PL152286B1 - Przetwornik nadawczo-odbiorczy transpondera hydroakustycznego - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 152 286 POLSKA

URZĄD

PATENTOWY

RP

Patent dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 86 12 23 (P. 263280)

Pierwszeństwo--Int. Cl.5 _HMr 1/44 G01S 7/52

Zgłoszenie ogłoszono: 88 09 29

Opis patentowy opublikowano: 1991 06 28

Twórcy wynalazku: Zbigniew Wojan, Waldemar Lis, Roman Salamon, Stanisław Kubica

Uprawniony z patentu: Politechnika Gdańska,

Gdańsk (Polska)

Przetwornik nadawczo-odbiorczy transpondera hydroakustycznego

Przedmiotem wynalazku jest przetwornik nadawczo-odbiorczy transpondera hydroakustycznego wykorzystujący jako element aktywny cylindryczne kształtki piezoceramiczne.

Znane są i stosowane w sprzęcie hydroakustycznym różne konstrukcje przetworników hydroakustycznych, w których wykorzystuje się jako element aktywny kształtki piezoceramiczne, w tym kształtki cylindryczne. Wszystkie znane konstrukcje obudów i umocowań kształtek piezoceramicznych w czujnikach są realizowane jako sztywne przestrzenne obudowy utrwalające położenie kształtki w sposób zapewniający propagację fali dźwiękowej w żądanym kierunku, wraz z umocowanymi do kształtki przewodami zasilającymi jej elektrody. Obudowy sztywne zawsze sporządzane są z materiałów metalowych i są na zewnątrz otaczane mniej lub więcej zróżnicowaną co do grubości warstwą elastyczną, najczęściej warstwą gumy wulkanizowanej olejo i wodoodpornej wysokojakościowej, odpornej na starzenie w warunkach otoczenia wody morskiej. Całość znanych konstrukcji przetworników jest trwale łączona, najczęściej przez zawulkanizowanie z doprowadzającym przewodem, najczęściej wielożyłowym przewodem koncentrycznym starannie ekranowanym.

Znana jest między innymi konstrukcja według opisu patentowego USA nr 4 231 112, w której cylindryczna piezoceramiczna wkładka w postaci cienkościennej tulei, jest osadzona we wnętrzu sztywnej cylindrycznej obudowy na sworzniu poosiowym przy pomocy dwu dystansowych płytek cylindrycznych. Śruba osadcza wkładki jest utwierdzona w sztywnym.· elemencie osadczym wewnątrz obudowy elastycznie w warstwie izolującej go od ścianki obudowy, która w części czołowej jest zaopatrzona w elastyczną czołową wykładzinę.

Inne znane rozwiązanie przetwornika hydroakustycznego według· opisu patentowego brytyjskiego nr 2 079 098A polega na umieszczeniu cylindrycznego krążka pełnego z materiału piezoceramicznego w cylindrycznej obudowie szczelnej w warstwie izolującej elastycznej, mającej powiększoną grubość w części czołowej przetwornika.

Inne jeszcze znane i stosowane rozwiązanie według opisu patentowego RFN nr 2 511193 polega na zamknięciu szczelnym zespołu kształtek piezoceramicznych w cylindrycznej obudowie,

152 286 mającej zewnętrzny płaszcz wykonany z materiału wibroizolacyjnego. Znane i stosowane rozwiązania przetworników hydroakustycznych mimo dość powszechnego ich stosowania w sprzęcie hydroakustycznym, wykazują szereg wad eksploatacyjnych, do których należy w szczególności trudność uzyskania wysoce stabilnego zamocowania elementu aktywnego w pożądanym położeniu płaszczyzn emisji fali dźwiękowej, trudność wystarczająco dokładnego wytłumienia drgań niepożądanych, sprzężenia z ośrodkiem obciążającym, a także eliminacji dużego wpływu na parametry eksploatacyjne przetwornika ze strony jego obudowy.

Według wynalazku przetwornik nadawczo-odbiorczy transpondera hydroakustycznego zawierający kształtkę piezoceramiczną cylindryczną, której elektrody są dołączone do koncentrycznego kabla zasilającego w taki sposób, że kształtka jest osadzona wewnątrz sztywnego korpusu, otoczonego na zewnątrz elastyczną otuliną szczelną charakteryzuje się tym, że składa się ze stalowego korpusu, mającego kształt tulei, zaopatrzonej w nacięty na zewnątrz gwint drobnozwojny przebiegający na całej jej długości, aż do części chwytowej. Część ta jest ukształtowana w co najmniej trzy promieniowe, równoległe do siebie prostokątnokształtne występy, na których jest utwierdzony szczelnie, nierozłącznie, elastyczny penetrator. Obejmuje on swą częścią przednią, ukształtowaną w postać stożka, fragment otuliny zewnętrznej koncentrycznego kabla, przeprowadzonego wewnątrz poosiowego otworu korpusu.

