RU2536782C1 - Hydroacoustic directional waveguide converter - Google Patents
Hydroacoustic directional waveguide converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536782C1 RU2536782C1 RU2013129812/28A RU2013129812A RU2536782C1 RU 2536782 C1 RU2536782 C1 RU 2536782C1 RU 2013129812/28 A RU2013129812/28 A RU 2013129812/28A RU 2013129812 A RU2013129812 A RU 2013129812A RU 2536782 C1 RU2536782 C1 RU 2536782C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- hydroacoustic
- converter
- reinforced
- composite material
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229920001875 Ebonite Polymers 0.000 claims abstract description 22
- RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N Isoprene Chemical compound CC(=C)C=C RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims abstract description 19
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 27
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003325 tomography Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 12
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию направленного волноводного преобразователя, способного работать в полосе частот для гидроакустических средств различного назначения, в том числе и буксируемых, в качестве антенн систем: гидролокации, связи, навигации, профилирования, акустической томографии, подсветки подводной обстановки и т.д.The invention relates to the field of hydroacoustics, in particular to the design of a directional waveguide transducer capable of operating in the frequency band for hydroacoustic devices for various purposes, including towed ones, as antenna systems: sonar, communication, navigation, profiling, acoustic tomography, and underwater lighting etc.
Известен гидроакустический излучатель, содержащий стержневой пьезоэлемент с накладками, армированный шпилькой, где тыльная накладка используется для понижения резонансной частоты излучателя, а фронтальная - для излучения в рабочую среду [1]. Недостатками такого излучателя являются малая мощность, низкая чувствительность и электроакустический к.п.д., слабая направленность, узкая полоса рабочих частот.Known sonar emitter containing a rod piezoelectric element with overlays, reinforced with a hairpin, where the back plate is used to lower the resonant frequency of the emitter, and the front one is used for radiation into the working medium [1]. The disadvantages of such a radiator are low power, low sensitivity and electro-acoustic efficiency, weak directivity, narrow band of operating frequencies.
Известен гидроакустический направленный преобразователь SEFAR, в котором, в отличие от известного преобразователя [1], передняя коническая накладка заменена упругим ребристым стержневым волноводом из латуни [2, 3]. Ребристый стержневой волновод является основной частью излучателя и возбуждается пьезокерамическим титанато-бариевым четверть волновым цилиндром. Волновод обеспечивает лучшее согласование преобразователя со средой, осевую направленность. Недостатками излучателя являются: большие массогабаритные параметры волновода, узкая полоса рабочих частот, ограничения по излучаемой мощности, высокий уровень тыльного излучения, неэффективная система возбуждения.Known sonar directional transducer SEFAR, in which, unlike the known transducer [1], the front conical plate is replaced by an elastic ribbed rod waveguide made of brass [2, 3]. A ribbed rod waveguide is the main part of the emitter and is excited by a piezoceramic titanate-barium quarter wave cylinder. The waveguide provides better matching of the transducer with the medium, axial direction. The disadvantages of the emitter are: large weight and size parameters of the waveguide, a narrow band of operating frequencies, restrictions on radiated power, a high level of back radiation, an inefficient excitation system.
Известен другой тип преобразователей, по физическому принципу действия относящийся к волноводным излучателям [4]. Данный волноводный преобразователь содержит набор N расположенных соосно, идентичных пьезоэлектрических колец с акустически гибкими прокладками между их торцами, акустический экран, расположенный на внешней поверхности колец, генератор сигналов, фильтр с регулируемым коэффициентом передачи, электронную систему управления распределением амплитуд и фаз по элементам преобразователя. Цилиндрический волновод, в котором возбуждается бегущая в двух противоположных направлениях волна, образуется внутренней полостью системы пьезоколец, заполненных жидкостью; за счет некогерентного сложения акустических волн, бегущих в обратном направлении, достигается однонаправленность излучения через один из торцов. В цепь возбуждения введен фильтр, позволяющий существенно расширить полосу пропускания.A different type of transducers is known, according to the physical principle of action, related to waveguide emitters [4]. This waveguide transducer contains a set of N coaxially located, identical piezoelectric rings with acoustically flexible gaskets between their ends, an acoustic screen located on the outer surface of the rings, a signal generator, a filter with an adjustable transmission coefficient, an electronic control system for the distribution of amplitudes and phases over the transducer elements. A cylindrical waveguide in which a wave traveling in two opposite directions is excited is formed by the internal cavity of the piezoelectric ring system filled with liquid; Due to the incoherent addition of acoustic waves traveling in the opposite direction, the unidirectionality of radiation through one of the ends is achieved. A filter is introduced into the excitation circuit, which allows to significantly expand the passband.
