука в ней, примерно в 2 раэ а больше, чем в промежуточной или наружной среде (фиг. 2, кривые 1 и 2), Величина колебательной скорости промежуточной среды с по высоте пьезоэлемента постоянна и возрастает скачком при выходе в полость отверстия 9 пропорционально отношению площадей отверстий пьезоэлемента и накладки 1, Д 9,тф" -д Ъ"пс. 1 дЪ-ад) где В - площадь отверстия в пьезо"Ьэлементе;В - площадь поперечного сечениястстержневой части стягивающего болта 4;В - площадь сегментообразногоотверстия в накладке 1;0 " диаметр отверстия в пьезоизлементе 1Р - диаметр малого отверстия вконусе 91а " длина хорды сегментай - толщина головной и стержневой частей б и 7 стягивающе.Ро болта 4в - длина дуги сегмента.При следующем полупериоде возбуждающего напряжения продольный размерпьезоэлемента уменьшается, а толщина:его стенки увеличивается в соответствии с эффектом Пуассона, При этомобъем полости 8 уменьшается и проме"жуточная среда, будучи сжатой, приобретает колебательную скорость с обратным знаком, распространяющуюся всторону отверстия 9, Накладка 1,находится в фазе разряжения. Так какскорость распространения звука в. последней примерно в два раза вышечем в среде, наполняющей отверстие 9,то на выходе преобразователя происхо"дит сложение вблн разряжения, распространяющихся в накладке и в средеотвзрстия 9, Волна в последней былаобразована в предаествующий полупериод (Фиг. 2, кривая 3). Таким образом, в образовании суммарного колебанйя участвуют накладки 1 и 2 и поперечные смещения внутренних стевокпьезоэлемента Э,Полость 8 и сегментообразные от" верстия в накладке 1 образуют резонатор Гельмгольца, усиливающий колеба" иияпромежуточной среды, передающие" ся наружной средв. Частоту, на кото759148 гдЕ С транения очной ср тного от площади скоро звука радиу стия, сегме в нак объем освяз ь сть распро в промежу с эквивале равного п нт ообразны ладке 1. полости 8,между вел выглядит слердвум иям1 Оотве Вз аим Ч, В,р а,азом.-ад), (ьезоэлемента д ормула иэобретени рую настроен этот резонатор, вычисляют по формулеь ьр г 1 р- ь-ь (ь д) ь 6пьезоэлемента, что, в свою очередь вызыв ает у э ели че ни е выходн ого н апр я жения, т,е. при одном и том же акус" тическом давлении чувствительность преобразователя врэрас тает, несмотря на уменьшение выходного импенданса, Дополнит ельн ое увеличение чувствительности в Ц раз достигается за счет объемного резонанса резонатора Гельмгольца,Предлагаемоя конструкция акустического преобразователя дает возможность получить увеличение чувствительности в режимах излучения и приема в 3-4 раза, а направленности в- в 1, 5-2,0 раза по сравнению с акустическим преобразователем, у которого используется только одна накладка.Из формул (2), (3) и (4) следует,что:для того, чтобы настроить резонатор на резонансную частоту преобразователя необходимо варьировать величинами О, Оп, Й и Н. Для возбуждениясамой низкочастотной моды колебанийв резонаторе, являющ.йся самой мощной, необходимо, чтобы в среде попости 8 уложилась бы одна четверть вол- .ны, Отсюда следует, что величина Нзависит от акустических свойств про- ЗОмежуточной среды при соотнсшениискоростей с/С 2, где с - скорость звука в пьезоэлемейте 3; НЪ(8, Ъ:С/Угде Ъ, - длина волны в пьезоэлементе.и й - частота резонанса. Сечение стерж.35невой части стягивающего болта выбирается исходя из требуемого усилиясжатчя пьезоэлемента и прочности наразрыв материала, из которого сделанболт. Наружная поверхность накладки 401 может быть заключена в экран,Увелир.ение чувствительности в режиме приема достигается эа счет увеличения активной поверхности, иа которую воздействует акустическое давле ние принимаемого сигнала. Величинаплощади поверхности приема равна сумме площадей поверхностей передней накладки, отверстия пьезоэлемента и задней накладки. Силы, приведенные кпьезоэлементу с укаэанных поверхностей, приводят к увеличению деформацииная акустика, 163 (протот М 1. Акустический преобразователь,содержащий пакет пьеэокерамическихшайб, четвертьволновую переднюю изаднюю накладки с отверстиями, стягивающий болт с гайкой, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения чувствительности, отверстиев передней накладке выполнено конусообразным, его меньший диаметр обращенк пакету пьезокерамических шайб исоставляет 0,3"0,9 их внутреннегодиаметра, головка и часть болта про 1 ходящая через пакет пьезокерамических шайб, выполнены плоскими, имеющими в поперечном сечении форму прямоугольника с тощиной, меньшей диаметра болта, причем внутренний объемпреобразователя заполнен промежуточной средой с акустическим сопротивлением, равным акустическому сопротивлению среды, на которую нагружен преобразователь.2Преобразователь по п,1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что толщина плоских частей болта составляет0,2"04 от его диаметра,Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Патент США 9 3140859, кл.259-1,/5 иал ППППатентг. ужгород, ул, Проектн ЦН1130 Тираж 5 б 5Государственного коюатета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж-Э 5, Раушская наб.,

Смотреть

Заявка

2669693, 26.09.1978

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

НОСОВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ, НОСОВА ЗИНАИДА ПЕТРОВНА, ЯМЩИКОВ ВАЛЕРИЙ СЕРГЕЕВИЧ, ШКУРАТНИК ВЛАДИМИР ЛАЗАРЕВИЧ, ГЛУХОВ НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ, ФИЛИМОНОВ СЕРГЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ, СИРОТА ДОН НУСОВИЧ

МПК / Метки

МПК: B06B 1/06

Метки: акустический

Опубликовано: 30.08.1980

Код ссылки

<a href="https://patents.su/4-759148-akusticheskijj-preobrazovatel.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Акустический преобразователь</a>

Похожие патенты