Акустический преобразователь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Реснублин(61) Дополнительное к ввт. саид-ву(22) Заявлено 240180 (21) 2873700/18-25 (51) М Кл 6 01 Ч 1/40 с присоединением заявки Ио Государствеииый комитет СССР ио делам изобретений и открытийДата опубликования описания 1 Ы 081 В.Н. Носов, .В.Н. Макарон, В.А. Винрградов и В.Г. Сафин В кий институт(71) Заявите сесоюзный научно-исследовательс ядерной геофизики и геохимии 4) АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОВРАЗОВАТ льц т Изобретение относится к скважинным акустическим преобразователям и преобразователям, используемым в гидро.- . .акустике длясоздания кольцеобразной диаграюы направленности.Известен пьезоэлектрический излучатель, содержащий две стальные , головки, соединенные металлическим цилиндром, окружающим пьезоэлемент ,из титаната бария,соединеннйй с головками при помощи резиновых уплотненйй 1 гИзвестен пьезоэлектрический приемник для приборов акустического каротажа, содержащий две стальные головки,15 скрепленные стержнем, кристалл титаната бария, укрепленный на изолирующей пробке и заключенный в наполненную силиконовым маслом гибкую оболочку 2)Известен также преобразователь для 2 Ц акустического каротажа скважин, содержащий кольцевые пьезоэлементы или магнитострикторы, трубчатый корпус,токосъеиные электроды и упругую разрезную оболочку, заполненную звуко поглощакщим материалом и размещенную между пьезоэлементами. Упругая оболочка выполняет роль трансформатора продольных колебаний в поперечные, а ос,новной резонанс активных элементов 30 осуществляется на нулевой моде ко а, диаметр которого равен среднему диа метру кольца пьезоэлемента или магнитостриктора 3).Недостаток данных устройств - и малая чувствительность, обусловленная наличием деипфера в виде упругой обо,", лочки и ее низким механическим сопротивлением и.малой активной поверхностью. Акустическая энергия, снабжаемая кольцевыми пьезоэлементами упругой оболочке за счет большой связи с материалом демпфера в значительной иере переходит в теплоту, и оболочка не раз вивает больших амплитуд смещений, что снижает мощность.Кроме того, для обеспечения максимального электроакустическогокоэффициента полезного действия в упругой оболочке выполнены разрезы вдоль ее, образующей,что еще больше уменьшает механическое .сопротивление и уменьшает КПд и чувствительность преобразователя. Так ка применены кольцевые пьезоэлементы, резонансная частота которых прямо пропорциональна их среднему диаметр то при использовании акустического преобразователя в ус ловиях скважины рабочая частота ограничивается частотами ультразвуковоголнапазона,. Упругая оболочка возбуждается за счет поперечных колебанийпьезоэлемента, что приводит к уменьшению чувствительности преобразователя.Цель изобретения - увеличениечувствительности, излучаемой мощностии расширение функциональных возмож 5ностей преобразователя путем понижения нижнего предела рабочих частот.Поставленная цель достигается тем,что в акустическом преобразователе,содержащем цилиндрический корпус,находящиеся в нем два активных элемента, трансформатор продольныхколебаний в поперечные, размещенный между ними, активные элементы выполнены в виде продольных вибраторов с частот-,5нопонижающими накладками, армированных болтом и гайкой и нагруженных на шайбы из акустически мягкого материала, например, из пробки или резины, и размещенных в трубчатом корпусе, 20 трансформатор продольных колебаний в поперечные выполнен из материала с коэффициентом Пуассона 0,3-0,5 в виде пустотелого цилиндра с отверстием, имеющим профиль в виде двух одинаковых расходящихся навстречу друг другу конусов или плавных кривых, причем наружная поверхность пустотелого цилиндра сопряжена с поверхностью трубчатого корпуса и закреплена на нем.ЗОНа чертеже представлен вариант предлагаемого акустического преобразователя.Акустический преобразователь содержит крышку 1 С уплотнениями 2, 35 размещенную в одном из концов трубчатого корпуса 3 и скрепленную с ним ., при помощи хвостовика 4 с резьбовой нарезкой. К хвостовику примыкает шайба 5 из акустически мягкого материала, например пробки или резины, для предотвращения передачи колебаний частотнопонижающей накладки 6 преобразователя. С последней скреплен при помощи клея пакет из продольно поляризованных пьезоэлементов 7, выполненных в виде шайб. Отверстие пьезоэлемента сопряжено с отверстием 8, имеющим профиль плавной расходящейся кривой или двух конусов, трансформа" тора 9 продольных колебаний в поперечные, выполненного из материала с большим коэффициентом Пуассона. В трансформаторе выполнены отверстия 10 для электропроводов 11, по которым подводится напряжение электрического 55 тока к пьезоэлементам. С другой стороны трансформатора 9 симметрично пакету 7 размещен пакет пьезоэлементов 12 с частотнопонижающей накладкой 13. Для получения значительной мощности 0 элементы акустического преобразователя 6, 7, 9, 12, 13 стянуты армирующими болтом и гайкой 14, размещенным в отверстиях накладок и пьезопакетов, В накладке 13 выполнен паз 15 для электропроводов 16, подсоединенных между клеммой 17 электроразъема и пьезопакетом 12. Электроразъем представляет собой сочетание изолятора 18, корпуса 19, на наружной части которого размещены уплотнения 20, двух клемм 21. Концевик корпуса 19 снабжен резьбовой нарезкой 22 для ответной части электроразъема, не показанной на чертеже. Отверстие 23, предназначено для сочленения с изолятором ответной части. Изолятор 18 скреплен с корпусом 19 при помощи болта 24.,Для предупреждения выпадания изолятора из отверстия 23 предусмотрен кольцевой фиксатор 25, размещенный в соответствующем пазу и выполненный в виде разрезной кольцевой упругой пластины. Соединение корпуса преобразователя с другой клеммой электроразъема осуществляется посредством клеммы 26. Трансформатор 9 продольных колебаний в поперечные скреплен с корпусом 3 при помощи клея, сварки или пайки в зависимости от используемых материалов и условий работы преобразователя.