Недостатками преобразователя являются: потенциально низкая излучаемая мощность, обусловленная значительно меньшей прочностью жидкости, по сравнению с твердым материалом волновода, слабая направленность, невысокие электроакустический к.п.д. и чувствительность; сложность изготовления и настройки системы возбуждения и фазирования колец; высокая стоимость и низкая надежность.The disadvantages of the transducer are: potentially low radiated power, due to the significantly lower strength of the liquid, compared with the solid material of the waveguide, weak directivity, low electro-acoustic efficiency and sensitivity; the complexity of manufacturing and tuning the system of excitation and phasing rings; high cost and low reliability.
Известен гидроакустический направленный цилиндрический волноводный преобразователь, который по совокупности признаков, технической сущности и по достигаемому техническому результату наиболее близок к предлагаемому изобретению, выбран за прототип [5].Known hydroacoustic directional cylindrical waveguide transducer, which by the combination of features, technical nature and the technical result achieved is closest to the proposed invention, is selected as a prototype [5].
Преобразователь-прототип конструктивно прост и состоит из армированного стержневого пьезопакета и упругого цилиндрического волновода из эбонита, обеспечивающего осевое излучение. Принцип действия волноводного преобразователя основан на том, что звуковое поле формируется вытекающей упругой волной, распространяющейся с фазовой скоростью с, превышающей скорость звука в жидкости с0, тогда ее энергия излучается через боковую поверхность волновода в окружающую среду под определенным углом ,The prototype converter is structurally simple and consists of a reinforced rod piezoelectric packet and an elastic cylindrical ebonite waveguide providing axial radiation. The principle of operation of the waveguide transducer is based on the fact that a sound field is formed by a leaking elastic wave propagating with a phase velocity c exceeding the speed of sound in a liquid with 0 , then its energy is radiated through the side surface of the waveguide into the environment at a certain angle ,
где α - радиус цилиндрического волновода, ϖ - рабочая частота [5].where α is the radius of the cylindrical waveguide, ϖ is the operating frequency [5].
Из уровня техники известно, что наличие упругого цилиндрического волновода в конструкции дает известному преобразователю целый ряд преимуществ: высокие чувствительность, электроакустический к.п.д., излучаемую мощность, обеспечивает формирование направленных акустических полей с низким уровнем боковых лепестков при лучших массогабаритных параметрах излучающей структуры. Известный волноводный преобразователь является обратимым, демонстрирует высокую помехоустойчивость к изотропной помехе и низкий уровень гидродинамических шумов, возникающих при буксировке данного преобразователя [5].It is known from the prior art that the presence of an elastic cylindrical waveguide in a design provides a well-known transducer with a number of advantages: high sensitivity, electro-acoustic efficiency, radiated power, provides the formation of directional acoustic fields with a low level of side lobes with the best mass-dimensional parameters of the radiating structure. The known waveguide converter is reversible, demonstrates high noise immunity to isotropic noise and a low level of hydrodynamic noise arising when towing this converter [5].
Недостатками преобразователя являются: невозможность формирования узких осевых диаграмм направленности шириной менее 45º, ограниченная механическая прочность волновода из эбонита, особенно проявляющаяся при необходимости проектирования антенн низкочастотного диапазона.The disadvantages of the converter are: the impossibility of forming narrow axial radiation patterns with a width of less than 45º, the limited mechanical strength of the ebonite waveguide, which is especially manifested when it is necessary to design low-frequency antennas.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в разработке конструкции обратимого гидроакустического волноводного направленного преобразователя, характеризующегося требуемой высокой направленностью, повышенной механической прочностью, уменьшенными массогабаритными характеристиками.The problem to which the claimed invention is directed is expressed in the development of the design of a reversible hydroacoustic waveguide directional transducer, characterized by the required high directivity, increased mechanical strength, reduced weight and size characteristics.
