ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)

Полезные модели относятся к технической электроакустике и гидроакустике и могут найти применение в мощных геофизических излучателях для восстановления дебита скважин, а также пьезоэлектрических излучателях различного назначения.
Свидетельством Российской Федерации на полезную модель №35494, МПК 7 H 04 R 17/00, публ. 2004 г защищен стержневой армированный преобразователь, содержащий активный модуль, включающий, по крайней мере, один продольно поляризованный цилиндрический пьезоэлемент, имеющий электроды на торцах и центральное отверстие, при этом активный модуль вклеен между фронтальной и тыльной накладками, электрически изолирован от них и скреплен с ними армирующей шпилькой, отличающийся тем, что на поверхности фронтальной и тыльной накладок, обращенных к торцевым поверхностям активного модуля, нанесено электроизоляционное порошковое полимерное покрытие типа глазури в виде равнотолщинного слоя, толщина которого регламентирована и не превышает двух толщин клеевого шва, а электрическое напряжение пробоя слоя глазури на частоте 50 Гц при температуре 20°С не менее трехкратного рабочего электрического напряжения, подводимого к стержневому армированному преобразователю в режиме излучения. Этот преобразователь имеет высокую электрическую прочность, но из-за наличия наружного расположения токоподводов недостаточно высокую механическую прочность.
В патенте Российской Федерации №2200333, МПК 7 G 01 V 1/52, B 06 B 1/06, H 01 L 41/09, публ. 2003 г. описан блок пьезоэлементов геофизического скважинного излучателя, который представляет собой механически единый цилиндрический стержень, содержащий пьезокерамические шайбы, монтажные пластины, армирующую стяжку с гайками и металлические торцевые накладки. К каждой присоединен один транзитный провод электрического питания. Механическая монолитность и механическая прочность блока обеспечивается склеиванием деталей и сжатием их с помощью стяжки. Такой блок пьезоэлементов имеет недостаточно высокую механическую и электрическую прочность.
Известен гидроакустический преобразователь (см. патент Российской Федерации №2044412, МПК 6 H 04 R 1/44, 17/00, публ. 1995 г.) содержащий прочный корпус, рабочую и тыльную накладки, стержневой пьезокерамический активный элемент, акустическую развязку, расположенную между тыльной накладкой и дном корпуса и адгезионно связанную с ними по торцам. Акустическая развязка выполнена из чередующихся слоев металла и эластомера, адгезионно связанных между собой. Для повышения ударопрочности и взрывопрочности в преобразователь вводят узлы конструкции, с
помощью которых варьируется податливость опор активного элемента и локализация взрывных и ударных нагрузок. Недостаток такого преобразователя - невысокая мощность излучения и недостаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД).
Патентом Российской Федерации №2071184, МПК 6 H 04 R 1/44, 17/00, публ. 1996 г. защищен широкоимпульсный гидроакустический излучатель, который содержит активный элемент, состоящий из пьезоактивных секций и гибких пассивных прокладок, фронтальную коническую накладку стягивающий болт с гайкой, корпус, соединенный с фронтальной конической накладкой через гибкие прокладки, герметизирующее кольцо, тыльную накладку и внутреннее заполнение. Недостаток этого излучателя - слабая направленность, обусловленная излучением корпуса, жестко связанного фланцевым соединением с излучающей фронтальной накладкой, и сравнительно большие размеры.
Из патента Российской Федерации №2131173, МПК 6 H 04 R 1/44, публ. 1999 г известен гидроакустический излучатель, содержащий заключенные в герметичный корпус стержневой пьезоэлемент и армирующую стяжку, жестко соединенные с тыльной накладкой, переднюю накладку, выполненную как одно целое с гибкой пассивной вставкой, имеющей форму стакана, с дном которого соединена массивная пассивная вставка. Массивная пассивная вставка преобразователя выполнена в виде полого толстостенного цилиндра, внутренний диаметр которого больше наружного диаметра пьезоэлемента и гибкой вставки, с жесткой перегородкой, перпендикулярной его оси. С одной стороны с перегородкой скреплен пьезоэлемент, с другой стороны - дно стакана гибкой вставки и армирующая стяжка. Такая конструкция излучателя имеет сокращенные размеры, повышенную эффективность и позволяет управлять частотной характеристикой. Недостаток - узкая диаграмма направленности, что не позволяет его использовать в качестве скважного излучателя.
