SU1140076A1 - Acoustic converter - Google Patents

Acoustic converter Download PDF

Info

Publication number
SU1140076A1
SU1140076A1 SU823384947A SU3384947A SU1140076A1 SU 1140076 A1 SU1140076 A1 SU 1140076A1 SU 823384947 A SU823384947 A SU 823384947A SU 3384947 A SU3384947 A SU 3384947A SU 1140076 A1 SU1140076 A1 SU 1140076A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
active element
acoustic
wavelength
liquid
tubular body
Prior art date
Application number
SU823384947A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Носов
Игорь Георгиевич Можаев
Виктор Алексеевич Виноградов
Original Assignee
Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии filed Critical Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии
Priority to SU823384947A priority Critical patent/SU1140076A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1140076A1 publication Critical patent/SU1140076A1/en

Links

Landscapes

  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий трубчатый корпус с активным элементом, размещенным .-. между двум  крьшками, во внтуреннюю полость которого залита компенсационна  жидкость, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  акустической мощности, эффективности в режиме излучени  и чувствительности в режиме приема, он снабжен двум  жесткими экранами, один из которых повтор ет форму активного элемента и скреплен с торцовой поверхностью активного злеменга, а второй выполнен в виде перегородок, соединенных с трубчатым корпусом длиной не более четверти длины волны упругих колебаний в жидкости и высотой, равной высоте активного элемента, при этом в пер (Л вом из экранов выполнены отверсти , с отсто щие от середины активного элемента на половину длины волны упругих колебаний в жидкости.ACOUSTIC CONVERTER containing a tubular body with an active element placed .-. between two caps, into the internal cavity of which a compensating fluid is poured, characterized in that in order to increase the acoustic power, efficiency in the emission mode and sensitivity in the reception mode, it is equipped with two rigid screens, one of which repeats the shape of the active element and is attached to end surface of the active element, and the second is made in the form of partitions connected to a tubular body no longer than a quarter of the wavelength of elastic vibrations in a liquid and a height equal to the height of the active element in this case, in the first part of the screens, holes are made, which are half the wavelength of elastic oscillations in the liquid, which are separated from the middle of the active element.

