Акустический преобразователь

(19) БО (и (51) Н 04 К 00, В 06 В 1/О ТЕН К АВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТ доваисс нол гиче- геофи ес рмациельство СССхо Изобретим преоб осится к акустнчелям и может бытьАизическом прибоие о пользов ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к акустическим преобразователям и может бытьиспользовано в геофизическом приборостроении, гидроакустической и другой аппаратуре в геологоразведочной и других отраслях промьппленности. Акустический преобразовательсодержит корпус с мембраной с размещенными в нем пьезоэлементами ижидкостью, уплотнения и электровыводы и отличается тем, что, с целью расширения полосы рабочих частоти получения равномерной частотнойхарактеристики, он снабжен электронным блоком, состоящим из выпрямителя, высокочастотных усилителя мощности, модулятора и генератора, источника излучаемой частоты, акустически жестким экраном, выполненнымв виде сердечника, размещенным между пьезоэлементом, одна из сторон которого обращена к сердечнику, а другая - к корпусу, который выполнен акустически жестким и с входным и выходным штуцерами, при этом между пьезоэлементом, корпусом и сердечником выполнены зазоры для прохода жидкости или газа, величина которых соизмерима с величиной смещения активной поверхности пьезоэлемента, обращенной к поверхности корпуса и сердечника, а также насосом с ресивером давления и разрежения, который подсоединен к электродвигателю, один из штуцеров соединен с выходом насоса, а другой - с входом для перепуска жидкости через зазоры в направлении мембраны, вблизи которой выполнено отверстие, гидравлическое сопротивлениекоторого (больше или равно гидравлическому сопротивлению зазоров между пьезоэлементами, корпусом и сердечником, соединенное через выполненный в корпусе канал со штуцером, электроды пьезо- а элемента соединены с выходом выпря- р мителя, причем вход последнего соединен с выходом усилителя мощности р сигналов высокой частоты, на которую (0 настроен пьезоэлемент, при этом вход усилителя соединен с выходом модулятора, входы которого соединены с выдами генератора высокой частоты и источника излучаемои частоты. 3 ил,ростроении, гидроакустической и другой аппаратуре в геологоразведочной и других отраслях промьппленностиИзвестен преобразователь по свое-"му устройству и назначению аналогичный предлагаемому.Недостатками известного устрой 5ства являются узкая полоса рабочихчастот, обусловленная высокой механической добротностью пьезоэлемента,в данном случае цилиндрической формы, а также невозможность получения 10равномерной частотной характеристикив широком диапазоне частот при излучении (единицы герц - десятки килогерц),Цель изобретения - увеличение 15мощности, расширение полосы рабочих частот и получение равномернойчастотной характеристики.На Фиг. 1 и 2 представлен схематически акустический преобразователь; на 20 фиг.3 - Формы колебаний в различных точках блок-схемы электронного блока и на выходе преобразователя.Акустический преобразователь устроен следующим образом. В акустически жестком корпусе 1, выполненном из стали или другого акустически жесткого материала, размещен пьезоэлектрический элемент 2 цилиндрической Формы (или плоский), Пространство внутри преобразователя заполнено упругой средой - маловязкой жидкостью или газом 3. На тыльной повехности корпуса размещены электро- вывод 4 два штуцера 5 (один из ко торых в данном случае находится за другим) и электровывод 6. Конструкция преобразователя герметична. Электро- выводы внутри преобразователя соединены электрически с обкладками пьезоэлемента 2. Между корпусом 1 и пьезоэлементом 2 выполнен зазор 7, соизмеримый с величиной максимально возможной амплитуды колебаний пьезоэле ф 5 мента, Зазор 8 выполнен между другоР поверхностью пьезоэлемента и наружной поверхностью акустически жесткого сердечника 9. Ширина этого зазора равна ширине зазора 7, В передней части корпуса размещена мембрана 10, являющаяся звукопрозрачной, которая может быть выполнена из полиуретана, резины, металла, пластмассы и других материалов. Междусердечником 9 и мембраной 10 размещено отверстие 11 для выхода про" шедшей через зазоры 7 и 8 упругой среды 3, закачиваемой в преобразователь под давлением +Р через штуцер 5. Отверстие 11 имеет гидравлическое сопротивление, несколько большее или равное гидравлическому со- противлению зазоров 7 и 8 в зависимости от гидростатического давления озвучиваемой среды. Возможен вариант выполнения преобразователя, в котором отверстие 11 и канал или трубопровод в совокупности имеют гидравлическое сопротивление, равное аналогичному сопротивлению зазоров 7 и 8 (вместе взятых). Трубопровод или канал соединен со штуцером, к которому подведено разрежение величиной -Р Мембрана 10 закреплена и загерметизирована с помощью кольца 12Электродвигатель 13 механически соединен с насосом 14, вход и выход которого соединены соответственно с ресиверами 15 и 16, являющимися накопителями упругой энергии рабочей среды перед подачей на штуцеры преобразователя, Гидравлические сопротивления зазоров 7 и 8, а также отверстия 11 включены на выходах ресиверов 16 и 15. Выпрямитель образован диодом 17, включенным любой полярностью, и резистором 18. Последний может быть заменен индуктивностью. Первый генератор 19 подключен к одному из входов модулятора 20. Другой вход модулятора подключен к второму генератору. Выход модулятора подключен к усилителю 21 мощности, который может отсутствовать, если мощность модулятора достаточнадля работы преобразователя. Вьгход усилителя соединен с входом выпрямителя, который может быть выполнен также и по другой схеме.