В патенте Российской Федерации №2216129, МПК 7 H 01 R 1/44, 17/00, публ. 2003 г описан электроакустический преобразователь, содержащий элемент армирования и пакет электрически соединенных параллельно пьезоэлементов, а также герметичный электрический разъем для подключения к генератору электрических колебаний, накладки и герметизирующую оболочку, при этом элемент армирования представляет собой осесимметричную герметизирующую оболочку, расположен снаружи пакета пьезоэлементов и снабжен на концах внутренними резьбами разных направлений, а накладки снабжены соответствующими наружными резьбами. Скважный излучатель, собранный из нескольких таких электроакустических преобразователей соединением накладок соседних преобразователей попарно заодно в виде катушек с коническими излучающими поверхностями, превращающими продольное акустическое поле в радиальное. Недостаток такого скважного излучателя - наличие провалов в диаграмме направленности из-за чего снижается эффективная длина акустического воздействия, а, следовательно, снижается КПД.
Особенность излучателя по патенту Российской Федерации №2112326, МПК 6 H 04 R 17/00, публ. 1998 г состоит в том, что в целью уменьшения продольных размеров армирующей стяжки, а также и всего излучателя в целом, одна из компонент его колебательной системы - гибкая пассивная вставка выполнена как одно целое с передней накладкой и имеет форму стакана, дно которого жестко соединено со стержневым пьезоэлементом, а массивная пассивная вставка размещена внутри этого стакана с зазором относительно его боковой поверхности и внутренней поверхности передней накладки и скреплена с дном стакана, при этом армирующая стяжка жестко соединена с массивной пассивной вставкой и с тыльной накладкой. Как показала практика, недостатком такой конструкции является ограничение массы массивной вставки внутренним объемом стакана гибкой вставки. Недостаток такой конструкции излучателя - сравнительно низкий коэффициент электромеханической трансформации, т.к. наружный диаметр стакана гибкой вставки должен быть близок к наружному диаметру стержневого пьезоэлемента для эффективной передачи продольных колебаний пьезоэлемента передней накладке, а увеличение внутреннего объема гибкой вставки возможно лишь за счет увеличения ее длины.
Патентом Российской Федерации №2167496, МПК 7 Н 04 В 13/00, H 04 R 1/44, публ. 2001 г защищен пьезоэлектрический стержневой преобразователь, который содержит пьезоактивный элемент и армирующую шпильку, стягивающую стаканообразные накладки, имеющие механический контакт с пьезоактивным элементом. Использование стаканообразных накладок позволяет существенно сократить высоту преобразователей. На пьезоактивные элементы преобразователей, закрепленных на общей накладке, через электрические выводы подается электрическое напряжение сигнала, необходимое для возбуждения механических колебаний, обеспечивающих излучение звуковых волн с излучающей поверхности в окружающую среду.
По количеству совпадающих признаков этот преобразователь выбран в качестве прототипа заявляемому электроакустическому преобразователю.
Недостаток прототипа - сравнительно низкая механическая и электрическая прочность, т.к. жесткость конструкции обеспечивается тем, что пьезоактивный элемент и стаканообразные накладки стянуты армирующей шпилькой, малейший разбаланс в колебаниях стаканообразных накладок приводит к разрушению электроакустического преобразователя. Кроме того, характеристика направленности преобразователя по высоте рабочей поверхности имеет ярко выраженный максимум (близка к дискообразной), что при применение преобразователя в качестве структурного элемента геофизического скважного излучателя снижает его эффективную длину.
Технический результат, на достижение которого направлено создание полезной модели - повышение механической и электрической прочности и улучшение равномерности характеристики направленности электроакустического преобразователя.