W korpusie jest wkręcona metalowa, najkorzystniej mosiężna podstawka talerzowa, ze wspartym na niej tłumikiem, mającym poprzeczny kołnierz o średnicy nominalnej odpowiadającej średnicy podstawki talerzowej. Kołnierz tłumika ma promieniowy, przelotowy rowek, w którym jest przeprowadzony przewód elektryczny łączący galwanicznie ekran koncentrycznego kabla w więcej niż jednym punkcie, z elektrodą zewnętrzną kształtki ceramicznej piezoelektrycznej. Ma ona kształt cienkościennej tulei i jest osadzona na tłumiku, oraz wsparta na jego kołnierzu. Długość kształtki jest mniejsza od długości tłumika. W przelotowym otworze tłumika warstwą kleju, zwłaszcza kleju epoksydowego, jest utwierdzona izolacja żyły środkowej kabla koncentrycznego. Żyła ta jest przymocowana w galwanicznym połączeniu w więcej niż jednym punkcie do elektrody wewnętrznej kształtki ceramicznej. Tak sporządzony zestaw jest pokryty szczelną, elastyczną, nierozbieralną otuliną, obejmującą sobą dno i część obwodu tłumika, całą długość kształtki ceramicznej, całą długość podstawki talerzowej, oraz część korpusu. Na korpus są nakręcone na odcinku pomiędzy otuliną elastyczną a penetratorem elastycznym, nakrętka dolna, podkładka sprężysta, oraz nakrętka górna. Przetwornik według projektu wynalazczego ma tłumik sporządzony ze spienionego zamkniętokomórkowego polichlorku winylu, natomiast otulina i penetrator są sporządzone z tworzywa sztucznego termoplastycznego, najkorzystniej z polietylenu lub polipropylenu.

Dzięki nagwintowaniu części zewnętrznej powierzchni korpusu, oraz umieszczeniu tu dwu nakrętek mocujących, wykonanych ze stali nierdzewnej, możliwe jest przesuwanie elementu aktywnego wzdłuż osi korpusu w granicach 0-35 mm. Kształtka ceramiczna, element tłumiący, podstawka mosiężna, oraz około 1 cm korpusu stalowego są pokryte otuliną z tworzywa poliuretanowego o zróżnicowanej grubości. Zewnętrzną płaszczyznę walcową tulejki (powierzchnię promieniującą) pokrywa warstwa 1,5 mm i stanowi ona warstwę sprzęgającą akustycznie ceramikę z wodą (będąc praktycznie dla fali dźwiękowej przeźroczystą), jednocześnie chroni ceramikę przed dostępem wody, a co za tym idzie namakaniem i zwarciem. Około 10 mm warstwa górna otuliny wytłumia drgania płaszczyzny przekroju poprzecznego tulejki ceramicznej, oraz zabezpiecza tłumik o strukturze porowatej przed odkształcaniem się podczas występowania ciśnienia hydrostatycznego o znacznej wielkości. Kilkumilimetrowej grubości warstwa poliuretanu pokrywająca podstawkę mosiężną oraz złącze gwintowane podstawki i korpusu zabezpiecza mosiądz przed dostępem wody morskiej, oraz stanowi samozaciskowe zamknięcie wodoszczelne-poliuretanowej otuliny hermetyzującej.

Ponadto otulina ta dzięki znacznej elastyczności stanowi pewną ochronę elementu aktywnego przed uszkodzeniem wskutek niewielkich udarów mechanicznych. Zastosowanie w przetworniku według projektu elementu wewnętrznego-tłumika, sporządzonego ze spienionego tworzywa sztucznego, powoduje że energia drgań piezoceramicznej kształtki cyrkonianowej generowana radialnie nie promieniuje z niego do wewnątrz cylindrycznej kształtki. Jest ona oddawana na powierzchni zewnętrznej tejże kształtki dzięki temu, że na styku wewnętrznej powierzchni kształtki i powierzchni

152 286 3 spienionej tłumika z tworzywa sztucznego wskutek zamierzonego niedopasowania ich charakterystyk, następuje pełne odbicie promieniowania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku.

Przetwornik nadawczo-odbiorczy transpondera hydroakustycznego składa się ze stalowego korpusu 1, mającego kształt tulei, sporządzonej ze stali nierdzewnej. Jest ona zaopatrzona w nacięty na zewnątrz gwint drobnozwojny przebiegający na całej jej długości, aż do części chwytowej, która jest ukształtowana w pięć promieniowych, równoległych do siebie prostokątnych występów 2. Na występach tych jest utwierdzony szczelnie nierozłącznie elastyczny penetrator 3, obejmujący swą częścią przednią ukształtowaną w postać stożka, fragment otuliny zewnętrznej 4 koncentrycznego kabla 5. Jest on przeprowadzony wewnątrz poosiowego otworu korpusu. W otwór ten jest wkręcona mosiężna podstawka talerzowa 6 ze wspartym na niej tłumikiem 7, mającym poprzeczny kołnierz 8 o średnicy nominalnej odpowiadającej średnicy D = 23 mm podstawki talerzowej 6. W kołnierzu 8 jest wykonany promieniowy przelotowy rowek 9, w którym jest przeprowadzony przewód elektryczny 10, łączący galwanicznie ekran 11 koncentrycznego kabla 5 w dwóch punktach z elektrodą zewnętrzną kształtki ceramicznej piezoelektrycznej 12, mającej kształt cienkościennej tulei. Kształtka 12 jest osadzona na tłumiku 7 oraz wsparta na jego kołnierzu

