УЛЬТРАЗВУКОВОЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ПРИЕМО-ПЕРЕДАЮЩИЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к системам связи и телемеханики и может быть использована для передачи сообщений информационного или управляющего характера на кораблях и судах военного и гражданского назначении, в административных и жилых комплексах.
Известен УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Патент РФ №2159517 от 20.11.2000
Обеспечивается возможность использования ультразвукового преобразователя как в качестве передатчика, так и в качестве приемника, при любом статическом давлении для излучения в текучие среды. Ультразвуковой преобразователь содержит корпус, заканчивающийся плотной мембраной, который установлен во внешней раме и имеет в качестве колебательного элемента пьезоэлектрический диск, поддерживаемый в центре корпуса и имеющий электроды на своих передней и задней сторонах, опору, которая закреплена в корпусе и в которой установлен пьезоэлектрический диск, и электрический экран, проложенный между опорой и пьезоэлектрическим диском и находящийся в электрическом контакте с электродом на передней стороне пьезоэлектрического диска. Часть электрического экрана образует центрирующие средства, которые центрируют пьезоэлектрический диск.
Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ Патент ПМ 19619 от 10.09.2001
Устройство для передачи сообщений, содержащее последовательно соединенные формирователь сообщения, усилитель, передатчик, линия передачи сообщения, приемник, усилитель и преобразователь сообщения. Передатчик (преобразователь) выполнен в виде пьезоэлектрического вибратора, закрепленного на твердой металлической поверхности. Приемник выполнен в виде пьезоэлектрического акселерометра, закрепленный также на твердой металлической поверхности. В качестве линии передачи используется металлическая оболочка корпуса судна, на котором закреплены вибратор передатчика и акселерометр приемника.
Техническая проблема заключается в том, чтобы преобразование электрического сигнала в ультразвук и наоборот выполнялось одинаковыми ультразвуковыми преобразователями - пьезоэлектрическими пластинами, для того, чтобы один и тот же акустический модуль использовать как для передач, так и для приема ультразвукового сигнала.
Технический результат от использования полезной модели заключается в снижении уровня помех и соответственно обеспечения стабильной работы приемо-передающего акустического модуля.
Совокупность элементов приемо-передающего акустического модуля, а именно: пьезокерамическая пластина с собственной частотой, связанной с оптимальной толщиной данной пластины, жидкий контактный слой (иммерсионная жидкость - масло), звукопроводящий эластичный слой - позволяет снизить уровень помех в процессе приема и передачи сигнала.
Диаметр основного лепестка диаграммы направленности пьезоэлемента зависит от длины пути, пройденного ультразвуковым сигналом, размера пьезоэлемента, частоты сигнала, скорости звука в материале (используемый материал в нашей полезной модели выбран таким образом, чтобы скорость распространения звука в нем не увеличивала ширину диаграммы направленности). Ширина основного лепестка диаграммы направленности не должна превосходить линейные размеры пьезоэлемента, чтобы на пьезоэлемент не попадала часть ультразвуковой энергии неосновного сигнала, которая создает высокий уровень помех.
Ультразвуковой акустический приемо-передающий модуль выполнен в виде пьезокерамической пластины с собственной резонансной частотой около 4-5 МГц, которая установлена на металлической пластине, закрепленной на стене корпуса корабельного отсека, между упомянутой металлической пластиной и металлической стеной корпуса выполнен звукопроводящий эластичный слой, между эластичным слоем и стеной корпуса находится контактная иммерсионная жидкость, на другой стороне пьезокерамической пластины приклеен ультразвуковой демпфер.
Основой приемо-передающего акустического модуля является пьезокерамическая пластина с собственной резонансной частотой около 4-5 МГц.
Пьезокерамическая пластина установлена на металлическую основу (промежуточная пластина из стали), которая обеспечивает передачу ультразвукового сигнала от пьезокерамической пластины к металлической стене корабельного отсека, к которой она крепится.
Между промежуточной пластиной и стеной корпуса корабельного отсека выполнен звукопроводящий эластичный слой из резины, эбонита или полистирола, т.е. материала, хорошо проводящего ультразвук.
Между звукопроводящим эластичным слоем и стеной корпуса корабельного отсека находится контактная иммерсионная жидкость, например:
Кедровое или минеральное масло (показатель преломления 1,515)
Водный раствор глицерина (1,434)
Вазелиновое масло (1,503)
К противоположной стороне пьезокерамической пластины приклеен ультразвуковой демпфер, который предназначен для снижения добротности колебательной системы и увеличения полосы пропускания.
В качестве материала ультразвукового демпфера могут быть использованы следующие материалы:
1) Материал ультразвукового демпфера состоит из спеченной бронзографитовой композиции состава, мас., %:
Медь 82-90;
Олово 7-12;
Графит 3-6
-3
при плотности 4,6-5,2 103 кг/м и пористости 32-40%. (из патента №1698751 от 22.08.1989);
2) Смесь литых смол с порошковыми наполнителями. Выбором состава смеси и типа наполнителя можно варьировать импеданс в широких пределах. В качестве наполнителя часто используют тонко измельченный вольфрамовый порошок.
3) Гетерогенные материалы в виде эпоксидной смолы (или акриловая) или другого материала и порошкообразного наполнителя (карбид титана, вольфрам и свинец) с размером частиц, значительно меньшим длины волны;
4) При изготовлении демпферов широко применяются силикон, полиуретан, каучук, сырая резина.
На фиг. 1 представлен ультразвуковой акустический приемо-передающий модуль, который включает пъезокерамическую пластину (5), установленную на промежуточной металлической пластине из стали (4), между этой металлической пластиной (4) и металлической стеной корпуса корабельного отсека (1) находятся звукопроводящий эластичный слой (3) и контактная иммерсионная жидкость (2), к противоположной стороне пьезокерамической пластины (5) приклеен ультразвуковой демпфер (6).
При работе акустический приемо-передающего модуля, как передающего обеспечивается передача ультразвукового сигнала через металлическую стену корабельного отсека (1) к пьезокерамической пластине (5) через звукопроводящий эластичный слой (3) и контактную иммерсионную жидкость (2).