Циліндричний гідроакустичний перетворювач

Реферат: Циліндричний гідроакустичний перетворювач містить циліндричну герметизовану п'єзокерамічну оболонку, яка має внутрішню порожнину циліндричного типу відносно поздовжньої осі зазначеної герметизованої п'єзокерамічної оболонки, заповнену рідиною. В внутрішню порожнину герметизованої п'єзокерамічної оболонки вбудовано циліндричне тіло, яке має висоту, не меншу висоти герметизованої п'єзокерамічної оболонки, при цьому циліндричне тіло виконано з можливістю зміни свого зовнішнього діаметра в межах від 0,1 до 0,8 внутрішнього діаметра герметизованої п'єзокерамічної оболонки, зазначене циліндричне тіло розміщено у внутрішній порожнині герметизованої п'єзокерамічної оболонки вісесиметрично її поздовжньої осі. UA 99064 U (12) UA 99064 U UA 99064 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі морського озброєння, зокрема до гідроакустики, а саме, до гідроакустичних перетворювачів, і може бути використана, наприклад, в корабельних та гелікоптерних гідроакустичних станціях. Найбільш близьким технічним рішенням як за суттю, так і за задачею, що вирішується, яке вибрано за найближчий аналог (прототип), є циліндричний гідроакустичний перетворювач, який містить герметизовану п’єзокерамічну оболонку, що має внутрішню порожнину циліндричного типу відносно поздовжньої осі зазначеної герметизованої п'єзокерамічної оболонки, заповнену рідиною [1]. При використанні зазначеного циліндричного гідроакустичного перетворювача його резонансну частоту змінюють відносно резонансної частоти п'єзокерамічної оболонки шляхом зміни розмірів внутрішньої порожнини п'єзокерамічної оболонки - її діаметра, висоти та фізичних параметрів рідини: густини та швидкості звуку в її внутрішній порожнині [2]. До недоліків відомого циліндричного гідроакустичного перетворювача, вибраного за найближчий аналог (прототип), належить неможливість дистанційного управління його резонансними частотами у часі в процесі функціонування гідроакустичної станції при її експлуатації шляхом вибору потрібного значення частоти з метою раціональної адаптації гідроакустичної станції, в якій використовуються такі гідроакустичні перетворювачі, до змінних умов експлуатації гідроакустичної станції. В основу корисної моделі поставлена задача шляхом введення до складу циліндричного гідроакустичного перетворювача циліндричного тіла, що може змінювати свій зовнішній діаметр при дистанційному управлінні в межах від 0,1 до 0,8 діаметра внутрішньої порожнини герметизованої п'єзокерамічної оболонки за допомогою пристрою зміни діаметра циліндричного тіла, та виконання бокової поверхні циліндричного тіла за своїми акустичними характеристиками близькою або до м'якої, або до жорсткої, забезпечити можливість дистанційної зміни резонансних частот циліндричного гідроакустичного перетворювача в будьякий момент часу без зміни його габаритних розмірів. Суть технічного рішення в циліндричному гідроакустичному перетворювачі, що містить герметизовану п'єзокерамічну оболонку, яка має внутрішню порожнину циліндричного типу відносно поздовжньої осі зазначеної герметизованої п'єзокерамічної оболонки, заповнену рідиною, полягає в тому, що у внутрішню порожнину герметизованої п'єзокерамічної оболонки вбудовано циліндричне тіло, яке має висоту, не меншу висоти герметизованої п'єзокерамічної оболонки, при цьому циліндричне тіло виконано з можливістю зміни свого зовнішнього діаметра в межах від 0,1 до 0,8 внутрішнього діаметра герметизованої п'єзокерамічної оболонки, зазначене циліндричне тіло розміщено у внутрішній порожнині герметизованої п'єзокерамічної оболонки вісесиметрично її поздовжньої осі. Суть корисної моделі полягає і в тому, що зміну зовнішнього діаметра циліндричного тіла здійснюють дистанційно за допомогою пристрою зміни діаметра. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що бокову поверхню циліндричного тіла виконано за своїми акустичними характеристиками близькою до м'якої або до жорсткої. Рішення технічної задачі зміни резонансних частот в циліндричному гідроакустичному перетворювачі, що заявляється, дійсно можливе тому, що імпеданс випромінювання п'єзокерамічної оболонки у внутрішню порожнину є реактивним і приймає безпосередню та значну участь у створенні резонансів циліндричного гідроакустичного випромінювача поряд з реактивними складовими механічного опору герметизованої п'єзокерамічної оболонки та опору випромінювання циліндричного гідроакустичного перетворювача у зовнішнє середовище [3]. Порівняльний аналіз запропонованого технічного рішення з прототипом дозволяє зробити висновок, що циліндричний гідроакустичний перетворювач, який заявляється, відрізняється тим, що у внутрішню порожнину його герметизованої п'єзокерамічної оболонки вбудовано циліндричне тіло, яке має висоту, не меншу висоти герметизованої п'єзокерамічної оболонки, циліндричне тіло виконано з можливістю зміни свого зовнішнього діаметра в межах від 0,1 до 0,8 внутрішнього діаметра герметизованої п'єзокерамічної оболонки, зазначене циліндричне тіло розміщено у внутрішній порожнині герметизованої п'єзокерамічної оболонки вісесиметрично її поздовжньої осі, зміну зовнішнього діаметра циліндричного тіла здійснюють дистанційно за допомогою пристрою зміни діаметра, бокову поверхню циліндричного тіла виконано за своїми акустичними характеристиками або близькою до м'якої, або до жорсткої. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображено загальний вигляд циліндричного гідроакустичного перетворювача, на фіг. 2 зображені залежності резонансних частот циліндричного гідроакустичного перетворювача від розмірів діаметрів циліндричного тіла та внутрішнього діаметра герметизованої п'єзокерамічної оболонки. Циліндричний гідроакустичний перетворювач 1 містить (як варіант конструктивного виконання - див. схему на фіг. 1) герметизовану п'єзокерамічну оболонку 2 з внутрішнім радіусом Dвн. її внутрішня порожнина заповнена рідиною 3. Конструктивно і технологічно 1 UA 99064 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вісесиметричний акустичний екран, який виконано у вигляді циліндричного тіла 4 з зовнішнім діаметром Dтілa, вбудовано у внутрішню порожнину герметизованої п'єзокерамічної оболонки 2 циліндричного гідроакустичного перетворювача 1 - див. схему на фіг. 1. Циліндричне тіло 4 має: - висоту, не менше висоти герметизованої п'єзокерамічної оболонки 2; - змінний в межах від ОД Dвн до 0,8 Dвн зовнішній діаметр Dтіла, розмір якого управляється дистанційно; - бокову поверхню, яка за своїми акустичними характеристиками виконана близькою або до м'якої, або до жорсткої. Для забезпечення зміни діаметра Dтіла до складу циліндричного гідроакустичного перетворювача входить пристрій 5 зміни зовнішнього діаметра Dтіла циліндричного тіла 4. Конструктивно і технологічно пристрій 5 зміни зовнішнього діаметра Dтіла циліндричного тіла 4 вбудовано у внутрішню порожнину циліндричного тіла 4. Задача корисної моделі вирішується наступним чином: - при електричному збудженні герметизованої п'єзокерамічної оболонки 2 циліндричного гідроакустичного перетворювача 1 починають здійснюватись радіальні пульсуючі коливання завдяки центральній симетрії герметизованої п'єзокерамічної оболонки 2; - бокові поверхні герметизованої п'єзокерамічної оболонки 2 збуджують оточуюче середовище як зовні, так і всередині, оскільки