Преобразователь звуковых волн с компенсацией изменений гидростатического давления

ОП.ИСАЙ ИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Респубпнк (и)685170

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 27 10.76 (21) 2414908/18 10 (23) Приоритет (32) 27.10.75 (51) М. Кл.

Н 04 R 17/00

Гюсударствекньй квинтет

СССР аа делам мзабретенкй я еткрытнй (31) 7532993

Опубликовано 05.09.79. Бюллетень № 33 (53) УДК

534.232 (088.8) Дата опублнкорания описания р5 0979

Иностранец

Жан Лоран (Франция)

Иностранная фирма

"Энститю Франсэ дю Петроль" (Франция) (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗВУКОВЫХ ВОЛН С КОМПЕНСАЦИЕЙ

ИЗМЕНЕНИЙ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

Изобретение касается преобразователей звуковых волн, снабженных автоматической системой компенсации изменений статического давления среды, в которой он работает.

Известны электроакустические преобразователи для работы при больших гидростатических давлениях, содержащие систему компенсации давления внешней среды, например, в виде мембраны 11).

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является преобразователь звуковых волн с компенсацией изменений гндростатического давления, содержащий чувствительный пьезоэлеметп, установленный на электродедержателе, расположенном в торцовой части жесткого корпуса, отделенный от внешней среды . звукопроницаемой мембраной и сообщающийся с внутренней полостью корпуса каналом (2).

Такой преобразователь обеспечивает хорошую компенсацию изменений гидравлического давления, но лишь в слое воды сравнительно не-. большой толщины, ограниченной возможностя, ми деформации мембраны.

Цель изобретения — обеспечение компенсации гидростатического давления в широком диапазоне глубин.

Цель достигается тем, что преобразователь снабжен цилиндрической камерой, заполненной газом под давлением, превышающим давление внешней среды н сообщающейся с внутренней полостью корпуса посредством канала, регулнN ровочным элементом, установленным во внутренней полости с возможностью перемещения и выполненным в виде цилиндра и пружин, размещенных между торцами цилиндра и торцовыми стенками внутренней полости, причем

N цилиндр снабжен размещенными на его боковой поверхности кольцевыми уплотнениями, образующими с боковой стенкой внутренней полости герметичные отсеки, при этом один из отсеков, образованный торцовой стенкой

ge внутренней полости и ближайшим к торцу цилиндра кольцевым уплотнением, соединен каналом с внешней средой, а другой — с одним из отсеков, образованным кольцевыми уплот,нениями, при этом третий отсек, образоваштый

685170.кольцевыми уплотнениями, соединен с внешней средой каналом н клапаном.

На фиг. 1 изображен преобразователь, разрез; на фиг. 2 — разрез средств регулирования в равновесии, когда перепад давлений; действующих на подвижный элемент, равен нулю; на фиг. 3 — то же,. когда давление, прикладываемое к подвижному элементу внешней средой, превышает давление в части внутренней полости, сообщающейся со второй стороной чувствительного элемента; на фиг. 4 — то же, когда давление, прикладываемое к подвижному элементу внешней средой, меньше давления в части полости, сообщающейся со второй стороной чувствительного элемента; на фиг. 5 — 15 часть средств регулирования для случая, когда источник сжатого рабочего тела находится вне корпуса преобразователя.

Преобразователь содержит вытянутый жесткий корпус 1 с центральной цилиндрической по- постыл. Эта полость включает первую камеру

2, открытую на одном из торцов 3 корпуса и продолженную внутрь второй камерой 4, диаметр. которой меньше диаметра первой камеры.

Вторая камера сообщается с узким каналом 5, выходящим на другой торец 6 корпуса 1. В торце 6 выполнена кольцевая полость 7, ограничивающая цилиндрическую опорную поверхность 8, на конце которок имеется заплечик, несущий чувствительный узел. Последний содержит первый электрод. 9, представляющий собой, например, тонкую гибкую крутовую пластину 10 с кольцевым буртиков 11 внут. ренний диаметр которого близок к диаметру заплечика опорной поверхности 8. Уплотнение

12 обеспечивает герметичность при насаживании первого электрода на заплечик опорной поверхности 8. Пространство между пластиной

10 и поверхностью 8 сообщается с каналом 5.

