ВОЗБУДИТЕЛЬ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
EXCITER OF LOW-FREQUENCY HYDROACOUSTIC OSCILLATIONS

Область, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к технике возбуждения низкочастотных гидроакустических сигналов, а конкретнее - к возбудителю низкочастотных гидроакустических колебаний.
Уровень техники
В настоящее время известны различные конструкции возбудителей низкочастотных гидроакустических колебаний.
К примеру, известны такие возбудители, у которых пьезоэлектрический элемент крепится непосредственно к пластине, вызывающей гидроакустические колебания (см. патент РФ № 130238, публ. 10.05.1995; патент РФ № 209530, публ. 27.07.2003; патент США № 876127, публ. 05.04.2005; выложенная заявка Японии № 002-058091, публ. 22.02.2002; заявка ЕПВ № 684085, публ. 26.10.2006; международная заявка WO 2005/032211, публ. 07.04.2005. Эти возбудители достаточно просты, но при этом имеют малую мощность возбуждаемых колебаний.
Более высокую мощность имеют возбудители, в которых пьезоэлектрический преобразователь состоит из набора пьезокерамических шайб с чередующейся поляризацией. Такие возбудители раскрыты, например, в патентах РФ №№ 112326 (публ. 27.05.1998), 2121771 (публ. 10.11.1998), 2131173 (публ. 27.05.1999), 2147797 (публ. 20.04.2000), 2164829 (публ. 10.04.2001), 2216129 (публ. 10.11.2003) и 2237980 (публ. 10.10.2004); в патентах США №№ 559162 (публ. 26.01.1971), 5070486 (публ. 03.12.1991) и 5764595 (публ. 09.01.1998); в выложенной заявке Японии № 7-231496 (публ. 29.08.1995). Во всех этих документах пьезоэлектрический преобразователь в виде набора пьезокерамических шайб жестко соединен на своих торцах с колебательными элементами (толкателями), а потому возбуждаемые колебания имеют все же недостаточно высокую мощность.
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в получении такой конструкции, которая, наряду с расширением арсенала средств, обеспечивает более высокую мощность возбуждаемых колебаний.
Сущность изобретения
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата возбудитель низкочастотных гидроакустических колебаний содержит: стержневой пьезокерамический преобразователь, состоящий из набора пьезокерамических шайб с чередующимся направлением поляризации, параллельным оси этого набора; электроды, расположенные между каждой парой пьезокерамических шайб, причем все нечетные и все четные электроды соединены с соответствующим выводом для подключения источника задающего сигнала; герметичный корпус, внутри которого размещен стержневой керамический преобразователь; по меньшей мере один толкатель, каждый из которых расположен напротив одного из торцов стержневого керамического преобразователя; упругие герморазвязки по числу толкателей, причем первый фланец каждой упругой герморазвязки герметично соединен с ответным фланцем соответствующего толкателя, а второй фланец каждой упругой герморазвязки соединен с ответным фланцем корпуса; по меньшей мере одну группу рычагов, каждый из которых радиально отходит от соответствующего торца стержневого керамического преобразователя, при этом один конец каждого рычага в группе шарнирно прикреплен к соответствующему торцу стержневого керамического преобразователя, другой конец каждого рычага в группе шарнирно прикреплен к соответствующему толкателю, а средняя часть каждого рычага в группе шарнирно прикреплена к неподвижной опоре.
Особенностью данного возбудителя является то, что место прикрепления каждого рычага к неподвижной опоре сдвинуто от середины рычага к тому его концу, который прикреплен к торцу стержневого керамического преобразователя.
Еще одной особенностью данного возбудителя является то, что каждая группа рычагов может содержать не менее трех рычагов, симметрично расположенных вокруг оси стержневого пьезокерамического преобразователя.
Еще одной особенностью данного возбудителя является то, что неподвижная опора прикреплена к корпусу.
Еще одной особенностью данного возбудителя является то, что на каждом торце стержневого пьезокерамического преобразователя поверх последних электродов расположены изолирующие прокладки.
Еще одной особенностью данного возбудителя является то, что корпус заполнен газом и снабжен вводным штуцером для ввода газа внутрь корпуса. При этом газ находится в корпусе под давлением, соответствующим максимальной рабочей глубине погружения возбудителя.
Наконец, еще одной особенностью данного возбудителя является то, что корпус снабжен герметичным вводом для внешних электрических подключений.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение иллюстрируется чертежами, на которых:
Фиг.1 представляет собой условную схему конструкции возбудителя по настоящему изобретению;
Фиг.2 показывает схему питания стержневого пьезокерамического преобразователя в возбудителе по фиг.1.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Как показано на фиг.1, возбудитель низкочастотных гидроакустических колебаний по настоящему изобретению содержит стержневой пьезокерамический преобразователь 1, толкатели 2, каждый из которых расположен напротив одного из торцов стержневого керамического преобразователя 1, и две группы рычагов 3. Все эти элементы размещены внутри герметичного корпуса 4, каждый из торцевых фланцев которого соединен с ответным фланцем соответствующей герморазвязки (сильфона) 5. Фланец каждого толкателя 2 соединен с другим ответным фланцем соответствующей герморазвязки (сильфона) 5. В результате внутренность корпуса 4 полностью герметизируется, и в то же время обеспечивается возможность колебаний каждого из толкателей 2. В принципе, возбудитель по настоящему изобретению может иметь только один толкатель 2, тогда другая сторона корпуса 4, где нет второго толкателя, герметично закрывается соответствующей крышкой (не показано). При этом в возбудителе отсутствуют также другая герморазвязка 5 и другая группа рычагов 3.