Техническим результатом заявляемого устройства является улучшение технических характеристик преобразователя: достижение более узких диаграмм направленности, высокой чувствительности, мощности излучения, повышение прочности, надежности его конструкции, наряду с уменьшением габаритных характеристик волновода.The technical result of the claimed device is to improve the technical characteristics of the converter: achieving narrower radiation patterns, high sensitivity, radiation power, increasing the strength, reliability of its design, along with reducing the overall characteristics of the waveguide.
Для решения поставленной задачи предлагается гидроакустический направленный волноводный преобразователь, содержащий изолированный от внешней среды газозаполненный прочный корпус, в котором размещен активный элемент, состоящий из пакета пьезошайб продольной поляризации, электрически соединенных параллельно, собранный на стягивающей шпильке, размещенный между армирующими ограничительными шайбами и затянутый гайкой; корпус преобразователя нагружен на цилиндрический волновод через крепежно-герметизирующую накладку в форме стакана, обеспечивающую одновременно жесткую стыковку пьезопакета с упругим цилиндрическим волноводом и гибкое соединение с прочным корпусом. При этом в конструкцию упругого цилиндрического волновода введены новые признаки, а именно он выполнен композитным, представляющим собой периодическую мелкослоистую структуру в виде одинаковых звеньев равной толщины h=h1+h2, где h1 и h2 - толщины слоев однородных материалов, из которых состоит композит, например, из эбонита и латуни с относительной толщиной слоя последней
Кроме того, указанная задача решается тем, что ориентация звеньев перпендикулярна оси волновода, а также тем, что волновод армирован тонкими упругими стержнями, например, из титана.In addition, this problem is solved by the fact that the orientation of the links is perpendicular to the axis of the waveguide, and also by the fact that the waveguide is reinforced with thin elastic rods, for example, of titanium.
Известно, что в композитных слоистых материалах даже малые изменения объемных концентраций компонентов, характеризующихся параметром
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами и схемами, представленными на фиг.1-5:The essence of the invention is illustrated by drawings and diagrams presented in figure 1-5:
- на фиг.1 представлена схематическая конструкция предлагаемого гидроакустического волноводного направленного преобразователя;- figure 1 shows a schematic design of the proposed sonar waveguide directional transducer;
- на фиг.2 представлена зависимость фазовой скорости в композитных волноводах, изготовленных из эбонита и металла, от толщины слоя последнего для разных металлов: латуни, стали, алюминия, кривые 1, 2, 3 соответственно.- figure 2 shows the dependence of the phase velocity in composite waveguides made of ebonite and metal on the layer thickness of the latter for different metals: brass, steel, aluminum,
- на фиг.3 показана расчетная дисперсионная зависимость фазовой скорости в композитном волноводе, из эбонита и латуни, погруженном в жидкость, от безразмерного частотного параметра
- на фиг.4 показана частотная зависимость коэффициента радиационного затухания в армированном волноводе, изготовленном из эбонита - латуни при
- на фиг.5 приведены диаграммы направленности макетов волноводного преобразователя с различными волноводами: а) изготовлен из эбонита, б) композитный волновод изготовлен из эбонита и латуни на частотах: 3200 Гц (кривая 1), 2500 Гц (кривая 2), 2200 Гц (кривая 3).- figure 5 shows the radiation patterns of the mock waveguide transducer with different waveguides: a) made of ebonite, b) a composite waveguide made of ebonite and brass at frequencies: 3200 Hz (curve 1), 2500 Hz (curve 2), 2200 Hz ( curve 3).