Чувствительный элемент 13, представляющий 4 1 собой например, диск. из пьезоэлектрического материиала, закреплен на пластине 10, например, при помощи клея. Противоположная поверхность чувствительного элемента связана со вторым электродом 14, представляющим собой, 4 например, слой металлизации. Два вывода 15 и 16 вставлены в радиальные гнезда, выполненные в корпусе 1 вблизи торца 6 и проходящие через кольцевую полость 7. Уплотнения

17 и 18, установленные в гнездах вокруг выводов 15 и 16, обеспечивают герметичность между кольцевой полостью 7 и пространством вокруг корпуса 1.

Два электрода 9 и 14 чувствительного элемента связаны проводниками 19 и 20 соотиет55 ственно с выводами 15 и 16 внутри кольцевой полости. Герметичные разъемы и кабели (не показаны) обеспечивают электрическое

4 соединение между выводами 15 и 16 и устройством обработки, Высота боковой стенки кольцевой полости 7 больше высоты цилиндрической опорной поверхности 8.

Эластичная мембрана 21, например, из резины закрывает кольцевую полость 7. Она плотно фиксируется стопорным кольцом 22, расположенным на наружной стенке корпуса. Камера, образованная кольцевой полостью, закрытой первым электродом 9 и мембраной 21, заполнена несжимаемым маслом, позволяющим передавать чувствительному элементу изменения давления внешней среды. Внутри камеры 4 расположен цилиндрический регулировочный элемент 23, диаметр которого несколько меньше диаметра камеры.

Резьбовая пробка 24 герметично отделяет первую камеру 3 от второй. Две противодействующие пружины 25 и 26, упирающиеся с одной стороны в стенку пробки 24 и стенку полости, через которую проходит канал 5, а с другой стороны — в торцы элемента 23, удерживают последний в определенном состоянии равновесия. Четыре уплотнения 27 — 30, связанные с регулировочным элементом 23 и расположенные между ним и внутренней стенкой второй камеры, разделяют эту камеру на пять отсеков. Один из них, ограниченный уплотнением 27 и содержащий пружину 25, постоянно сообщается по каналу 31 с внешней средой.

На другом конце полости уплотнение 30 ограничивает второй отсек, содержащий пружину

26, в который выходит канал 5. Когда перепад давлений P между внешней средой и вторым отсеком равен нулю или не превышает определенную величину, третий отсек, ограниченный уплотнением 27 и 28, сообщается по каналу 32 с первой камерой 2, изолированной от внешней среды резьбовой пробкой 33. Через последнюю проходит инжекционная трубка

34, позволяющая подавать в первую камеру рабочее тело лод давлением, превышающим максимальное давление которое может создавать внешняя среда в рабочем диапазоне глубин.

Аналогичным образом четвертый отсек, ограниченный уплотнениями 28 и 29, сообщается по каналу 35 со вторым отсеком, а два уплотнения 29 и 30 ограничивают пятый отсек, который может сообщаться с внешней средой по каналу 36.

В канале 36 установлен обратный клапан

37. Он открывается только тогда, когда разница между внутренним и внешним давленияьп положительна.

Экспериментальным путем установлено, что чувствительность чувствительного узла остается очень высокой при изменении перепада давле(Г

685170

Формула изобретения

Преобразователь звуковых волн с компенсацией изменений гидростатического давления, содержащий чувствительный пьезоэлемент, установ. ленный на электроде-держателе, расположенном в торцовой части жесткого корпуса, отделенный от внешней среды звукопроницаемой мембраной и сообщающийся с внутренней полостью корпуса каналом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения компенсации изменений пщростатического давления в широком диапазоне глубин, преобразователь снабжен цилиндрической камерой, заполненной газом под давлением, превышающим давление внешней среды, и сообщающейся с внутренней полостью корпуса каналом, регулировочным элементом, установленным во внутренней полости с возможностью перемещения и выполненным в виде цилиндра и пружин, размещенных между торцами цилиндра и торцовыми стенками внутренней полости, причем цилиндр .снабжен размещенными на его боковой поверхности кольцевыми уплотнениями, образующими с боковой стенкой внутренней полости герметичные отсеки, при этом один из отсеков, образованный торцовой стенкой внутренней полости и ближайшим к торцу цилиндра уплотнением, соединен каналом с внешней средой, а другой — с одним из отсеков образованным кольцевыми уплотнениями,при этом третий отсек, образованный кольцевыми уплотнениями,соединен с внешней средой каналом и обратным клапаном.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Франции й; 2215008, кл. Н 04 В !7/00,!опубл. 1974, 2. Патент Франции N 1556971, кл. G 01 2, 1опубд. 1969. ний между двумя поверхностями несущего электрода 9 в диапазоне 10 бар относительно ч давления равновесия.

