Импульсный электродинамический излучатель
PULSE ELECTRODYNAMIC EMITTER

Изобретение относится к области гидроакустики и может применяться в морской сейсморазведке для получения мощных импульсов давления.
Принцип работы импульсного электродинамического излучателя основан на электродинамическом взаимодействии импульсного магнитного поля с токами проводимости в диамагнетике.
Известны импульсные электродинамические излучатели, принцип работы которых основан на взаимодействии импульсного магнитного поля с наведенными токами проводимости в диамагнетике. Такие устройства содержат индуктор в виде круглой плоской металлической спирали с изолированными витками и подвижный проводящий элемент в виде диамагнитного диска, расположенные соосно с небольшим зазором [1, 2].
Основным недостатком таких устройств является неравномерное распределение вдоль радиуса излучателя магнитного поля в зазоре, которое приводит к перегреву и уменьшению механической прочности витков индуктора. Это обуславливает малую допустимую интенсивность излучения.
Известен импульсный электродинамический излучатель с дисковым проводящим элементом и индуктором в виде катушки, снабженный концентратором потока магнитного поля (далее - концентратор) [3]. Наличие концентратора обеспечивает более высокую интенсивность излучения по сравнению с излучателями со спиральным индуктором. Однако недостатком этого устройства также является неравномерное распределение магнитного поля в зазоре, которое приводит к снижению механической прочности подвижного проводящего элемента.
Наиболее близким аналогом является излучатель с концентратором, торцевая поверхность которого, обращенная к проводящему элементу, выполнена вогнутой для получения более равномерного радиального распределения магнитного поля [4]. Недостатком этой конструкции является то, что выравнивание магнитного поля осуществляется за счет увеличения ширины зазора между концентратором и проводящим элементом в центральной части излучателя, что приводит к уменьшению его КПД.
Решаемая техническая проблема - создание конструкции мощного импульсного электродинамического излучателя, обеспечивающей равномерное распределение магнитного поля в зазоре между индуктором и проводящим элементом, расположенными друг относительно друга с зазором постоянной ширины.
Достигаемый технический результат - существенное выравнивание распределения магнитного поля вдоль поверхности сопряжения проводящего элемента и индуктора, что обеспечивает более высокую интенсивность излучения, в том числе возможность формирования мощных одиночных импульсов давления, необходимых при проведении подводных морских сейсморазведочных работ.
Сущность изобретения заключается в том, что с целью создания равномерного распределения импульсного магнитного поля в зазоре между индуктором и проводящим элементом предлагаемый импульсный электродинамический излучатель содержит проводящий элемент в виде диамагнитного цилиндра (далее - цилиндра) и уложенный на поверхность цилиндра индуктор в виде цилиндрической обмотки из изолированного провода, при этом индуктор герметизирован чехлом из эластомерного материала и имеет выступающие наружу продольные складки, которые распрямляются при электродинамическом взаимодействии импульсного магнитного поля индуктора с токами проводимости в цилиндре, что приводит к смещению участков индуктора, расположенных на поверхности цилиндра, в радиальном направлении от цилиндра.
Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 1. Импульсный электродинамический излучатель содержит цилиндр 1 из диамагнитного материала с высокой электропроводностью (например, меди), на торцах которого установлены фланцы 3, и индуктор 2 из гибкого изолированного провода (например, медного), герметизированный чехлом 5 из эластомерного материала. Между фланцами 3 расположены продольные направляющие 4. Направляющие электрически изолированы от фланцев для исключения короткозамкнутого витка. Герметичность конструкции обеспечивается тем, что чехол 5 в продольном направлении выходит за габариты индуктора 2 и герметично соединяется с фланцами 3.
Функционирование импульсного электродинамического излучателя происходит следующим образом. При подаче импульса тока в индуктор 2 возникает сильное магнитное поле, равномерно распределенное вдоль окружности цилиндра 1, которое вызывает появление вихревого тока в поверхностном слое цилиндра 1. Взаимодействие вихревого тока с импульсным магнитным полем заставляет участки индуктора 2, расположенные на поверхности цилиндра 1, смещаться в радиальном направлении (показано стрелками на фиг. 1, а). После этого индуктор 2 возвращается в исходное положение под действием внешнего гидростатического давления (показано стрелками на фиг. 1, б). В результате перемещений индуктора 2 во внешней среде формируется одиночный импульс давления.
Предложенная конструкция импульсного электродинамического излучателя обеспечивает равномерное распределенное магнитного поля между поверхностью цилиндра 1 и витками индуктора 2, потому что индуктор 2 является однослойным соленоидом, у которого отношение диаметра к его длине составляет величину не менее пяти, что обеспечивает более высокую интенсивность излучения по сравнению с известными конструкциями и подтверждено путем математического моделирования.
Указанное преимущество обуславливает возможность применения импульсного электродинамического излучателя для формирования мощных одиночных импульсов давления, необходимых при проведении подводных (в том числе подледных) морских сейсморазведочных работ.
Использованная литература:
1. Авторское свидетельство СССР №355990, опубл. 23.10.1972.
2. Авторское свидетельство СССР №668719, опубл. 25.06.1979.
3. Авторское свидетельство СССР №869841, опубл. 07.10.1981.
4. Авторское свидетельство СССР №546387, опубл. 15.02.1977.