SE467081B - Drivpaket ingaaende i akustiska saendare - Google Patents

Description

467 081 TEKNISKT OMRÅDE Uppfinningen omfattar ett drivpaket för akustiska sändare. Aktuella akustiska apparater kan arbeta både som sändare och mottagare, dvs som mätgivare för akustiska signaler. En akustisk apparat där uppfinningen med stor fördel kan komma till användning är som så kallad' Sonar, dvs en sändare som skickar ut ljudvågor under vatten vilka efter reflektion kan avlyssnas av hydrofoner av olika slag.

TEKNIKENS STÅNDPUNKT, PROBLEMET Det är ett känt faktum att lågfrekventa ljudvågor kan färdas längre sträckor genom vatten än vad högfrekventa ljudvågor kan. Det har också länge både från militärt håll och fràn havsbaserad olje- och gasindustri funnits ett behov av kraftfulla làgfrekventa ljud- sändare som kan arbeta under vatten. Sändare av olika konstruktioner och utföranden för dessa ändamål och användningsområden har funnits tillgängliga under lång tid. En sammanfattning av sådana akustiska sändare ges i en artikel i DEFENSE SYSTEM REVIEW, november 1984, sid 50-55, "Sonar transducer design incorporates rare earth alloy".

De flesta akustiska sändare som används i dag är baserade på antingen den piezoelektriska effekten eller på magnetostriktion.

Den piezoelektriska effekten innebär som bekant att ett kristallinskt ämne får en längdförändring då en elektrisk spänning appliceras på dessändytor, respektive att en elektrisk spänning erhålles då ämnet utsättes för en fysisk deformation.

Magnetostriktion innebär att ett magnetiskt material som utsättes 467 08? akustisk sändare med cylindrisk form och elliptisk tvärsnittsyta och med drivstavar av högmagnetostriktivt material beskrivs bl a i US 4 901 293 "A rare earth flextensional transducer".

I svenska utläggningsskriften 8901905-3, "Anordning vid akustiska apparater” beskrivs en likaledes cylindrisk sändare med elliptiskt tvärsnitt. Drivelementet består här av en kropp med motstàende ursparningar i vilka drivstavar är införda. Drivstavarna är i sin tur infästa i tryckstavar som på samma sätt som ovan påverkar membranet.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNlNGEN Uppfinningen består av ett baskoncept på det som ovan har kallats drivelement men som i fortsättningen kommer att omtalas som ett drivpaket. Vad beträffar de övriga delarna av en sändare utgår man från en konstruktion som den ovan beskrivna med en cylindrisk form med ett elliptiskt tvärsnitt. Sändaren har ett elastiskt membran eller skal och två vid storaxelns ändar inre tryckstavar. Mellan dessa tryckstavar befinner sig drivpaketet enligt uppfinningen.

Drivpaketet omfattar en skiva av magnetiskt material med en yttre form som en rätvinklig parallellepiped. I skivan upptas ett antal ursparningar eller fönster och därför kommer skivan i fortsättningen att omtalas som en ram. Det finnes två olika hålkonfigurationer av fönstren som dock båda har en parallellepipedisk form med avrundade hörn.

Den ena fönsterkonfigurationen, senare kallad "drivfönster", är utformad så att ett drivorgan bestående av en eller flera drivceller monterade med samma längdförändringsaxel kan inrymmas i fönstret.

Den andra fönsterkonfigurationen, senare kallad "spännfönster", är utformad så att en spännanordning enligt följande beskrivning kan inrymmas i fönstret. Spännanordningen består av en med en skruv förflyttbar kil, belägen mellan två yttre förflyttbara spännklackar.

Spännklackarna är på de sidor som vänder mot kilen formade så att de tillsammans bildar en vinkel lika med kilvinkeln.