На корпусе 4 может быть предусмотрен герметичный ввод 6 для внешних электрических подключений. К корпусу 4 может быть жестко присоединен крепежный рым 7 для подвески возбудителя с помощью троса на нужной глубине.
В каждой группе рычагов имеется по меньшей мере три рычага 3, предпочтительно три или четыре, каждый из которых радиально отходит от соответствующего торца стержневого керамического преобразователя 1. Один конец каждого рычага 3 шарнирно прикреплен к соответствующему торцу стержневого керамического преобразователя 1, а другой конец каждого рычага 3 шарнирно прикреплен к соответствующему толкателю 2. Средняя же часть каждого рычага 3 шарнирно прикреплена к неподвижной опоре 8. Эти опоры 8 могут быть соединены с корпусом 4, либо опоры 8 каждой группы рычагов 3 соединяются между собой соответствующими штангами (не показано).
В предпочтительном случае опоры 8 расположены на кольце, прикрепленном к корпусу 4.
В предпочтительном варианте осуществления возбудителя по настоящему изобретению место прикрепления каждого рычага 3 к неподвижной опоре 8 сдвинуто от середины рычага 3 к тому его концу, который прикреплен к торцу стержневого керамического преобразователя 1. За счет этого обеспечивается усиление колебаний толкателя 2 относительно колебаний торца стержневого пьезокерамического преобразователя 1.
Предпочтительно, корпус 4 имеет цилиндрическую форму, ось которой совпадает с осью стержневого пьезокерамического преобразователя 1. При этом толкатели 2 выполнены в виде дисков, а их фланцы, соединяющиеся с соответствующими герморазвязками 4, находятся на краю этих дисков. В противном случае диски толкателей 2 выступают за свои фланцы, имея диаметр, превосходящий диаметр корпуса 4.
Как показано на фиг.2, стержневой пьезокерамический преобразователь 1 состоит из набора пьезокерамических шайб 9, в предпочтительном случае круглой формы. Направление 13 поляризации в каждой пьезокерамической шайбе 9 параллельно оси всего набора шайб, т.е. оси стержневого пьезокерамического преобразователя 1, причем это направление 13 поляризации чередуется от одной пьезокерамической шайбы 9 к другой. Между каждой парой пьезокерамических шайб 9 расположены электроды 10, причем все нечетные и все четные электроды 10 объединены вместе (11) и соединены с соответствующим выводом 12 для подключения источника задающего сигнала.
Электроды 10 могут быть нанесены на обе стороны каждой пьезокерамической шайбы 9 для удобства последующего соединения пьезокерамических шайб 9 в набор независимо от направления 13 поляризации каждой конкретной пьезокерамической шайбы 9.
На каждом торце стержневого пьезокерамического преобразователя 1 поверх последних (крайних) электродов 10 могут быть расположены изолирующие прокладки 14, предотвращающие электрический контакт между электродами 10 и толкателями 2 или рычагами 3.
Конструктивные размеры стержневого пьезокерамического преобразователя 1 рассчитываются на минимальные габариты с учетом допустимой механической нагрузки в наиболее тяжелом режиме работы в заданной полосе частот. Таким режимом является режим минимальной глубины погружения возбудителя (3-5 м).
В предпочтительном варианте осуществления возбудителя по настоящему изобретению корпус 4 заполнен газом (к примеру, сухим воздухом) и снабжен вводным штуцером 15 для ввода этого газа внутрь корпуса 4. Благодаря тому, что газ находится в корпусе 4 под давлением, предпочтительно соответствующим максимальной рабочей глубине погружения возбудителя, работа возбудителя по настоящему изобретению происходит эффективно вследствие того, что сжимающее усилие на внутренние части возбудителя сохраняется постоянным от поверхности и до заданной глубины. С технологической точки зрения это обстоятельство позволяет выполнять оценку прочностных и акустических характеристик готового возбудителя в условиях лабораторного бассейна или мелководного морского стенда, а не на заданной глубине.
Работа возбудителя низкочастотных гидроакустических колебаний по настоящему изобретению происходит следующим образом.
Возбудитель погружают на заданную глубину с помощью троса, прикрепленного к крепежному рыму 7. На выводы 12 подают сигнал от источника переменного напряжения требуемой частоты в заданной полосе частот. В результате пьезоэлектрического эффекта стержневой пьезокерамический преобразователь 1 начинает генерировать акустические колебания, которые через рычаги 3 передаются на толкатели 2 для возбуждения гидроакустических колебаний в толще воды.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает, наряду с расширением арсенала средств, более высокую мощность возбуждаемых колебаний за счет использования оригинальной конструкции рычагов. Помимо этого, дополнительный технический результат заключается в обеспечении более благоприятного режима работы возбудителя на любой глубине погружения.