Большой допуск чувствительного узла на перепады давлений позволяет регулировать пре.образователь таким образом, чтобы установка давления была необходима только при изменениях давления, превышающих некоторую пороговую величину. Таким образом избегают частых регулировок и связанных с ними биений 10 при изменениях или флуктуациях давления внешней среды.

Пороговая величина изменений давления определяется экспериментально путем изменения трения уплотнений, связанных с элементом 23, о внутреннюю стенку первой камеры. Элемент

23 может перемещаться только тогда, когда сила, соответствующая перепаду давлений ЬР, превышает силы трения. Регулировка осуществляется таким образом, чтобы регулировочный элемент перемещался только при перепаде давлений ЬР в несколько бар.

Когда перепад давлений ЬР ниже пороговой величины, регулировочный элемент находится в положении равновесия (см. фиг. 2). Если давление внешней средьг повышается и перепад давлений ЬР, превосходит пороговую величину (см. фиг. 3), то регулировочный элемент перемещается в направлении торца полости, сообщающегося с каналом 5, сжимая пружи- О .30 ну 26.

Положение уплотнения 28 и длина канала 35 выбирается таким образом, чтобы при этом устанавливалось сообщение между вторым и ,третьим отсеками. Задняя сторона несущего З5 электрода чувствительного элемента начинает сообщаться с первой камерой, содержащей рабочее тело под давлением. Давление прикла:дывается к задней поверхности и отталкивает регулировочный элемент до положения рав- 4о новесия, соответствующего значению ЬР ниже пороговой величины.

Если давление внешней среды падает и перепад давлений ЬРэ начинает превышать порого вую величину с обратным знаком, то регули- 45 ровочный элемент перемещается в сторону резьбовой про6КМ 24, сжимая пружину 25.

Отводящий канал 36 расположен таким образом, что при этом он сообщается со вторым отсеком, в который выходит канал 5. Посколь-эо ку давление во втором отсеке превышает давление окружающей среды, обратный клапан

36, открывается, и рабочее тело выбрасывается наружу до тех пор, пока за счет движения элемента 23 четвертый отсек, ограниченный уплотнениями 28 и 2299, не окажется напротив канала 36. При постепенном нагружении устройства в воду оио проходит несколько сту6 пеней давления, из которых перепад давлснйй превышает пороговую величину и быстро возвращается к значению, обеспечивающему нормальную работу чувствительного элемента. То же самое имеет место при постепенном подъеме устройства на поверхность.

Канал 32 сообщается с первой камерой полости, заполненной рабочим телом под давлением. Можно изменить преобразователь таким образом, как показано на фиг. 5. В этом случае внутренняя полость содержит только одну камеру 4, закрытую резьбовой пробкой 24 с уплотнениями. Канал 32 связан герметичным соединительным элементом 38 с трубопроводом

39, сообщающимся: с резервуаром рабочего тела под давлением. Этот резервуар находится на поверхности, когда преобразователь используется в качестве гидрофона.

1б 1

11

18 1б Я2 22

Я 2У 30

31 25 2У М 30

Фиг. 2

Р+лр, 23

4ЪгЗ б б

Фиг. Х

Составитель Е. Артамонова

Редактор О. Филиппова Техред, М.Петко Корректор 1 . Скворцова

Заказ 5165/58 Тираж 775 Подписное

ЦНИИПИ Государственного ко..ятета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. П)хкктная> 4 г,Ф,,4

685170 t...

12