Spännklackarnas motstàende yttre sidor är planparallella och rör sig från varandra i en riktning vinkelrät mot kilens rörelseriktning då kilen via skruven förs in i den vinkelformade öppningen mellan spännklackarna. 467 081 4 Ramens dimension vad höjd beträffar är anpassad så att den i stort motsvarar avståndet mellan tryckstavarnas planparallella inre sidor, dvs storaxelns längd mellan tryckstavarna. Ramens bredd motsvarar det cylindriska skalets axiella längd. Ramens tjocklek kan varieras inom vida gränser och bestäms huvudsakligen av nödvändiga dimensioner för inbyggnad i fönstren av drivcellerna och spännanordningarna. Som senare skall redovisas fästes sändarens elliptískt formade ändplattor mot ramens höjd/tjocklekssidor.

Ramen centreras i övrigt så att dess mittplan, dvs ett plan mitt emellan de båda bredd/höjdsidorna sammanfaller med ett tänkt plan genom storaxeln och den cylindriskt formade sändarens längdaxel genom det elliptískt formade tvärsnittets mittpunkt. Av det ovan anförda framgår det att ramens båda bredd/tjockleks- sidor vänder mot och är parallella med tryckstavarnas planparallella sidor.

Två drivfönster och ett mitt emellan dessa spännfönster med sammanfallande mittlinjer parallell med det elllptiska tvärsnittets storaxel, bildande en kolonn, är upptagna i ramen.

Ramen kan omfatta ett valfritt antal sådana parallella kolonner. l de två drivfönstren placeras enligt ovan ett drivorgan omfattande en eller flera drivceller. Varje drivorgan avslutas i längd- förändringsriktningen av trycktappar. l ramen är upptagna frigående hål för dessa trycktappar. l tryckstavarna är upptagna urparníngar för styrning och mothåll för de från drivfönstren utåtgående trycktapparna. l det mellanliggande spännfönstret placeras en spännanordning enligt ovan. Drivorganets inre trycktappar anslutes mot spännklackarnas planparallella yttre sidor.

Det är bl a enligt tidigare nämnda artikel i DEFENCE SYSTEM REVIEW både känt och lämpligt att använda drivkällor för seismiska sändare innefattande högmagnetostriktiva material som t ex Terfenol. Det är också känt att för optimal funktion sådana drivkällor behöver både mekanisk förspänning och förmagnetisering.

En lämplig drivkälla för användning i drivpaketet enligt uppfinningen är en drivcell utformad i enlighet med amerikanska patentet US 4 914 412 ”Magnetic Circuit". Denna magnetkrets är avsedd att magnetisera cylindriskt formade magnetiska material, exempelvis ett högmagnetostriktivt sådant, i axiell riktning.

Magnetkretsen omfattar en magnetiserande spole och 467 081. permanentmagneter för förmagnetisering samt magnetiska àterledare av ferromagnetiskt material.

Den önskvärda mekaniska förspänningen åstadkommes med hjälp av spännanordningarna i spännfönstren. Genom att med skruven skjuta in kilen mellan spännklackarna kommer dessa att via trycktapparna hos drívorganen spänna tryckstavarna mot membranet varvid önskad mekanisk förspänning hos drivcellerna erhålles. Detta innebär i sin tur att ramen kommer att flyta fritt inne i membranet och att såndarens ändplattor kan fästas vid ramen utan att dessa nämnvärd påverkar membranets oscillerande rörelse.

Det redovisade konceptet för utformning av en akustisk sändare innebär en stor frihet vad beträffar konstruktion, dimension och akustisk effekt eftersom man fritt kan välja både antal drivceller i varje drivorgan och antal kolonner. Ramkonceptet innebär också en god möjlighet för fixering av drívorganen och för fixering av tryckstavarna vid tillverkning och lindning av membranet. Ramen fungerar också som magnetiskt ok för magnetkretsarna.

RITNINGSFÖRTECKNING Figur 1 visar en cylindrisk akustisk sändare med elliptiskt tvärsnitt omfattande ett drivpaket enligt uppfinningen.