герметизована п'єзокерамічна оболонка 2 повністю герметизована, а її внутрішня порожнина заповнена рідиною 3; - циліндрична хвиля тиску, що випромінюється внутрішньою боковою поверхнею герметизованої п'єзокерамічної оболонки 2, досягає зовнішньої поверхні циліндричного тіла 4, відбивається від неї та повертається до внутрішньої поверхні випромінюючої герметизованої п'єзокерамічної оболонки 2, при цьому амплітуда та фаза відбитої від циліндричного тіла 4 хвилі тиску визначаються акустичними властивостями поверхні циліндричного тіла 4 та відстанню  між внутрішньою поверхнею герметизованої п'єзокерамічної оболонки 2 і зовнішньою поверхнею циліндричного тіла; - відбувається багатократний обмін акустичною енергією між цими двома поверхнями, яка при заданій випромінюючій поверхні герметизованої п'єзокерамічної оболонки 2 визначається розміром поверхні циліндричного тіла 4; - отримується ефект акустичного резонансу циліндричного гідроакустичного перетворювача 1, а шляхом зміни параметрів однієї із складових коливальної системи «зовнішнє водне середовище - герметизована п'єзокерамічна оболонка - об'єм рідини між оболонкою та циліндричним тілом у внутрішній порожнині герметизованої п'єзокерамічної оболонки циліндричне тіло» циліндричного гідроакустичного перетворювача 1, здійснюється управління його резонансними властивостями. Оскільки в цій системі дистанційно та в будь-який момент часу можливо управляти лише розмірами діаметра циліндричного тіла 4, то зміна діаметра в заданих межах приводить до зміни резонансних частот циліндричного гідроакустичного перетворювача 1. Необхідно зазначити, що характер цих змін, що визначається тим, що збільшуються чи зменшуються резонансні частоти пер циліндричного гідроакустичного перетворювача 1 по відношенню до резонансної частоти об його герметизованої п'єзокерамічної оболонки 2, залежить від акустичних властивостей поверхні циліндричного тіла 4. Фізичне пояснення впливу циліндричного тіла 4 на спектральні властивості циліндричного гідроакустичного перетворювача 1, що заявляється, таке. У випадку жорсткого циліндричного тіла 4 зміна об'єму рідини 3 між концентрично розміщеним циліндричним тілом 4 і герметизованою п'єзокерамічною оболонкою 2, що коливається, може здійснюватись лише за рахунок стиснення цієї рідини 3. На відносно малих частотах це визначає пружний характер опору рідини 3, що знаходиться між герметизованою п'єзокерамічною оболонкою 2 та циліндричним тілом 4, а відтак, і зростання власних резонансних частот механічної коливальної системи циліндричного гідроакустичного перетворювача 1. У випадку м'якого циліндричного тіла 4 пружні властивості рідини 3, що знаходиться між герметизованою п'єзокерамічною оболонкою 2 та циліндричним тілом 4, не проявляються. Зміна цього об'єму на низьких частотах здійснюється за рахунок переміщення шару рідини 3 практично як єдиного цілого. Тому реакція рідини 3 в об'ємі між герметизованою п'єзокерамічною оболонкою 2 та циліндричним тілом 4 на коливання поверхні герметизованої п'єзокерамічної оболонки 2 носить чисто масовий характер, а, відтак, власні резонансні частоти циліндричного гідроакустичного перетворювача 1 знижуються. В кількісному відношенні вплив розмірів діаметра Dтіла циліндричного тіла 4 та акустичних властивостей його бокової поверхні на резонансні спектральні характеристики циліндричного 2 UA 99064 U 5 10 15 20 25 30 гідроакустичного перетворювача 1 демонструють криві, що зображені на фіг. 2. Тут крива К1 відповідає випадку м'якої бокової поверхні циліндричного тіла 4, крива К2 - випадку жорсткої поверхні циліндричного тіла 4. Підвищення ефективності застосування гідроакустичного