Указанный технический результат достигается тем, что электроакустический преобразователь, содержащий продольно поляризованный цилиндрический пьезоэлемент, имеющий электроды на торцах и центральное отверстие и помещенный между фронтальной и тыльной накладками, содержит второй, адекватный первому, продольно поляризованный цилиндрический пьезоэлемент, имеющий электроды на торцах и помещенный между вторыми фронтальной и тыльной накладками, каждая из фронтальных накладок имеет стаканообразную форму, стенки которого превышают высоту цилиндрического пьезоэлемента на толщину тыльной накладки, а дно конформно торцевой поверхности цилиндрического пьезоэлемента, тыльная накладка имеет центральное отверстие, электроды на торцах каждого цилиндрического пьезоэлемента имеют механический и электрический контакты - один с дном фронтальной накладки, другой - с тыльной накладкой, внешняя цилиндрическая поверхность каждого пьезоэлемента и внешняя цилиндрическая поверхность контактирующей с ним тыльной накладки электроизоляционным компаундом скреплены с внутренней поверхностью стенки соответствующей стаканообразной фронтальной накладки, торцы стаканообразных первой и второй фронтальных накладок и первая и вторая тыльные накладки, установленные заподлицо с торцами фронтальных накладок, скреплены между собой электроизоляционным компаундом с локальными включениями электропроводящего компаунда. Высота пьезоэлемента равна 0,07...0,4R, а толщина 0,05...0,2R, где R - радиус наружный цилиндрической поверхности пьезоэлемента. Толщина стенки и днища фронтальной накладки равна 0,07...0,3R, где R - радиус наружный цилиндрической поверхности пьезоэлемента. Толщина тыльной накладки равна 0,05...0,2R, где R - радиус наружный цилиндрической поверхности пьезоэлемента. Фронтальные и тыльные накладки выполнены из титана. Торцы стаканообразных первой и второй фронтальных накладок и первая и вторая тыльные накладки, установленные заподлицо с торцами фронтальных накладок, скреплены между собой электроизоляционным компаундом с не менее чем двумя локальными точечными включениями электропроводящего компаунда, причем, одно из этих включений обеспечивает электрический контакт между фронтальными накладками, а другое - между тыльными накладками.
Варианты ультразвукового излучателя с использованием заявленного электроакустического преобразователя являются самостоятельными охраноспособными объектами.
Известны геофизические скважинные излучатели, содержащие заключенные в металлический корпус, заполненный электроизоляционной жидкостью, блоки пьезоэлементов, расположенные по оси корпуса. Блоки пьезоэлементов таких излучателей, как правило, собраны из плоских пьезоэлементов в виде круглых шайб, стянутых для повышения прочности центральной армирующей стяжкой, и имеющих
накладки на торцах. Такие блоки пьезоэлементов работают на продольном пьезоэффекте, совершая механические колебания вдоль оси, перпендикулярной плоскости пьезокерамических шайб (см. патент США №4305140, МПК 3 Н 04 К 1/44, публ. 1981 г. и патент Российской Федерации №2047280, МПК 6 Н 04 К 1/44, публ. 1994 г). Недостаток подобных блоков - невысокая механическая и электрическая прочность, конструктивная сложность.
Из описания к авторскому свидетельству СССР №1582955, МПК 5 H 04 R 1/44, публ. 1994 г известен электроакустический преобразователь, содержащий секции, размещенные в порядке возрастания номеров от гермоотвода и стянутые шпилькой. Торцы преобразователя закрыты полусферическими крышками. Каждая секция выполнена в виде периодического набора склеенных между собой кольцевых элементов из пьезокерамики, электроды которых электрически соединены параллельно. Этот преобразователь имеет низкую механическую прочность.