Математическими расчетами, основанными на теории мелкослоистых периодических анизотропных композиционных сред и волноводного распространения звука [5-6], найдено, что оптимальный состав композита, обеспечивающий указанную величину сφ, представляет собой структуру из эбонита и латуни с толщиной слоя латуни
Впервые обнаружено, что улучшение технических характеристик преобразователя - достижение более узких диаграмм направленности и высокой чувствительности - возможно за счет замены материала, из которого изготовлен волновод, что подтверждается данными таблицы и иллюстрируется кривыми 1-3 (фиг.2), которые показывают зависимость фазовой скорости от относительной толщины металлического слоя волновода. Приведенные данные свидетельствуют о том, что мелкослоистый двухкомпонентный ортотропный композитный материал найденного оптимального состава обладает акустическими параметрами, позволяющими снизить стержневую скорость с (1685-1715) м/с (волновод-прототип) до величины 1489 м/с (заявленный волновод) заменой эбонита в волноводе-прототипе на композитный материал, а именно эбонит - латунь при толщине слоя латуни
Отличительными признаками заявленного гидроакустического направленного волноводного преобразователя являются:Distinctive features of the claimed hydroacoustic directional waveguide transducer are:
- изготовление волновода из композитного мелкослоистого материала, представляющего собой периодическую мелкослоистую среду в виде одинаковых звеньев равной толщины h=h1+h2, где h1 и h2 - толщины слоев однородных материалов, из которых состоит композит, например, из эбонита и латуни, с относительной толщиной последней, где
- расположение звеньев мелкослоистого композитного материала перпендикулярно оси волновода. Такой композитный волновод обеспечивает необходимое для получения узких диаграмм направленности замедление фазовой скорости нормальной волны и уменьшение размеров волновода,- the location of the links of the finely laminated composite material perpendicular to the axis of the waveguide. Such a composite waveguide provides the necessary for obtaining narrow radiation patterns to slow down the phase velocity of a normal wave and reduce the size of the waveguide,
- армирование волновода тонкими упругими стержнями, увеличивающими механическую прочность преобразователя и повышающими величину фазовой скорости до требуемой величины.- reinforcing the waveguide with thin elastic rods that increase the mechanical strength of the transducer and increase the phase velocity to the desired value.
Введение каждого нового отличительного признака в совокупности с известными существенными признаками преобразователя-прототипа обеспечивает решение поставленной задачи, а именно: разработана конструкция обратимого гидроакустического волноводного направленного преобразователя, характеризующегося более высокой направленностью, чувствительностью, уменьшенными массогабаритными характеристиками и обладающего повышенной механической прочностью.The introduction of each new distinctive feature in conjunction with the known essential features of the prototype transducer provides a solution to the problem, namely: the design of a reversible hydroacoustic waveguide directional transducer is developed, characterized by a higher directivity, sensitivity, reduced weight and size characteristics and with increased mechanical strength.
Конструктивно гидроакустический волноводный направленный излучатель прост и представляет собой стержневой активный элемент - пьезопакет 4, нагруженный на цилиндрический композитный мелкослоистый армированный волновод из эбонита - латуни 1. Активный элемент изолирован от внешней среды прочным корпусом 2 с крышкой 3. Стержневой активный элемент 4, состоящий из пьезошайб продольной поляризации, электрически соединенных параллельно и возбуждаемых синфазно, собран на шпильке 7 с центрирующей втулкой 8 между армирующими ограничительными шайбами 5 и 6 и затянут гайкой 10. Между пьезопакетом 4 и волноводом 1 располагается цилиндрическая крепежно-герметизирующая накладка в форме стакана 9, обеспечивающая жесткую стыковку пьезопакета 4 с волноводом 1 и гибкую с прочным корпусом 2. Накладка 9 соединяется с волноводом 1 клеевым швом 17 и стяжкой болтами 20 с заполнением резьбового соединения клеем. Пьезопакет жестко пристыковывается к волноводу через накладку 9 с помощью клеевых соединений, усиленных резьбовым соединением на конце армирующей шпильки 7 преобразователя. После стыковки преобразователя с волноводом устанавливается прочный корпус 2. Герметизирующие гибкие кольца 14 и прокладка 18 служат для акустической развязки между корпусом и волноводом. С тыльной стороны корпуса на хвостовик армирующей шпильки 7 устанавливается центрирующий диск 12, который упирается в ступеньку на