перетворювача у порівнянні з прототипом полягає в тому, що шляхом встановлення у внутрішню порожнину герметизованої п'єзокерамічної оболонки циліндричного гідроакустичного перетворювача вісесиметричного циліндричного тіла, забезпечують можливість зміни об'єму рідини всередині гідроакустичного перетворювача, що має свої резонансні властивості та зміни акустичної енергії, яка при заданій випромінюючій поверхні герметизованої п'єзокерамічної оболонки визначається розміром поверхні циліндричного тіла; шляхом спорядження циліндричного тіла пристроєм зміни діаметра розміщеного циліндричного тіла забезпечується дистанційна зміна діаметра вісесиметрично розміщеного циліндричного тіла; шляхом виконання бокової поверхні вісесиметрично розміщеного циліндричного тіла за своїми акустичними характеристиками близькою до м'якої, досягається зменшення резонансних частот циліндричного гідроакустичного перетворювача відносно резонансної частоти його герметизованої п'єзокерамічної оболонки при зменшенні зовнішнього діаметра зазначеного циліндричного тіла; шляхом виконання бокової поверхні вісесиметрично розміщеного циліндричного тіла за своїми акустичними характеристиками близькою до жорсткої, досягається збільшення резонансних частот циліндричного гідроакустичного перетворювача відносно резонансної частоти його герметизованої п'єзокерамічної оболонки при зменшенні діаметру зазначеного циліндричного тіла. Зазначене забезпечує можливість дистанційно (з корабля) змінювати резонансні властивості циліндричного гідроакустичного перетворювача, що заявляється, та здійснювати зміни резонансних властивостей циліндричного гідроакустичного перетворювача в межах 1-1,5 октав. Джерела інформації 1. Лейко А.Г. К вопросу об излучении звука цилиндрическими пьезокерамическими преобразователями различной конструкции / А.Г. Лейко, А.И. Нижник, ЯЗ. Старовойт // Электроника и связь. -2014. -т. 19, № 1. - С. 81-94. -аналог. 2. Лейко А.Г. Звуковые поля пьезокерамических излучателей с различным пьезоеффектом / А.Г. Лейко, А.И. Нижник, Я.В. Старовойт // Электроника и связь. - 2013. - № 5. - С. 50-55. прототип. 3. Грінченко В.Т. Основи акустики / В.Т. Грінченко, І.В. Вовк, В.Т. Маципура - К.: Наук. думка, 2007. - 640 с. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 1. Циліндричний гідроакустичний перетворювач, що містить циліндричну герметизовану п'єзокерамічну оболонку, яка має внутрішню порожнину циліндричного типу відносно поздовжньої осі зазначеної герметизованоїп'єзокерамічної оболонки, заповнену рідиною, який відрізняється тим, що у внутрішню порожнину герметизованої п'єзокерамічної оболонки вбудовано циліндричне тіло, яке має висоту, не меншу висоти герметизованої п'єзокерамічної оболонки, при цьому циліндричне тіло виконано з можливістю зміни свого зовнішнього діаметра в межах від 0,1 до 0,8 внутрішнього діаметра герметизованої п'єзокерамічної оболонки, зазначене циліндричне тіло розміщено у внутрішній порожнині герметизованої п'єзокерамічної оболонки вісесиметрично її поздовжньої осі. 2. Циліндричний гідроакустичний перетворювач за п. 1, який відрізняється тим, що зміну зовнішнього діаметра циліндричного тіла здійснюють дистанційно за допомогою пристрою зміни діаметра. 3. Циліндричний гідроакустичний перетворювач за п. 1, який відрізняється тим, що бокову поверхню циліндричного тіла виконано за своїми акустичними характеристиками близькою до м'якої. 4. Циліндричний гідроакустичний перетворювач за п. 1, який відрізняється тим, що бокову поверхню циліндричного тіла виконано за своїми акустичними характеристиками близькою до жорсткої. 3 UA 99064 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4