Из описания к патенту Российской Федерации №2164829, МПК 7 В 06 В 1/06, публ.. 2001 известен скважинный акустический излучатель, в котором точная непрерывная настройка пьезокерамических преобразователей в процессе работы на максимально развиваемое акустическое давление, повышение удобства обслуживания излучателя при его эксплуатации достигаются за счет того, что излучатель содержит пьезопреобразователи и втулки между ними, закрепленные на центральном стержне, верхнюю и нижнюю головки, эластичный кожух, заполненный компенсационной жидкостью, герметичный токоввод и контактное устройство под кабельный наконечник, установленные в верхней головке. Излучатель снабжен блоком обработки сигналов, блок состоит из сумматора и преобразователя сигналов, и связан через герметичный токоввод, контактное устройство и одножильный грузонесущий геофизический кабель с наземной аппаратурой. Пьезопреобразователи выполнены из продольно-поляризованных, электрически соединенных параллельно пьезокерамических шайб, при этом, по крайней мере, две пьезокерамические шайбы исполнены с возможностью выполнения ими функции датчика давления, связанного электрически с блоком обработки сигналов. За счет установки пьезопреобразователей на расстоянии полуволны в компенсационной жидкости, находящейся во внутренней полости излучателя, между пьезопреобразователями, и между головками и пьезопреобразователями происходит поворот акустической энергии в радиальном направлении относительно оси излучателя, что позволяет реализовать дисковую форму характеристики направленности. В процессе работы излучателя под воздействием различных, не всегда учитываемых заранее факторов (вибрация, внешнее давление, температура и др.), возможна разбалансировка пьезопреобразователей по резонансной частоте, что вызывает перераспределение мощности между пьезопреобразователями и общее понижение акустического давления. Вследствие этого недостатки такого акустического преобразователя - сравнительно
невысокая механическая и электрическая прочность и неполное использование длины излучателя из-за провалов в диаграмме направленности, недостаточно высокая надежность, так как при выходе из строя хотя бы одного контактного элемента выходит из строя акустический излучатель.
Технической результат, на достижение которого направлено создание полезных моделей, является повышение механической и электрической прочности, повышение надежности и эффективности использования размера ультразвукового излучателя.
В первом варианте указанный технический результат достигается тем, что в ультразвуковом излучателе, содержащем несколько электроакустических преобразователей, генератор электрических колебаний, герметичный электрический разъем для подключения к генератору электрических колебаний и наконечник для герметизации, каждый электроакустический преобразователь содержит первый и второй идентичные продольно поляризованные цилиндрические пьезоэлементы, каждый из которых имеет электроды на торцах и центральное отверстие и помещен между фронтальной и тыльной накладками, причем, каждая из фронтальных накладок имеет стаканообразную форму, стенки которой превышают высоту цилиндрического пьезоэлемента на толщину тыльной накладки, а дно конформно торцевой поверхности цилиндрического пьезоэлемента, каждая тыльная накладка имеет центральное отверстие, электроды на торцах каждого цилиндрического пьезоэлемента имеют механический и электрический контакты - один с дном фронтальной накладки, другой - с тыльной накладкой, внешняя цилиндрическая поверхность каждого пьезоэлемента и внешняя цилиндрическая поверхность контактирующей с ним тыльной накладки электроизоляционным компаундом скреплены с внутренней поверхностью стенки соответствующей стаканообразной фронтальной накладки, торцы стаканообразных первой и второй фронтальных накладок и первая и вторая тыльные накладки, установленные заподлицо с торцами фронтальных накладок, скреплены между собой электроизоляционным компаундом с локальными включениями электропроводящего компаунда, обеспечивающими электрический контакт между первой и второй фронтальными накладками и между первой и второй тыльными накладками, электроакустические преобразователи соединены последовательно, соседние электроакустические преобразователи скреплены между собой электроизоляционным компаундом с не менее чем одним локальным точечным включением электропроводящего компаунда, с обеспечением электрического контакта между ними и герметизации ультразвукового излучателя, герметичный электрический разъем для подключения к генератору электрических колебаний скреплен с первым электроакустическим преобразователем, а наконечник для герметизации скреплен с последним электроакустическим преобразователем. Электрические контакты, механически контактирующие с фронтальными накладками электроакустических
преобразователей, соединены между собой и первым токопроводом, электрические контакты, механически контактирующие с тыльными накладками первого электроакустического преобразователя, соединены со вторым токопроводом, электрические контакты, механически контактирующие с тыльными накладками остальных электроакустических преобразователей, соединены с третьим токопроводом, при этом первый токопровод соединен с корпусом генератора электрических колебаний, второй токопровод соединен с входом подстройки частоты генератора электрических колебаний, а третий токопровод - с сигнальным выходом генератора электрических колебаний.
