ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Гидроакустический преобразователь.
Полезная модель относится к гидроакустической технике, и может быть использована при конструировании гидроакустических преобразователей, входящих в состав гидроакустических антенн, или одиночных измерительных гидроакустических преобразователей.
В настоящее время наиболее технологичным является герметизация активных элементов гидроакустических преобразователей полимерными компаундами 1  или резиновыми покрытиями 2 , стр. 124.
При этом возникают две проблемы, связанные с таким видом герметизации:
-низкий срок службы по гидроизоляции, обусловленный свойством полимерных материалов адсорбировать воду 3 и
-необходимость электрического эфанирования активного элемента от воздействия внешних электрических полей.
Известны гидроакустические преобразователи, для повышения гидроизоляции которых герметизирующий полимерный компаунд наносят в несколько слоев с разными характеристиками 4, 5. Однако кардинальным образом решить проблему гидроизоляции в этих конструкциях не удается., поскольку все полимеры проницаемы для воды. Кроме того, процесс формирования контура герметизации из нескольких слоев с разными характеристиками является в принципе многоэтапным, что существенно усложняет технологию и время изготовления преобразователя.
МПКН04Р17/00, H04R1/44
Известен гидроакустический преобразователь 2,содержащий активный элемент, который представляет собой один цилиндрический пьезоэлемент, герметизированный по образующей резиновым покрытием и имеющий электрический экран в виде металлической сетки, отделенной от резинового покрытия зазором. Такой эфан не влияет на гидроизоляцию гидроакустического преобразователя, поскольку прбницаем для воды, а эффективность экранирования такого экрана низка, поскольку зависит от коэффициента перфорации металлической сетки, которая к тому же при работе преобразователя имеет непосредственный контакт с водной средой.
Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемой полезной модели является гидроакустический преобразователь, описанный в 2 на стр. 125. Этот гидроакустический преобразователь также как предыдущий аналог содержит активный элемент, выполненный на одном цилиндрическом пьезоэлементе. Активный элемент герметизирован эластичным полимерным компаундом. На наружную поверхность активного элемента методом металлизации нанесено тонкое металлическое покрытие, представляющее собой электрический эфан.
Недостатком гидроакустического преобразователя- прототипа является малый срок службы по гидроизоляции и недостаточно эффективное электрическое экранирование, фоме того, технология его изготовления является сложной и дорогостоящей. Действительно, добиться сплошности металлического покрытия путем металлизации поверхности полимера практически невозможно, даже при металлизации в несколько слоев, особенно если гидроакустический преобразователь имеет сложную форму, острые кромки и т.д., а непосредственный контакт электрического экрана с водой при
W/ gf/3
работе гидроакустического преобразователя, существенно снижает эффективность экранирования.
Задачей полезной модели является повышение срока службы по гидроизоляции, улучшение электрического эфанирования гидроакустического преобразователя при повышении технологичности и снижении стоимости гидроакустического преобразователя.
Для решения поставленной задачи в известном гидроакустическом преобразователе, содержащем герметизированный эластичным полимерным компаундом активный элемент, выполненный по крайней мере на одном пьезоэлементе, электрический эфан и кабель, введены новые признаки, и именно: электрический экран выполнен в виде кожуха из металлической фольги и электрически соединен с эфаном кабеля, во внутренней полости кожуха из металлической фольги расположен активный элемент, а на наружной поверхности, нормальной к поверхности электродов пьезоэлементов, кожух из металлической фольги, имеет два технологических отверстия для заполнения эластичным полимерным компаундом его внутреннего объема, расположенные напротив друг друга по разные стороны от активного элемента, при этом с наружной стороны кожух из металлической фольги покрыт слоем эластичного полимерного компаунда, герметизирующего активный элемент.
Максимальный эффект по гидроизоляции и электрическому экранированию достигается, если технологические отверстия выполнены с возможностью их перефытия фольгой после заполнения эластичным полимерным компаундом внутреннего объема кожуха из металлической фольги.
1ШШ1
срока службы преобразователя по герметичности и повышение помехозащищенности от воздействия внешних электрических полей. Увеличение срока службы гидроакустического преобразователя по герметичности достигается за счет того, что электрический экран, выполненный из металлической фольги, является идеальным препятствием для проникновения воды к электродам пьезоэлементов. Даже если в кожухе имеются технологические отверстия, они выполнены со стороны боковых поверхностей активного элемента, где имеется возможность увеличить суммарный слой эластичного полимерного компаунда до размера, гарантировано обеспечивающего заданный срок службы без ухудшения акустических параметров гидроакустического преобразователя.
Высокая эффективность элеюгрического эфана объясняется тем, что наружная поверхность эфана отделена от воды слоем эластичного полимерного компаунда, являющегося диэлектриком, при этом технологические отверстия расположены со стороны боковых поверхностей пьезоэлементов и перпендикулярно к поверхности электродов пьезоэлементов.