8. Długość L kształtki 12 wynosi 15 mm, długość Li tłumika 7 wynosi 25 mm. W przelotowym otworze tłumika 7 warstwą kleju 13 epoksydowego, jest utwierdzona izolacja 14 żyły środkowej 15 kabla koncentrycznego 5. Żyła środkowa 15 jest przymocowana w galwanicznym połączeniu w dwóch punktach do elektrody wewnętrznej kształtki ceramicznej 12.

Tak sporządzony zestaw jest pokryty szczelną elastyczną nierozbieralną otuliną 16, obejmującą sobą dno i część obwodu tłumika 7, całą długość kształtki ceramicznej 12, całą długość podstawki talerzowej 6, oraz część korpusu 1. Na korpus są nakręcone na odcinku pomiędzy otuliną elastyczną 16, a penetratorem elastycznym 3, nakrętka dolna 17, podkładka sprężysta 18, oraz nakrętka górna 19. Tłumik 7 jest sporządzony ze spienionego zamkniętokomórkowego polichlorku winylu, natomiast otulina elastyczna 16 oraz penetrator 3 są sporządzone z poliuretanu.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. P^^^t^T^t^^nik nadawczo-odbiorczy transpondera hydroakustycznego zawierający kształtkę piezoceramiczną cylindryczną, której elektrody są dołączone do koncentrycznego kabla zasilającego w taki sposób, że kształtka jest osadzona wewnątrz sztywnego korpusu, otoczonego na zewnątrz elastyczną otuliną szczelną, znamienny tym, że składa się ze stalowego korpusu (1), mającego kształt tulei, zaopatrzonej w nacięty na zewnątrz gwint drobnozwojny przebiegający na całej jej długości, aż do części chwytowej, która jest ukształtowana w co najmniej trzy promieniowe, równoległe do siebie prostokątnokształtne występy (2), na których jest utwierdzony szczelnie nierozłącznie elastyczny penetrator (3), obejmujący swą częścią przednią ukształtowaną w postać stożka, fragment otuliny zewnętrznej (4) koncentrycznego kabla (5), przeprowadzonego wewnątrz poosiowego otworu korpusu, w który jest wkręcona metalowa najkorzystniej mosiężna podstawka talerzowa (6) ze wspartym na niej tłumikiem (7) mającym poprzeczny kołnierz (8) o średnicy nominalnej odpowiadającej średnicy (D) podstawki talerzowej (6), z promieniowym przelotowym rowkiem (9), w którym jest przeprowadzony przewód elektryczny (10) łączący galwanicznie w więcej niż jednym punkcie ekran (11) koncentrycznego kabla (5) z elektrodą zewnętrzną kształtki ceramicznej, piezoelektrycznej (12), mającej kształt cienkościennej tulei osadzonej na tłumiku (7), oraz wspartej na jego kołnierzu (8), której długość (L) jest mniejsza od długości (Li) tłumika (7), w którego przelotowym otworze warstwą kleju (13) zwłaszcza kleju epoksydowego jest utwierdzona izolacja (14) żyły środkowej (15) kabla koncentrycznego (5) przymocowanej w galwanicznym położeniu w więcej niż jednym punkcie do elektrody wewnętrznej kształtki ceramicznej (12) i tak sporządzony zestaw jest pokryty szczelną elastyczną nierozbieralną otuliną (16), obejmującą sobą dno i część obwodu tłumika (7), całą długość (L) kształtki ceramicznej (12), całą długość podstawki talerzowej (6), oraz część korpusu (1), na który są nakręcone na odcinku pomiędzy otuliną

   4 152 286 elastyczną (16), a penetratorem elastycznym (3) nakrętka dolna (17), podkładka sprężysta (18), oraz nakrętka górna (19).
2. 2. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że tłumik (7) jest sporządzony ze spienionego zamkniętokomórkowego polichlorku winylu.
3. 3. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że otulina elastyczna (16) jest sporządzona z tworzywa sztucznego termoplastycznego, najkorzystniej z poliuretanu lub polipropylenu.
4. 4. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że penetrator (3) jest sporządzony z tworzywa sztucznego termoplastycznego, najkorzystniej z poliuretanu lub polipropylenu.

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 3000 zł