стенке корпуса и с помощью гайки 13 фиксирует преобразователь внутри корпуса, одновременно центрируя его положение относительно продольной оси. Акустическая развязка диска 12 от корпуса обеспечивается гибкими кольцами 15. На центрирующем диске установлены электрические провода 11, через которые обеспечивается электрическое соединение пьезопакета с кабелем. Торец прочного корпуса герметично закрывается крышкой 3, которая уплотняется гибким кольцом 16. Корпус и основание волновода заливаются эластичным компаундом, который формирует цилиндрический защитный чехол 19.Structurally, the hydro-acoustic waveguide directional emitter is simple and represents a rod active element - piezoelectric package 4, loaded onto a cylindrical composite finely layered ebonite-
Предложенный излучатель работает следующим образом. В режиме излучения при подаче рабочего напряжения на стержневой пьезопакет 4 в нем возникают продольные механические колебания, которые через накладку типа стакан 9 в свою очередь возбуждают колебания в акустически связанном с ней цилиндрическом упругом волноводе 1 в виде симметричной продольной нормальной волны. Нормальная волна, распространяясь с фазовой скоростью Cφ/C0, излучается в окружающее пространство через боковую поверхность композитного волновода под направлением γmax(ϖ), формируя направленное акустическое поле, вид которого зависит от параметров волновода, частоты. Вследствие наличия воздуха внутри корпуса и гибкой акустической развязки 14, 18, колебания в широкой полосе частот не передаются корпусу и не излучаются им в рабочую в среду, формируя паразитное поле в боковом и тыльном направлениях. В режиме приема акустический сигнал из среды воздействует на всю поверхность волновода и корпуса. Благодаря воздуху в корпусе и акустической развязке 14, 18, на пьезоактивный элемент 4 поступают только те колебания, которые передает продольная нормальная волна, бегущая в волноводе 1, возбужденная акустическим сигналом, падающим на его боковую поверхность под углом γmax(ϖ). Характеристики направленности одинаковы в режимах излучения-приема и имеют низкий уровень бокового и тыльного излучения. Форма характеристики направленности определяется акустическими и геометрическими параметрами волновода, частотой. Экспериментальная отработка предлагаемого волноводного направленного преобразователя была проведена на макетах, выполненных в соответствии с предлагаемой конструкцией, представленной на фиг.1.The proposed emitter operates as follows. In the radiation mode, when the operating voltage is applied to the rod piezoelectric packet 4, longitudinal mechanical vibrations arise in it, which through the cup-type plate 9 in turn excite vibrations in the cylindrical
На фиг.5 приведены диаграммы направленности волноводного преобразователя с различными волноводами: 5а - волновод, изготовленный из эбонита; 5б - волновод, изготовленный из композитного материала эбонит - латунь. Как свидетельствуют приведенные данные, при замене эбонита на композитный ортотропный мелкослоистый материал эбонит - латунь происходит существенное улучшение направленных характеристик гидроакустической антенны, а именно: сужение основного лепестка с 45 до 22º при низком уровне боковых лепестков -20 дб; отмечается повышение чувствительности в режимах излучения со 110 Па·м/В до 240 Па·м/В и приема с 4500 мкВ/Па до 9950 мкВ/Па. Эффективность функционирования гидроакустических систем с применением заявляемых преобразователей может быть существенного повышена за счет повышения концентрации акустической энергии в более ограниченном телесном угле, так как коэффициент осевой концентрации по сравнению с прототипом увеличивается с (16-18) до (70-75). Следует отметить, что благодаря тому, что активный элемент 4, расположенный в прочном корпусе 3, развязан от гидростатического давления в рабочей среде твердотельным волноводом 1, конструкция может использоваться при больших, до 5000 м, глубинах, что подтверждено испытаниями в гидробаке высокого давления. Диаграмма направленности может оставаться постоянной в полосе частот около октавы, если выбрать диапазон рабочих частот в области слабой дисперсии фазовой скорости нормальной волны
, где сφ(