Во втором варианте указанный технический результат достигается тем, что в ультразвуковом излучателе, содержащем несколько электроакустических преобразователей, генератор электрических колебаний и наконечник для герметизации, каждый электроакустический преобразователь содержит первый и второй идентичные продольно поляризованные цилиндрические пьезоэлементы, каждый из которых имеет электроды на торцах и центральное отверстие и помещен между фронтальной и тыльной накладками, каждая из фронтальных накладок имеет стаканообразную форму, стенки которой превышают высоту цилиндрического пьезоэлемента на толщину тыльной накладки, а дно конформно торцевой поверхности цилиндрического пьезоэлемента, каждая тыльная накладка имеет центральное отверстие, электроды на торцах каждого цилиндрического пьезоэлемента имеют механический и электрический контакты - один с дном фронтальной накладки, другой - с тыльной накладкой, внешняя цилиндрическая поверхность каждого пьезоэлемента и внешняя цилиндрическая поверхность контактирующей с ним тыльной накладки электроизоляционным компаундом скреплены с внутренней поверхностью стенки соответствующей стаканообразной фронтальной накладки, торцы стаканообразных первой и второй фронтальных накладок и первая и вторая тыльные накладки, установленные заподлицо с торцами фронтальных накладок, скреплены между собой электроизоляционным компаундом с локальными включениями электропроводящего компаунда, обеспечивающими электрический контакт между первой и второй фронтальными накладками и между первой и второй тыльными накладками, электроакустические преобразователи соединены последовательно, генератор электрических колебаний размещен в стаканообразном корпусе, торцы которого скреплены с первым электроакустическим преобразователем с обеспечением герметизации, а наконечник для герметизации скреплен с последним электроакустическим преобразователем, при этом соседние электроакустические преобразователи, торцы стаканообразного корпуса и наконечник для герметизации скреплены между собой электроизоляционным компаундом с не менее чем одним локальным точечным включением электропроводящего компаунда, с обеспечением электрического контакта между ними и герметизации ультразвукового излучателя.
Генератор электрических колебаний содержит автономный источник питания с включающим контактом. Электрические контакты, механически контактирующие с фронтальными накладками электроакустических преобразователей, соединены между собой и первым токопроводом с первым выходом генератора электрических колебаний, электрические контакты, механически контактирующие с тыльными накладками электроакустических преобразователей, соединены между собой и вторым токопроводом со вторым выходом генератора электрических колебаний.
Заявленные технические решения соответствуют критериям охраны полезной модели «новизна» и «промышленная применимость», так как относятся к конкретной области техники - гидроакустике, могут быть реализованы с использованием известных конструктивных элементов и характеризуются признаками, не известными из уровня техники.
Полезные модели поясняются чертежами. На фиг.1 схематично изображена конструкция заявляемого электроакустического преобразователя, на фиг.2 - пример реализации тыльной накладки, на фиг.3 - конструкция первого варианта ультразвукового излучателя, на фиг.4 - конструкция второго варианта ультразвукового излучателя, на фиг.5 - пример соединения электроакустических преобразователей компаундами.
На фиг.1...5 цифрами обозначены:
1-1, 1-2 - первый и второй цилиндрические пьезоэлементы;
2-1, 2-2 - первая и вторая фронтальные накладки;
3-1, 3-2 - первая и вторая тыльные накладки;
4 - электроизоляционный компаунд;
5-1, 5-2 - первый и второй монтажные электроды, контактирующие с фронтальными накладками;
6-1, 6-2 - первый и второй монтажные электроды, контактирующие с тыльными накладками;
7 - лепесток монтажного электрода;
8-1, 8-2, 8-3 - первый, второй и третий токопроводы;
9 - электропроводящий компаунд;
10 - слой компаунда, скрепляющий первые и вторые фронтальные и тыльные накладки;
11 - подошва тыльной накладки;
12 - буртик тыльной накладки;
13 - паз под лепесток монтажного электрода в буртике тыльной накладки;
14 - герметичный электрический разъем для подключения к генератору электрических колебаний;
15 - первый электроакустический преобразователь;
16-1, 16-n - рабочие электроакустические преобразователи;
17 - наконечник для герметизации;
18 - электрический кабель;
19 - генератор электрических колебаний;
20 - корпус генератора электрических колебаний;
21 - проекция внутренней поверхности стенки фронтальной накладки;
22 - включения электропроводящего компаунда, обеспечивающего электрический контакт между фронтальными накладками;
23 - включения электропроводящего компаунда, обеспечивающие электрический контакт между тыльными накладками.