Figur 2 visar drivorgan med spännanordning som ingår i drivpaketet.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER En akustisk sändare där ett drivpaket enligt uppfinningen företrädesvis kan komma till användning visas i figur 1. Sändaren har som det framgår en cylindrisk form med elliptiskt tvärsnitt.

Utàt sett består sändaren av en mantelyta i form av ett elastiskt membran 1 och ändplattor 2 och 3. Inne i membranet och parallellt med cylinderns axel finnes två tryckstavar 4 och 5 vid det elliptiska tvärsnittets storaxels ändar, allt i enlighet med den tidigare beskrivna teknikens ståndpunkt.

Drivpaketet består av en ram med ett antal fönster, drivorgan som omfattar en eller flera drivceller och en spännanordning bestående av kil och spännklackar.

Ramen 6 har, så som beskrivits, form som en rätvinklig parallellepiped. För att underlätta den fortsatta beskrivningen 467 ost 6 kommer fortsättningsvis att refereras till ramens höjd h, bredd b och tjocklek t. Ramen placeras centralt inne i membranet på så sätt att ett plan mitt emellan och parallellt med de båda höjdlbredd- sidorna sammanfaller med planet för samtliga storaxlar. Ramens höjd h är därvid anpassad så att den i stort motsvarar det fria avståndet mellan tryckstavarna vilket innebär att ramens bredd/tjocklekssidor praktiskt taget kommer till anliggning mot tryckstavarna. Ramens bredd b motsvarar det cylindriska membranets axiella längd. Sändarens ändplattor kan därför med skruvar 7, 8, 9 och 10 sättas fast mot ramens höjdltjockleks- sidor. Ramens tjocklek t, dvs avståndet mellan de båda höjd/bredd- sidorna, bestäms till större delen av kraven på en praktisk inbyggnad av drivorganen och spännanordningarna samt kraven på nödvändiga dimensioner för de för trycktapparna frigående hålen.

Eftersom ramen "flyter" inne i sändaren då denna befinner sig i, med spännanordningarnas hjälp, mekaniskt förspänt tillstånd kommer ramen som sådan inte att utsättas för nämnvärda mekaniska pákänningar. Ramens höjd och bredd kommer därför att huvudsakligen bestämmas av det antal drivceller/drivorgan som behövs för att uppnå önskad akustisk effekt.

Två av de tidigare nämnda drivfönstren visas vid 11 respektive 12.

De har som det framgår en parallellepipedísk form med 'avrundade hörn. Mitt emellan dessa finnes ett spännfönster 13 som likaledes har en parallellepipedísk form med avrundade hörn. Fönstren har en gemensam mittlinje som sammanfaller med en storaxel för det elliptiska tvärsnittet. För den vidare beskrivningen är det lämpligt att, så som tidigare angetts, säga att de två drivfönstren och det mellanliggande spännfönstret bildar en kolonn. En seismisk sändare enligt figur 1 omfattar som det framgår fem kolonner. Som angetts tidigare har drivorganen som skall placeras i de drivfönstren axiellt utåtgående trycktappar. Frigande hål 14, 15, 16 och 17 för dessa trycktappar är upptagna i ramen med en gemensam central axellinje lika med varje kolonns mittlinje.

För trycktapparnas centrering, styrning och mothåll mot tryckstavarna har som tidigare angetts upptagits ursparnlngar 18 och 19 i dessa med samma centrala axellinje som kolonnernas mittlinje. l figur 2 visas ett exempel på hur två drivorgan 20 och 21 med en mellanliggande spännanordning 22 för inplacering i varje kolonn kan utformas. Drivorganen .består av en eller flera drivceller 23. Då flera drivceller ingår är' dessa monterade så att de har en gemensam axiell förlängningsriktning. Drivorganens nämnda trycktappar visas vid 24 och 25. Spännanordningen omfattar två 7 ff! ñfld O/ uOi spännklackar 26 och 27 samt en mellanliggande kil 28. Drivorganen spänns mot tryckstavarna då kilen med hjälp av ett skruvarrangemang 29 förs in mellan spännklackarna. Detta skruvarrangemang samt spännklackarnas styrning kan ske på ett flertal olika och triviala sätt varför ingen närmare beskrivning kommer att redovisas.