(фиг.3, кривая 1). Там же отмечается линейный с увеличением частоты рост коэффициента радиационного затухания волны k2 (фиг.4), что автоматически обеспечивает постоянство волнового размера излучающей поверхности и одинаковую ширину диаграммы направленности в полосе частот около октавы [5], что подтверждают и данные фиг.5б. Кроме того, направленность заявляемого устройства улучшена благодаря применению специальной конструкции узла крепления пьезопакета к волноводу, обеспечивающей акустическую развязку активного элемента и излучающей волноводной структуры от корпуса, и, как следствие, снижение уровня паразитного бокового излучения. Благодаря меньшим массогабаритным параметрам волновода, изготовленного из композитного материала, заявляемый преобразователь имеет меньшее лобовое сопротивление при буксировке и может использоваться при разработке буксируемых антенн, в том числе и низкочастотного диапазона (1,5-2) кГц.Figure 5 shows the radiation patterns of a waveguide transducer with various waveguides: 5a - a waveguide made of ebonite; 5b - waveguide made of ebonite - brass composite material. As the data show, when replacing ebonite with composite orthotropic finely layered ebonite - brass material, there is a significant improvement in the directional characteristics of the hydroacoustic antenna, namely: narrowing of the main lobe from 45 to 22º with a low level of side lobes -20 dB; there is an increase in sensitivity in radiation modes from 110 Pa · m / V to 240 Pa · m / V and reception from 4500 μV / Pa to 9950 μV / Pa. The operational efficiency of sonar systems using the inventive transducers can be significantly increased by increasing the concentration of acoustic energy in a more limited solid angle, since the axial concentration coefficient in comparison with the prototype increases from (16-18) to (70-75). It should be noted that due to the fact that the active element 4, located in a
Таким образом, заявленный гидроакустический направленный волноводный преобразователь обеспечивает достижение более узких диаграмм направленности с пониженным уровнем боковых лепестков, высокой излучаемой мощности, чувствительности, как в режиме излучения, так и приема, повышение прочности и надежности его конструкции, наряду с меньшими массогабаритными характеристиками волновода, способность работы в полосе частот. Кроме указанных, так же стоит отметить иные достоинства излучателя, которые проявляются при его эксплуатации - возможность работы на больших глубинах, а также в режиме буксировки, что делает перспективным его применение в системах гидроакустической телеметрии, связи, гидролокации, профилирования морского дна, в схемах динамической томографии, в том числе и в качестве антенн широкополосных сигналов. Эффективность функционирования данных систем может быть существенно повышена при применении заявляемого преобразователя за счет повышения концентрации акустической энергии в более ограниченном телесном угле.Thus, the claimed hydroacoustic directional waveguide transducer ensures the achievement of narrower radiation patterns with a lower level of side lobes, high radiated power, sensitivity, both in the radiation and reception modes, increasing the strength and reliability of its design, along with lower weight and size characteristics of the waveguide, the ability work in the frequency band. In addition to the above, it is also worth noting other advantages of the emitter, which are manifested during its operation - the ability to work at great depths, as well as in towing mode, which makes it promising for use in sonar telemetry, communication, sonar, and seabed profiling systems, in dynamic schemes tomography, including as antennas of broadband signals. The effectiveness of the functioning of these systems can be significantly increased when using the inventive converter by increasing the concentration of acoustic energy in a more limited solid angle.
Источники информацииInformation sources
1. Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. - Л.: Судостроение, 1980, с.172, рис 6.11.1. Sverdlin G.M. Hydroacoustic transducers and antennas. - L .: Shipbuilding, 1980, p. 172, Fig. 6.11.
2. Church D.R.A., A New Type Directive Sound Sourse for Long Range Sonar., IRE Wescon Convention Record, 1959, Pt.6, p.4-12.2. Church D.R.A., A New Type Directive Sound Sourse for Long Range Sonar., IRE Wescon Convention Record, 1959, Pt. 6, p. 4-12.
3. Чарч. Новый тип направленного источника звука для гидролокационных станций дальнего обнаружения // Зарубежная радиоэлектроника. - 1960. №3. - с.81-87.3. Charch. A new type of directional sound source for early warning sonars // Foreign Radio Electronics. - 1960. No. 3. - p. 81-87.
4. Степанов Б.Г. Гидроакустический преобразователь волноводного типа пат. RU 2393644, H04R 1/44, H04R 1/00, оп. 27.06.2010.4. Stepanov B.G. Hydroacoustic transducer waveguide type US Pat. RU 2393644,
5. Мальцев Ю.В., Прокопчик С.Е. Гидроакустические волноводные антенны и перспективы их применения в технических средствах исследования океана // Подводные исследования и робототехника. 2010. №2 (10). С.51-71, рис.9, 17, 26.5. Maltsev Yu.V., Prokopchik S.E. Hydroacoustic waveguide antennas and the prospects for their use in technical means of ocean research // Underwater research and robotics. 2010. No2 (10). S.51-71, Fig. 9, 17, 26.