Заявленный электроакустический преобразователь (фиг.1) содержит первый и второй идентичные продольно поляризованные цилиндрические с центральным отверстием пьезоэлементы 1-1 и 1-2, первую и вторую фронтальные накладки станкообразной формы 2-1 и 2-2, первую и вторую тыльные накладки 3-1, 3-2. Пьезоэлементы 1-1, 1-2 установлены внутри фронтальных накладок 2-1, 2-2 соответственно, имеют механический и электрический контакт с их дном и стенками через монтажные электроды, к другому торцу каждого цилиндрического пьезоэлемента 1-1 (1-2) через монтажный электрод 6-1 (6-2) примыкает соответствующая тыльная накладка 3-1, (3-2), при этом тыльная накладка 3-1 (3-2) установлена заподлицо торцу стенки фронтальной накладки 2-1 (2-2) и электрически изолирована от нее. Центральные отверстия дна стаканообразных фронтальных накладок 2-1, 2-2, тыльных накладок 3-1, 3-2 и монтажных электродов 5-1, 5-2, 6-1, 6-2 соосны и равны центральным отверстиям цилиндрических пьезоэлементов 1-1, 1-2. Торец фронтальной накладки 2-1 и поверхность тыльной накладки 3-1, которая заподлицо с этим торцом, скреплены с торцом фронтальной накладки 2-2 и поверхностью тыльной накладки 3-2 электроизоляционным компаундом 10с локальными включениями электропроводящего компаунда  22, 23 (фиг.5), обеспечивающими электрический контакт фронтальной накладки 2-1 с фронтальной накладкой 2-2 и тыльной накладки 3-1 с тыльной накладкой 3-2. Пьезоэлементы 1-1, 1-2 могут быть изготовлены, например, из пьезокерамики ЦТСС-1, накладки 2-1, 2-1, 3-1, 3-2 - из титана. Внутренний диаметр стенки каждой фронтальной накладки 2-1 (2-2) равен внешнему диаметру цилиндрического пьезоэлемента 1-1 (1-2), высота стенки превышает высоту цилиндрического пьезоэлемента на толщину накладки 3-1 (3-2), а дно конформно торцевой поверхности пьезоэлемента 1-1 (1-2). Пьезоэлементы 1-1 и 1-2 могут иметь собственные электроды, нанесенные на плоские поверхности вжиганием серебра, а монтажные электроды 5-1, 5-2, (6-1, 6-2) - лепестки 7 для соединения с токопроводом 8-1 (8-2) и могут быть выполнены из латунной фольги. Токопровод 8-1 соединен с монтажными электродами 5-1, 5-2 и является корпусным. Токопровод 8-2 соединен с монтажными электродами 6-1, 6-2 и является сигнальным. Каждая тыльная накладка 3-1 (3-2) представляет собой металлическую шайбу с подошвой 11 (фиг.2) и может иметь
внутренний буртик 12 с пазом 13 под лепесток 7 монтажного электрода 6-1 (6-2). Высота цилиндра пьезоэлемента выбирается равной 0,07...0,4R, а толщина 0,05...0,2R, где R - радиус наружный цилиндрической поверхности пьезоэлемента. Толщина стенки и днища фронтальной накладки равна 0,07...0,3R, а тыльной накладки равна 0,05...0,2R.
Работа электроакустического преобразователя осуществляется следующим образом. Через токопровод 8-1, 8-2 на электроды 5-1 и 5-2, 6-1 и 6-2 подается электрический сигнал, как правило, гармонического типа. В результате продольно поляризованные цилиндрические пьезоэлементы 1-1, 1-2 начинают совершать синфазные механические колебания в продольном и радиальном направлении, адекватные электрическому сигналу. Фронтальные накладки 2-1, 2-2 передают акустические колебания в окружающую среду, создавая в ней переменные акустические давления, распространяющиеся в радиальном направлении. Продольные колебания фронтальных накладок будут существенно уменьшены за счет встречного соединения пьезоэлементов через механическую развязку - тыльные накладки. Механическая прочность обеспечивается продольной жесткостью конструкции и тем, что пьезоэлементы жестко скреплены лишь со стенками фронтальных накладок, а монтажные электроды дополнительно играют роль амортизаторов, а также толщиной стенок и материалом накладок. Наличие локальных включений электропроводящего компаунда в соединении накладок дополнительно повышает электрическую надежность преобразователя.