Акустический преобразователь работает следующим образом.На клеммы 21 электроразъема подается напряжение возбуждения от генератора высокой частоты (не показан). Это напряжение поступает на пьезоэлементы 7 и 12 и возбуждает их. Сочетание элементов 6, 7, 9, 12, 13 и 14 представляет собой симметричный полуволновый продольный вибратор с узлом колебаний, расположенным в середине трансформатора 9.В узле колебаний действует наибольшая сила, а, следовательно, в разМещенном в этом месте трансформаторе колебаний, выполненном, как было указано выше, с отверстием в виде расходящейся кривой или двух конусов, имеет место наибольшая деформация ма-, териала, преимущественно во внешнюю сторону, т,е. в сторону корпуса 3. Величина смещений зависит как от соотношения толщин стенок на входе и в самой узкой части трансформатора, так и от коэффициента Пуассона материала.С увеличением коэффициента Пуассона используемого материала и уменьшением толщины средней части трансформатора 9 смещение возрастает, а вместе с ним возрастает и чувствительность преобразователя. Таким образом, транс-. форматор выполняет также роль отражателя колебаний, поступающих на него от пьезоэлементов 7 и 12. Эа счет связй внешней поверхности трансформатора с корпусом 3, последний рассеивает акустическую энергию всей своей внеш" ней поверхностью, за счет чего возрастает мощность излучаемых колебаний и чувствительность. Возможность увеличения длины преобразователя без необходимости увеличения диаметра, что является важным фактором прн его использовании в условиях скважин, дает возможность реализовать поставленную Цель - понижение нижнего предела рабочих частот. Излучение акустического давления Р происходит в направлении стрелок, изображенных на чертеже.За счет большой длины акустического преобразователя улучшается направленность колебаний,.что имеет большое значение при использовании его для О целей гидроакустики. В корпус 3 может быть заключено несколько продольных вибраторов, размещенных последовательно один за другим. Между накладка ми вибраторовдолжны быть устандвлены 15 шайбы 5 из акустически мягкого материала.В режиме приема чувствительность преобразователя также возрастает за счет большой развитой поверхности корпуса 3, Резонансная частота акустического преобразователя равна частоте антирезонанса продольного вибратора.Выполнение активного элемента в виде продольного вибратора с трансформатором продольных колебаний в по перечные, который значительно отличается конструктивно и по своим акусти.- ческим параметрам, исключение потерь в демпфере, увеличение активной поверхности преобразователя позволяет Я осуществить. достижение поставленных целей - увеличение чувствительности примерно в 2-3 раза, повышение мощности в режиме излучения в 4-9 раз и снижения нижнего предела частот при использовании пьезокерамических элементов в 10-15 раз. Одновременно может быть увеличена направленность и расширена полоса рабочих частот, а такжедостигнута высокая механическая прочность преобразователя за счет исключения гибкой упругой оболочки, используемой в известном преобраэова" теле. Снижение рабочей частоты и увеличение излучаемой мощности может оказаться особенно полезным при использовании преобразователя для термоакустического воздействия на нефтеносные пласты с целью повышения дебита нефти из последних, так как при этом возрастает зона звуковой обработки и сокращаются ее сроки.формула изобретенияАкустический преобразователь, со-держащий цилиндрический,корпус и находящиеся в нем дваактивных элементаи трансформатор продольных колебанийв поперечные, размещенный между ними,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения чувствительности,излучаемой мощности и расширенияфункциональных возможностей преобразователя путем понижения нижнего предела рабочих частот, активные элементы выполнены в виде продольных вибраторов с частотнопонижающими накладками, армированных болтом и гайкой инагруженных на шайбы из акустическимягкого материала, трансформатор продольных колебаний в поперечные выполнен из материала с коэффициентом Пуас сона 0,3-0,5 в Форме пустотелого ци;лнндра с отверстием, имеющим профильв виде вогнутых кривых, причем наружная поверхность пустотелого цилиндрасопряжена с поверхностью цилиндрического корпуса.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СШК М 3258741,кл. 340-17,.опублик, 1966.2. Патент СЬй В 3243009,кл. 340-155, опублик. 1966.3. Авторское свидетельство СССРВ 251845, кл. С 01 Ч 1/28, 1965 прототип) .873183 11 1 Ю 14 б Журавле Составитель Техред М. Г Редактор Н. Волови ор Р,Назарова. о е ПП ффПатентф, г.уагород, ул.Проектная,4 или каз 9027/72 Тираи 735 ПодпиВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5