Det beskrivna baskonceptet kan vad detaljer beträffar utformas på màngahanda olika sätt som omfattas av uppfinningen. Detta kan t ex, förutom val av antal kolonner, drivceller i varje drivorgan och ramens dimensioner så som redan omtalats, vara olika utförandeformer av fönstren och av ändplattornas infästning mot ramens höjd/tjocklekssidor m m. Spännanordningens kil kan också vara koniskt formad varvid spännklackarnas mot kilen vända ytor också görs koniska med samma konicitet som kilen. Drivpaketet kan självfallet även komma till användning vid cylindriskt formade sändare med annat än elliptiska tvärsnitt, exempelvis vid ett cirkulärt tvärsnitt.

Claims (8)

467 081 PATENTKRAV

1. Drivpaket ingående i akustiska sändare vilka sändare har en cylindrisk form vars mantel är anordnad som ett elastiskt membran (1) och med innanför membranet diametralt anordnade tryckstavar (4,5),kännetecknatavatt drivpaketet är anordnat mellan tryckstavarna och omfattar en ram (6), drivorgan (20, 21) och spännanordning (22) och att ramen är anordnad som en rätvinklig parallellepipedisk skiva av magnetiskt material med parallellepipediska ursparningar med avrundade hörn i form av drivfönster (11, 12) och spännfönster (13) och att två drivfönster med ett mellanliggande spännfönster bildar en kolonn med gemensam mittlinje diametralt mellan tryckstavarna samt att ramen omfattar åtminstone en kolonn, och att drivorganen är anordnade i spännfönstren och omfattar en eller flera drivceller (23) som på elektrisk eller magnetisk väg styrbart är förlängbar och att drivorganens ändar i förlängningsriktningen är anordnade som trycktappar (24, 25) för vilka frigàende häl (14, 15, 16, 17) med samma mittlinje som kolonnensfönster är upptagnai ramen både fràn spännfönstren mot tryckstavarna och mot ett mellanliggande spännfönster, och att spännanordningarna är anordnade i spännfönstren och omfattar tvä spännklackar (26, 27) mot vars utåt vända ytor drivorganens inätvânda trycktappar kommer till anliggning och vars mot varandra vända ytor är formade för anpassning mot en mellanliggande kils (28) ytor och att kilen är försedd med ett skruvarrangemang (29) med vars hjälp kilen kan förflyttas mellan spännklackarna varvid drivorganens mot tryckstavarna vända trycktappar kommer till anliggning mot ursparningar (18, 19) i tryckstavarna.

2. Drivpaket ingående i akustiska sändare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att drivpaketet ingår i en akustisk sändare med en elliptisk tvärsnittsform.

3. Drivpaket ingående i akustiska sändare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att drivpaketet ingàr i en akustisk sändare med en cirkulär tvärsnittsform.

4. Drivpaket ingående i akustiska sändare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att en drivcell omfattar en med en permanentmagnet förmagnetiserad magnetkrets med magnetisk kärna av ett högmagnetdstriktivt material.

5. Drivpaket ingående i akustiska sändare enligt patentkrav 1, 467 081 k ä n n e t e c k n a t av att en drivcell omfattar ett piezoelektrískt element.

6. Drivpaket ingående i akustiska sändare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att spännklackarna är anordnade med mot varandra vända plana ytor vilka bildar en vinkel med varandra motsvarande en mellanliggande plan kils kilvinkel.

7. Drivpaket ingående i akustiska sändare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att kilen har en konisk form och att spännklackarnas mot kilen vända ytor är anordnade för konisk anpassning mot kilen.

8. Drivpaket ingående i akustiska sändare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att sändarens ändplattor (2, 3) är fästa vid drivpaketet.