Благодаря предложенной конструкции становится возможным увеличить подаваемые на него рабочие электрические напряжения, не опасаясь за механическую прочность электрического монтажа и механическую прочность электроакустического преобразователя. Тем самым создается возможность повышения интенсивности колебаний и соответственно акустической мощности ультразвукового излучателя, с большей надежностью гарантировать ресурс его работы, а также снизить затраты при изготовлении блоков пьезоэлементов. Технологичность изготовления обеспечивается малой номенклатурой используемых деталей, их идентичностью. Повторяемость технических характеристик без труда достигается возможностью прецизионного изготовления накладок и пьезоэлементов из пьезокерамики.
В первом варианте ультразвуковой излучатель (фиг 3) содержит п+1 электроакустических преобразователей (15 и 16-1 ... 16-n), каждый из которых идентичен заявляемому электроакустическому преобразователю, генератор 19 электрических колебаний с электрическим кабелем 18 и герметичным разъемом 14 и наконечник для герметизации 17. Электроакустические преобразователи 15 и 16-1 ... 16-n соединены последовательно и скреплены друг с другом электроизоляционным компаундом 10 с локальными включениями электропроводящего компаунда 22, 23 (фиг.5). Герметичный разъем 14 подключен к первому электроакустическому преобразователю 15, а электроакустический преобразователь 16-n скреплен с наконечником для герметизации
17. Токопроводы 8-1 всех электроакустических преобразователей соединены друг с другом и подключены к первому контакту герметичного разъема 14, который соединен с корпусом генератора 19. Токопровод 8-3 электроакустического преобразователя 15 подключен к третьему контакту герметичного разъема 14, соединенному с входом подстройки частоты генератора 19. Токопроводы 8-2 электроакустических преобразователей 16-1 ... 16-n соединены друг с другом и подключены ко второму контакту герметичного разъема 14, соединенного с сигнальным выходом генератора 19. Каждый электроакустический преобразователь представляет собой монолитную конструкцию, технология изготовления которой позволяет изготавливать преобразователи практически с одинаковой резонансной частотой и высокой добротностью, что приводит к повышению КПД ультразвукового излучателя в целом за счет сбалансированности параметров установленных в него электроакустических преобразователей. В первом варианте ультразвуковой излучатель может использоваться для интенсификации водяных или нефтяных скважин. Ультразвуковой излучатель, соединенный электрическим кабелем 18 с генератором 19 электрических колебаний погружают в скважину. Глубина погружения соответствует глубине залегания нефтеносных (водосодержащих) пластов. Малый диаметр излучателя и механическая прочность позволяет использовать его на действующих скважинах, не поднимая из них трубы. Тем более возможно применение излучателя в скважинах, на которых в данное время добыча не ведется, например находящихся на капитальном ремонте.
По достижении необходимой глубины включается генератор 19 и на электроакустические преобразователи 16-1 ... 16-n подается напряжение импульсами протяженностью от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. Электроакустический преобразователь 15 исполняет роль датчика мощности механических колебаний. По его сигналу частота электрических колебаний генератора 19 подстраивается под резонансную частоту электроакустических преобразователей 16-1 ... 16-n. Излучатель генерирует механические акустические колебания радиально равномерно по всем направлениям и по всей длине. Генерируемые излучателем колебания ультразвуковой частоты воздействуют на окружающий грунт призабойного слоя нефтеносного пласта, улучшая его фильтрационные свойства. При большой толщине пласта обработка ультразвуком может  проводиться на нескольких различных уровнях погружения. Скважинные геофизические излучатели должны иметь высокую механическую и электрическую прочность, большой ресурс и минимальный радиальный размер, обусловленный размером скважины. Этим требования в полной мере соответствует заявленный ультразвуковой излучатель - механически и электрически прочный, отличающийся высокой надежностью и технологичностью.
