многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна
Классы МПК: | H04R17/00 Пьезоэлектрические преобразователи; электрострикционные преобразователи H04R1/44 специальные приспособления для использования под водой, например для гидрофонов |
Автор(ы): | Голубева Г.Х., Елфимов Б.М. |
Патентообладатель(и): | Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1989-07-06 публикация патента:
10.08.1997 |
Использование: в гидроакустике. Сущность изобретения: антенна содержит протяженные стержневые пьезоэлементы в форме трапеции, боковые и тыльные отражающие экраны. Пьезоэлементы установлены с чередованием больших и меньших оснований, а обращенные одна к другой поверхности пьезолементов компланарны. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, содержащая протяженные стержневые пьезоэлементы, боковые и тыльные экраны, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, технологичности и упрощения конструкции, поперечное сечение протяженных стержневых пьезоэлементов имеет форму трапеции, а плоскости обращенных друг к другу поверхностей соседних протяженных стержневых пьезоэлементов компланарны, при этом протяженные стержневые пьезоэлементы установлены с чередованием больших и меньших оснований, а экраны выполнены отражающими.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к гидроакустике, а более конкретно антенной технике, и может быть использовано при конструировании гидролокационных станций. Известны многоэлементные гидроакустические антенны, содержащие стержневые электроакустические преобразователи, элементы крепления, экранирования и герметизации, в которых преобразователи выполнены либо не связанными между собой механически, либо закреплены на общей излучающей (приемной) накладке (см. например, Справочник "Подводные электроакустические преобразователи". Л. Судостроение, 1983, с. 98 и 99). Выбор геометрии преобразователей производится с учетом всего комплекса требований по электроакустическим параметрам антенны, включая направленность и конструктивное ее оформление. При решении вопроса о наружных размерах преобразователей исходят, с одной стороны, из его направленных свойств, а с другой, из резонансных, оценивая соответственно его размеры относительно длины волны на рабочей частоте антенны в рабочей среде![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087002/955.gif)
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087002/955.gif)
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087002/955.gif)
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087002/955.gif)
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087082/8811.gif)
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087002/955.gif)
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087002/955.gif)
поперечное сечение протяженных пьезоэлементов в плоскости резонансного размера выполнено трапециевидным;
сопредельные боковые поверхности пьезоэлементов компланарны;
пьезоэлементы установлены в антенне с чередованием большего и меньшего оснований трапециевидного сечения;
экраны выполнены отражающими. Экспериментально было установлено, что выполнение сечения протяженных стержневых пьезоэлементов трапециевидным в направлении резонансного размера (по толщине) объединяет спектр их собственных частот, т.е. сводит к минимуму высшие моды колебаний вдоль стержня и позволяет выделить основную резонансную частоту пьезоэлементов в плоскости их резонансного размера. Это позволило отказаться от поглощающих экранов, а в совокупности с предложенными техническими решениями в части взаимного расположения пьезоэлементов повысить эффективность антенны и технологичность и упростить ее конструкцию. Авторам не известны технические решения, содержащие признаки, отличающие предложенное техническое решение от прототипа, что позволяет считать его соответствующим критерию "существенные отличия". На фиг. 1 приведена конструкция предложенной антенны; на фиг. 2 - частотные характеристики проводимости: а) преобразователей, б) антенны в целом; на фиг. 3 частотная характеристика потребляемой электрической мощности. Антенна содержит протяженные стержневые пьезоэлементы 1 трапециевидного сечения в направлении их толщин (высоты трапеций), отражающие акустические экраны 2 (боковые и тыльные), герметизация осуществлена полимером 3, например полиуретаном. Компланарность боковых поверхностей пьезоэлементов 1 в совокупности с чередованием большего и меньшего оснований трапециевидных пьезоэлементов 1 способствуют усилению эффекта их однорезонансности и достижению положительного эффекта антенны в целом. Электромонтаж и кабельные вводы на чертеже не указываются. Антенна работает следующим образом. При подведении к электроакустическим преобразователям 1 электрического напряжения электрическая энергия преобразуется в звуковую, излучаемую в рабочую среду со стороны рабочей поверхности преобразователей, при приеме происходит обратное преобразование. При этом, поскольку частота возбуждения антенны практически совпадает с частотой их собственного ярко выраженного резонанса (по толщине трапецеидальных протяженных стержневых пьезоэлементов), так как паразитные колебания вдоль стержня не проявляются, экраны 2 выполнены отражающими, акустически жесткими, например, из титана (допускается выполнение их акустически мягкими, например, из резины марки 10087 или импедансными), что дает максимум отражения звуковой энергии тыльного излучения (приема) преобразователями, а, как итог, удвоение чувствительности в режимах излучения приема при одновременном упрощении конструкции и повышении технологичности антенны, а значит и трудозатрат на ее изготовление. Для выявления технического эффекта был изготовлен макет, полностью отвечающий заявленному техническому решению. Макет был выполнен из девяти трапецеидальных преобразователей в виде протяженных стержневых трапециевидного сечения пьезоэлементов полуволновой толщины (в направлении резонансного размера), равной 0,5
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087002/955.gif)
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087020/8771.gif)
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087002/955.gif)
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087020/8771.gif)
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087002/955.gif)
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087082/2087082t.gif)
![многоэлементная резонансная гидроакустическая антенна, патент № 2087082](/images/patents/385/2087019/920.gif)
Класс H04R17/00 Пьезоэлектрические преобразователи; электрострикционные преобразователи
Класс H04R1/44 специальные приспособления для использования под водой, например для гидрофонов