Акустический преобразователь работает следующим обрзаом.При работе преобразователя в режиме излучения через него непрерывно прокачивается упругая среда 3 (газ или жидкость) под давлением Р. Направление движения прокачиваемой среды показано на Фиг. 1 стрелками иэ полости 1 в полость 11. Упругая среда может проходить только через отверстия, образованные зазорами 7 и 8 между корпусом 1, пьезоэлементом 2 и сердечником 9, а также через отверстие 11. Движение среды16388036 10 1 с 20 25 Формула 30 35 40 45 организовано по замкнутому циклу,Гидравлическое сопротивление зазоров 7 и 8 зависит от размеров пьезоэлемента 2, которые изменяются в соответствии с подаваемым на него напряжением, Генератор 19 выдает постоянное по амплитуде и частоте напряжение на вход модулятора 20, надругой вход которого подается излучаемый сигнал напряжением более низкой частоты. Получаемый при этомамплитудно-модулированный сигнал(фиг.За) усиливается по мощности ипо амплитуде усилителем 21 и подается затем на выпрямитель 17, 18,вследствие чего образуется сигнал,эпюра которого приведена на фиг.ЗбПьезоэлемент 2 работает на толщинномрезонансе и при подаче сигнала указанной формы синхронно уменьшает илиувеличивает гидравлическое сопротивление зазоров 7 и 8 для прохожденияупругой среды.1 При отсутствии излучаемого сигнала толщина пьезоэлемента изменяется по синусоидальному закону, и в системе протекает поток среды 3 с некоторым расходом. Мембрана 10.находится при этом в выпуклом положении, так как количество среды, входящей и выходящей из штуцеров, не одинаково. Акутическое давление р на выходе преобразователя равно нулю. При подаче на вход модулятора 20 сигналов низкой частоты происходит модуляция сигналов высокой частоты с последующим усилием и выпрямлением и средний расход среды через преобразователь осуществляется по огибающей сигналов высокой частоты. При этом, когда зазоры 7 и 8 уменьшаются, что происходит при увеличении толщины стенки пьезоэлемента 2, расход уменьшаетсяи под действием статического давления среды, окружающей акустический преобразователь, разрежения, " создаваемого насосом 14 (-Р), мембрана 10 прогибается внутрь корпуса 1, вызывая при этом волну разрежения в озвучиваемом пространстве.Величина прогиба мембраны тем больше, чем продолжительней уменьшается расход через зазоры 7 и 8, т.е. при излучении более низких частот. При сжатии пьезоэлемента 2 величина зазоров 7 и 8 увеличивается расход среды через них возрастает, а выход прошедшей среды через отверстие 11 ограничен его гидравлическим (пневматическим) сопротивлением. Это приводит к накоплению среды в полости 11 и выгибанию мембраны во внешнее пространство,а также созданию волны сжатия. Закон образованных волн соответствует закону огибающей высокой частоты в широком диапазоне частот, поскольку отсутствуют какие-либо резонансные явления в элементах 19-21, а также 17, 18. Пьезоэлемент 2 работает на резонансе и в наиболее выгодном энергетическом режиме. Частотная характеристика преобразователя при этом становится равномернойв шн- Ъроком диапазоне частот. изобретения Акустический преобразователь, содержащий корпус со штуцерами и размещенным внутри него пьезоэлементом, расстояние от которого до корпуса не меньше амплитуды колебаний излучающей поверхности пьезоэлемента, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения мощности, расширения полосы рабочих частот и повьппения равномерности частотной характеристики, в него введены вь 1 лрямитель, модулятор, первый и второй генераторы, мембрана, насос с ресивером давления и разрежения, электродвигатель и цилиндрическийсплошной сердечник, причем пьезоэлемент выполнен в виде полого цилиндра и соединен через выпрямитель с модулятором, к входам которогоподключены первый и второй генераторы, внутри пьезоэлемента соосно сним установлен сердечник, параллельно которому в корпусе, выполненном 50 акустически жестким, закрепленамембрана, в корпусе между мембранойи сердечником выполнены отверстия,соединенные со штуцерами насоса, соединенного с электродвигателем.1638803 Состав ехр Редакто Огар гарина, 101 11 1изводственно-издательский комбинат Патент , г, Ужгород,Заказ 933ВНИИПИ Госуд ель В.Кудрявцев.ДидыкКорректор Н.Ревская Тираж 385 Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5