При таком расположении экрана относительно пьезоэлементов и наружной поверхности преобразователя резко уменьшается паразитная электрическая емкость между электродами пьезоэлемента и наружной поверхностью преобразователя, что приводит к существенному подавлению внешних эле1стрических помех (наводок), поскольку ослабление наводок в соответствии с  6  при присоединении электрического экрана с эфаном кабеля, одной из жил кабеля, называемой нулевой, и металлическим корпусом прибора, например, усилителя, к которому подсоединяется преобразователь, определяется выражением
(
Спар - паразитная электрическая емкость между наружной поверхностью преобразователя, соприкасающегося с водой, и сигнальным электродом активного элемента,
Ссэ - электрическая емкость между сигнальным электродом активного элемента и электрическим экраном,
Со - электрическая емкость между сигнальной и нулевой жилами преобразователя.
Сущность полезной модели поясняется Фиг.1, на которой схематически показан предложенный гидроакустический преобразователь.
Предложенный гидроакустический преобразователь содержит активный элемент, состоящий из четырех пьезоэлементов 1, выполненных в виде дисков с электродами на плоских поверхностях, установленных в обойму 2, имеющую форму параллелепипеда. Обойма 2 изготовлена из резины или эластичного полимерного компаунда и имеет на наружной поверхности бобышки 3. Обойма 2 с пьезоэлементами 1 установлена во внутренней полости электрического экрана 4, выполненного в виде кожуха из металлической фольги, имеющего коробчатую форму. Бобышки 3 предназначены для ориентации кожуха 4 относительно активных элементов. В кожухе на боковой поверхности нормальной поверхности электродов пьезоэлементов выполнены технологические отверстия 5 для заливки внутренней полости кожуха эластичным полимерным компаундом. В данной конструкции гидроакустического преобразователя боковые торцы кожуха выполнены открытыми. Объем между активными элементами и кожухом заполнен эластичным полимерным компаундом 6. Этим же компаундом покрыта наружная поверхность кожуха в том числе и со стороны открытых торцов. Кабель 7 закреплен в обойме с помощью ввода 8. Для увеличения жесткости
Мсшп
ввод имеет специальную втулку 9. Если активные элементы имеют другую форму, то форма кожуха будет иной. Элеюгрический экран 4 электрически соединен с экраном кабеля (на чертеже не показан).
. На фиг.2 показан преобразователь аналогичной конструкции, в котором открытые торцы кожуха 4 снабжены фышками 10 из такой же металлической фольги, из которой выполнен кожух .
При изготовлении преобразователя активные элементы 1 и кабель 7 устанавливают в обойму 2. Затем на обойму одевают выполненный в виде кожуха электрический экран 4. Кожух фиксируют в заданном положении благодаря необходимому количеству бобышек 3 обоймы 2 .При этом заготовка кожуха может быть различной формы, например, из двух частей, соединяемых между собой механически и электрически после установки на обойму с активными элементами. Сборка активных элементов с кожухом и кабелем устанавливается в заливочную форму. При этом фиксация положения в форме производится путем закрепления кабельного ввода 8 в заливочной форме. Затем производится заливка, причем в пространство между кожухом и активными элементами компаунд заливается через открытые торцы 5 кожуха 4. При выполнении кожуха в соответствии с фиг. 2 открытые торцы 5 в процессе заливки до полимеризации компаунда закрывают крышками, выполненными как отогнутая на время заливки часть кожуха.
Предложенный гидроакустический преобразователь работает следующим образом. Гидроакустический сигнал, распространяющийся в воде, достигая приемника, проходит последовательно через наружный слой компаунда, электрический экран и слой компаунда внутри кожуха, воздействует на активный элемент, вызывая деформацию входящих в него пьезоэлементов.
При этом на выходе активного элемента в силу пьезоэффекта, присущего пьезоэлементам, возникает электрический сигнал.
Предложенный гидроакустический преобразователь, конструкция которого показана на фиг.1, герметизированный полиуретановым компаундом СКУ ППЛ 2001, содержащий электрический экран с двумя технологическими отверстиями на противоположных боковых поверхностях, выполненный из латунной фольги толщиной 0,05 мм при габаритных размерах 10x10x3 см имеет срок службы по герметичности по данным приведенным в 3 . , примерно 25 лет.
Для преобразователя, показанного на фиг.1 с открытыми технологическими отверстиями в экране, экран обеспечивает подавление внешних электрических помех на величину 60-70 дБ, а для преобразователя, показанного на фиг.2 с закрытыми торцами - на 75-85 дБ.
7жл(а( .
Источники информации:
1.Подводные электроакустические преобразователи. Справочник Богородский В.З. и др.Л 1983г., стр. 90-91.
2.Ананьева А.А. Керамические источники звука.М 1963г., стр.124-125.
3.Р.Бэррер.Диффузия в твердых телах М.1948, стр.28
4.. Патент США №5220538 по кл. H04R17/00
5.. Патент США №4700333 по кл. H04R17/00
6.Волин М.Л. Паразитные связи и наводки. М. 1960г.стр.41-46.