Заявленная конструкция ультразвукового излучателя по первому варианту по сравнению с прототипом имеет более высокую эксплуатационную надежность за счет
исключения разрушения пьезоэлементов из-за кавитационных процессов, снижения температурного разброса при работе в результате отвода тепла от пьезоэлементов массивными фронтальными накладками, исключения возможности разрушения от окисления, так как внутренний объем заполнен воздухом с низким содержанием влаги или инертным газом, механической прочности корпуса, образованного соединением фронтальных накладок из титана, отличающегося коррозийной стойкостью. Кроме того, последовательное соединение электроакустических преобразователей с наличием электрического контакта между ними повышает надежность, так как сохраняется работоспособность при разрушении какого либо пьезоэлемента. Отличительной особенностью заявленного ультразвукового излучателя является равномерность диаграммы направленности, как в радиальном направлении, так и по всей длине ультразвукового излучателя, что достигается конструкцией электроакустических преобразователей и способом их соединения.
Во втором варианте ультразвуковой излучатель (фиг.4) содержит n электроакустических преобразователей 16-1 ... 16-n, каждый из которых идентичен заявляемому электроакустическому преобразователю, генератор 19 электрических колебаний, размещенный в корпусе 20 и наконечник для герметизации 17. Электроакустические преобразователи 16-1 ... 16-n соединены последовательно и скреплены друг с другом электроизоляционным компаундом 10 с локальными включениями электропроводящего компаунда 22, 23 (фиг.5). Корпус 20 скреплен с первым электроакустическим преобразователем 16-1 с обеспечением герметичности и электрического контакта, а электроакустический преобразователь 16-n скреплен с наконечником для герметизации 17. Токопроводы 8-1 электроакустических преобразователей 16-1 ... 16-n соединены друг с другом и подключены к первому выходу генератора 19, который соединен с корпусом 20. Токопроводы 8-2 электроакустических преобразователей 16-1 ... 16-n соединены друг с другом и подключены к сигнальному выходу генератора 19. Генератор 19 включает в себя автономный источник питания с включающим контактом (на чертежах не показаны). Ультразвуковой излучатель по второму варианту обладает теми же преимуществами над прототипом и аналогами, что и ультразвуковой излучатель по первому варианту. Дополнительно следует отметить ударо- и взрывопрочность заявляемой конструкции. Воздействие ударно-вибрационных нагрузок нивелируется тем, что пьезоэлементы жестко скреплены лишь со стенками фронтальных накладок, а монтажные электроды дополнительно играют роль амортизаторов, и продольной жесткостью конструкции. Толщина стенок и материал фронтальных накладок позволяют обеспечить работу ультразвукового излучателя в условиях высокого гидростатического давления и использовать его в качестве глубоководного гидроакустического маяка. Перед использованием включающий контакт источника питания генератора 19 приводится в действие, например, электромагнитным
импульсом и ультразвуковой излучатель сбрасывается на глубину. Электрические колебания от генератора 19 периодически, с малой скважностью подаются на электроакустические преобразователи 16-1 ... 16-n и ультразвуковой излучатель генерирует механические акустические колебания радиально равномерно по всем направлениям.
Создание заявленных ультразвуковых излучателей стало возможным благодаря новой конструкции электроакустического преобразователя и новому принципу его механического соединения с накладками. В предлагаемой конструкции фронтальные накладки одновременно выполняют функцию корпуса, защищающего пьезоэлементы от внешней среды, что существенно повышает надежность и коэффициент полезного действия устройства. Надежность устройства повышается также в результате расположения электрических соединений внутри электроакустического преобразователя, монтажные электроды, расположенные между пьезоэлементами и накладками, не вызывают концентрации механических напряжений. Таким образом, новой конструкцией элементов устройства, совмещением ими функций и способом соединения достигается основной технический эффект изобретения: существенное повышение надежности и коэффициента полезного действия за счет повышения эффективности использования всей длины ультразвукового излучателя.