ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Заявляемая полезная модель относится к области эксплуатации трубопроводов, в том числе к датчикам акустических сигналов, в частности к электроакустическим преобразователям.
Известен пьезорезонансный измерительный преобразователь давления (Патент РФ №2282837 опубликован 27.08.2006), содержащий корпус с рабочей камерой, помещенный в рабочую камеру сенсор и гермоввод, причем сенсор состоит из нескольких, жестко соединенных друг с другом, деталей, выполненных из кристаллического кварца, а в полости сенсора сформирован тензочувствительный пьезорезонатор с тонкопленочными электродами, края которого жестко соединены со стенками полости. Детали сенсора имеют форму пластин и жестко соединены по периферийным областям больших граней в пакет, полость образована углублениями в соединяемых гранях пластин, тензочувствительный пьезорезонатор изгибных колебаний сформирован во внутренней пластине пакета посредством сквозных отверстий в ней и состоит из двух одинаковых стержней, параллельных друг другу и соединяемым граням, причем концы стержней объединены общей периферией и жестко соединены с внешними пластинами пакета.
Основными недостатками известного преобразователя давления, являются низкая чувствительность, надежность и технологичность.
Наиболее близким аналогом является преобразователь абсолютного давления на основе КНС-структур (Патент РФ №92955 опубликован 10.04.2010). Преобразователь с тензорезисторами, токоведущими дорожками и контактными площадками. Чувствительный элемент выполнен в виде свакуумированной анероидной коробочки, установленной на эластичный клей в стальной корпус с гермопроходниками и электрически контактирующей с гермопроходниками посредством тонких проволочек, присоединенных микросваркой, защищенный от воздействий окружающей среды стальной мембраной, приваренной к корпусу, внутренний объем которого заполнен кремнийорганической жидкостью для передачи давления от стальной мембраны к мембране чувствительного элемента.
Основными недостатками известного аналога также являются низкая чувствительность, надежность и технологичность.
Целью заявляемой полезной модели является устранение перечисленных недостатков для достижения таких технических результатов, как повышение чувствительности, надежности прибора и технологичности его изготовления.
Поставленная цель достигается следующим образом: электроакустический преобразователь, состоящий из внешнего металлического корпуса, содержащего дополнительный внутренний корпус в виде герметичной коробки, в котором на мембране установлен чувствительный элемент, в котором в качестве мембраны используется дно внутреннего корпуса, на котором установлен чувствительный элемент, внутренний корпус закреплен в открытом внешнем корпусе с помощью гермопроходника, обеспечивающего вывод контактов от чувствительного элемента на поверхность внешнего корпуса.
Электроакустический преобразователь в частности может характеризоваться тем, что в качестве чувствительного элемента применен пьезокерамический элемент.
Электроакустический преобразователь в частности может характеризоваться тем, что в качестве чувствительного элемента применен элемент на основе полупроводниковых тензорезисторов.
Электроакустический преобразователь в частности может характеризоваться тем, что в качестве материала внутреннего корпуса применен материал с коэффициентом теплового расширения близким коэффициенту теплового расширения чувствительного элемента.
Электроакустический преобразователь в частности может характеризоваться тем, что в качестве материала внутреннего корпуса применен титановый сплав.
Электроакустический преобразователь в частности может характеризоваться тем, что в качестве материала внутреннего корпуса применен тантал.
Электроакустический преобразователь в частности может характеризоваться тем, что в качестве материала внутреннего корпуса применен молибден.
Электроакустический преобразователь в частности может характеризоваться тем, что в качестве материала внутреннего корпуса применена сталь.
На Фиг. 1 схематично изображен общий вид заявляемого устройства в разрезе, на Фиг. 2 представлен электроакустический преобразователь в рабочем состоянии на трубопроводе, в разрезе, где цифрами обозначено:
1. Внешний металлический корпус.
2. Внутренний корпус.
3. Чувствительный элемент.
4. Гермопроходник.
5. Открытая полость между внешним и внутренним корпусами.
6. Резьба.
7. Оболочка трубопровода.
8. Контактное отверстие в оболочке трубопровода.
9. Внутренняя полость трубопровода.
Представленный на фигурах электроакустический преобразователь, устроен следующим образом.
На внешнем металлическом корпусе 1 расположен гермопроходник 4, закрепленный, например клеевым соединением, на котором закреплен внутренний корпус 2, с чувствительным элементом 3. В качестве материала внутреннего корпуса 2 может быть применен материал с коэффициентом теплового расширения, близким коэффициенту теплового расширения чувствительного элемента, обеспечивающий повышение надежности соединения корпуса 2 и элемента 3. Материалом внутреннего корпуса 2 может служить, например титановый сплав, обеспечивающий высокую прочность, или тантал, обеспечивающий высокую коррозионную стойкость, или молибден, обеспечивающий коэффициент теплового расширения равный коэффициенту теплового расширения пьезокерамического элемента, которые увеличивают надежность конструкции прибора; или сталь, как более доступный и технологичный при обработке материал. А в качестве чувствительного элемента 3 может применяться, например пьезокерамический элемент, как обеспечивающий повышение чувствительности при высоких частотах, или элемент на основе полупроводниковых тензорезисторов, как обладающий наиболее стабильными характеристиками, обеспечивающими повышенную чувствительность в области низких частот. При этом внутренний и внешний корпус разделяет открытая полость 5.
Представленный на фигурах электроакустический преобразователь, действует следующим образом.
Открытый полый внешний металлический корпус 1, выполненный, например, в виде открытого цилиндра, на внешней стороне которого может располагаться резьба 6, ввинчивается в контактное отверстие 8, с ответной резьбой, оболочки трубопровода 7, таким образом, получая контакт с рабочей средой, распространяющейся по внутренней полости трубопровода 9. На дефекте трубопровода (например, разгерметизация) возникает источник акустических волн. Акустические волны, распространяющиеся в рабочей среде, проникают в открытую полость 5 и воздействуют на мембрану внутреннего корпуса 2, вызывая ее деформацию. Деформация внутреннего корпуса 2 передается на чувствительный элемент 3 и формирует в нем электрический сигнал, который по проводнику гермопроходника 4 поступает к внешнему нормирующему устройству, преобразующему электрический сигнал с чувствительного элемента в унифицированный электрический сигнал, который поступает, например на входной порт компьютера.
Крепление корпуса с чувствительным элементом, только через гермопроходник, позволяет минимизировать внешние воздействия, за счет снижения механической зависимости к внешнему корпусу, что, в частности повышает надежность получения точного сигнала прибора. Использование внешнего полого корпуса повышает чувствительность прибора за счет поступления рабочей жидкости непосредственно на чувствительную мембрану, минуя препятствия, в частности оболочку внешнего корпуса, через который должен идти сигнал, а упрощенный механизм сборки обеспечивает технологичность изготовления.
Располагая преобразователи, в том числе, группами, на определенном расстоянии друг от друга, можно проводить дефектоскопию трубопровода.
Таким образом, расположение пъезоэлемента во внутреннем открытом полом корпусе, соединенного с внешним через гермопроходник, позволяет добиться заявляемых технических результатов, а именно повышение чувствительности, надежности прибора и технологичности его изготовления.
Промышленная применимость.
Заявляемый электроакустический преобразователь может быть, в том числе, изготовлен в мастерских в составе специализированных измерительных лабораторий, и может, в частности использоваться для дефектоскопии крупных промышленных объектов, например магистральных трубопроводов.