6. Рытов С.М. Акустические свойства мелкослоистой среды. Ак. ж., т.II, вып.1, с.71-83.6. Rytov S.M. Acoustic properties of a finely layered medium. Ak. Well, vol. II,
7. Батаев А.А., Батаев В.А. Композиционные материалы. М.: Логос, 2006, 398 с.7. Bataev A.A., Bataev V.A. Composite materials. M .: Logos, 2006, 398 p.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013129812/28A RU2536782C1 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Hydroacoustic directional waveguide converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013129812/28A RU2536782C1 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Hydroacoustic directional waveguide converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2536782C1 true RU2536782C1 (en) | 2014-12-27 |
| RU2013129812A RU2013129812A (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53278875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013129812/28A RU2536782C1 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Hydroacoustic directional waveguide converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2536782C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU176673U1 (en) * | 2017-07-24 | 2018-01-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | ACOUSTIC SIGNAL FORMING DEVICE |
| RU2705181C1 (en) * | 2019-04-05 | 2019-11-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Broadband hydroacoustic piezoelectric transducer |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1348401A (en) * | 1970-06-29 | 1974-03-20 | Whitehall Electronics Corp | Pressure sensitive hydrophone |
| SU1376054A1 (en) * | 1985-11-04 | 1988-02-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии | Acoustic transducer |
| RU88888U1 (en) * | 2009-06-10 | 2009-11-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет | DEVICE FOR FORMING ACOUSTIC SIGNALS |
| RU2393644C1 (en) * | 2009-06-09 | 2010-06-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет | Waveguide hydroacoustic transducer |
| RU121598U1 (en) * | 2012-05-04 | 2012-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | HYDROACOUSTIC RADIATOR / RECEIVER BASED ON A0 LAMB WAVES |
-
2013
- 2013-06-28 RU RU2013129812/28A patent/RU2536782C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1348401A (en) * | 1970-06-29 | 1974-03-20 | Whitehall Electronics Corp | Pressure sensitive hydrophone |
| SU1376054A1 (en) * | 1985-11-04 | 1988-02-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии | Acoustic transducer |
| RU2393644C1 (en) * | 2009-06-09 | 2010-06-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет | Waveguide hydroacoustic transducer |
| RU88888U1 (en) * | 2009-06-10 | 2009-11-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет | DEVICE FOR FORMING ACOUSTIC SIGNALS |
| RU121598U1 (en) * | 2012-05-04 | 2012-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | HYDROACOUSTIC RADIATOR / RECEIVER BASED ON A0 LAMB WAVES |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU176673U1 (en) * | 2017-07-24 | 2018-01-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | ACOUSTIC SIGNAL FORMING DEVICE |
| RU2705181C1 (en) * | 2019-04-05 | 2019-11-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Broadband hydroacoustic piezoelectric transducer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013129812A (en) | 2015-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4333028A (en) | Damped acoustic transducers with piezoelectric drivers | |
| CN101964185B (en) | An Ultra-Wideband Underwater Acoustic Transducer | |
| CN103646642B (en) | Many sap cavities broad band low frequency underwater acoustic transducer | |
| CN104090031A (en) | Prestressed duct grouting quality detection device based on supersonic annular phase control array | |
| CN102169685A (en) | Small sized deepwater underwater sound energy transducer with low frequency and broad band | |
| JP5504276B2 (en) | Sonic transducer and sonar antenna with improved directivity | |
| CN111473839B (en) | Ultrasonic transducer and nested structure thereof | |
| CN105702243B (en) | A Type IV Flextensional Transducer with Double Shells in Series | |
| RU2166840C2 (en) | Hydroacoustic antenna | |
| RU2536782C1 (en) | Hydroacoustic directional waveguide converter | |
| CN108889589A (en) | Ultrasonic transducer and Vltrasonic device | |
| RU2647992C1 (en) | Deep-water broadband hydroacoustic transducer | |
| CN110639784B (en) | Low frequency narrow beam transducer and transducer method and application | |
| Sun et al. | AZ31B magnesium alloy matching layer for Lens-focused piezoelectric transducer application | |
| CN202042175U (en) | A Low Frequency Broadband Small Size Deep Water Acoustic Transducer | |
| EP0039986A1 (en) | An acoustic transducer system | |
| RU2543684C1 (en) | Method of exciting hydroacoustic waveguide converter and device therefor | |
| CN107274877B (en) | Phase inversion type deep sea bending and stretching underwater acoustic transducer | |
| RU2757358C1 (en) | Broadband hydroacoustic antenna | |
| RU2712924C1 (en) | Electroacoustic non-directional transducer | |
| JP6001576B2 (en) | Ultrasonic probe | |
| CN211217400U (en) | Integrated dual frequency transducer | |
| RU2689998C1 (en) | Multifrequency sonar side viewer | |
| RU178897U1 (en) | MULTI-ELEMENT INTERFERENCE HYDROACOUSTIC ANTENNA | |
| RU2267866C1 (en) | Hydro-acoustic rod-type transformer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190629 |