Description

о 1 Изобретение относитс  к сква инным акустическим преобразовател м, приборостроению, гидроакустическим преобразовател м и может быть использовано дл  акустического каро- тажа при геологоразведке на нефть и газ,акустического воздействи  на пласты с целью повьшени  дебита и вызова притока нефти в скважины, дл  акустических измерений, дл  гидролокаторов и других акустически приборов в геологоразведочной, нефт ной , газовой, судостроительной и других отрасла х промьшшенности. Известен пьезокерамический акустический преобразователь с односторонним излучением и приемом дл  акустического каротажа, содержащий ,серебр ные электроды на внутренней и наружной поверхност х и выполненный в виде цилиндра 1 3. Недостатками этого преобразовате л   вл ютс  небольша  эффективность в режиме излучени  и небольша  развиваема  мощность вследствие недостаточной величины сопротивлени  излучени  и наличи  акустического короткого замыкани  между наружной и внутренней поверхност ми с одной стороны и торцами и этими же поверхност ми - с другой. Известен цилиндрический преобразователь , изготовленный из трех колец из титаната бари , герметизированный снаружи защитной оболочкой из звукопрозрачной резины, причем цилиндры установлены и соединены между собой механи 1ески и изолирова ны с помощью соединительных втулок на торцы крайних цилиндров насажены крышки с сальниками, ст нутые между собой болтом и гайкой, внутреннее пространство пьезоцилиндров заполне но воздухом Однако зтот преобразователь хара теризуетс  тем, что он развивает недостаточную мощность и имеет небольшие эффективность в режиме излу . ч1ени  и чувствительность в режиме приема вследствие малого сопротив лени  излучени . Наиболее близким к предлагаемом  вл етс  акустический преобразователь , содержащий трубчатый корпус с активным элементом, размещенным между двум  крышками, во внутренню полость которого запита компенсационна  жидкость иЗ. 6 Однако известньй преобразователь характеризуетс  небольшой излучаемой мощностью и чувствительностью в режиме приема вследствие наличи  акустического короткого замыкани  между внешней, внутренней и торцовыми поверхност ми, а также малой зффективностью в режиме излучени  изза недостаточного сопротивлени  излучени  и акустического короткого замыкани  между поверхност ми активного элемента. Цель изобретени  - увеличение акустической мощности, эффективности в режиме излучени  и чувствительности в режиме приема. Указанна  цель достигаетс  тем, что акустический преобразователь, содержащий трубчатый корпус с активным элементом, размещенным между двзпм  крьшжами, во внутреннюю полость которого залита компенсацион на  жидкость, снабжен двум  жесткими экранами, один из которых повтор ет Форму активного элемента и скреплен с торцовой поверхностью активного элемента, а второй выполнен в виде перегородок, соединенных с трубчатым корпусом длиной не более четверти длины волны упругих колебаний в жидКости и высотой, равной высоте активного элемента, при этом в первом из экранов вьтолнены отверсти , отсто щие от середины активного элемента на половину длины волны упругих колебаний в жидкости. На фиг о 1 представлен вариант вьшолнени  акустического преобразовател  с одним акустическим экраном; на фиг„ 2 - сечение А-А на фиг. 1„ Акустический преобразователь содержит трубчатый корпус 1 - основуi на которой крепитс  вс  конструкци  преобразовател . На внешней поверхности сверху и снизу в корпусе выполнены канавки дл  резиновых уплотнений 2о Поверх уплотнений размещена крышка 3, внешн   поверхность которой запщщена резиновой оболочкой 4. Под крышкой находитс  уплотнение кольца 5 пьезоэлемента 6 цилиндрической формы, нижний торец которого опираетс  на уплотнительное и электроизолирукицее кольцо 7. Кольца 5 и 7 вьшолн ютс  из фторопласта, резины , полистирола или другого электроизолирующего материала. Нижн   часть кольца 7 состыкована своим буртиком с канавкой акустически жесткого экрана 8, выполненного в виде толстого кольца из стали или другого проч ного материала. Толщина этого экрана , стенки трубчатого корпуса 1 выполн ютс  равными примерно 1/40 дли ны продольной волны на резонансной частоте дл  стали или другого испол зуемого материала. В нижней части экрана 8 вьтолнены отверсти  9, нахОд щиес  на рассто нии, равном половине длины волны, распростран ющейс  в компенсационной  овдкости, залитой внутрь преобразовател  от середины образук цей пьезоэлемента 6 Если толщина стенки экрана 8 велика и ее необходимо прин ть во внимание то рассто ние между серединой высоты пьезоэлемента 6 и центром отверс тий 9 равно разности длины полуволны в компенсационной жидкости и толщины указанной стенки Форма отвер .стий может быть любой. Вместо од ного отверсти  в экране 8, число которых может быть больше одного, может быть вьтолнено несколько отверстий общей площадью, равной площади внутренней поверхности пьезоэлеменга . Высота последнего не долж на превышать четверти длины волны в компенсационной жидкости во избежание по влени  отраженных волн про тивоположной пол рностИо В качестве пьезозлемента может быть также использован не только пьезокерамический , но и витой или шихтованный магнитострикционный пре-образователь выполненный в виде цилиндра Диаметр отверсти  9 выбираетс  та.ким образом, чтобы получить наименьшее сопротивление при распространении акустической волны через отверстие. Нижн   крьшша 10 насажена на трубчатый корпус 1 с помощью уплотнений 11 „ Крьш1ка 10, имеюща  как. и крьшка 3 наружную резьбу 12 дл  стыковки преобразовател  с корпусом скважинного снар да, закреплена на |трубчатом корпусе 1 с помощью гай|ки 13. На крышке 3 вьшолнена наружна  резьба 14, в трубчатом корпусе 1 вьтолнено отверстие 15 дл  кабелей . На фиг. 2 показана звуконепроницаема  перегородка 16, вьшолненна  отдельно или заодно с трубчатым кор пусом 1. Между пьезоэлементом 6 и торцом перегородки 16 (экрана) вь полнен зазор 17, равный нескольким дес тым миллиметра во избежание касани  пьезоэлемента и перегородки между собой во врем  работы и дл  с.оздани  большого гидравлического сопротивлени  между секци ми А, Б, В, и т«До - вывод 18 от внутренней оболочки пьезоэлемента к свечному вводу 19 дл  соединени  с вьгеодами. Жидкость 20 служит дл  компенсации статического давлени  и дл  распространени  звуковой энергии от внутренней поверхности пьезоэлемента дл  вывода во внешнее пространство. Оболочка 4 вьшолн ет также функцию компенсатора при расширени х или сжатии жидкости 20„ Рассто ние между перегородками в одной секции не должно превьштать одной половины длины волны, распростран ющейс  в жидкости 20 на резонансной частоте. Это.рассто ние отсчитываетс  между кромками соседних перегородок. С целью дальнейшего уменьшени  потерь в отверсти х 9 и сужении ширины диаграммы направленности в вертикальной плоскости, повьш1ени  мощности между крьш1кой 4 и кольцом 5 может быть установлен дополнительный акустически жесткий экран, аналогичный экрану 8о Рассто ние между внешней поверхностью трубчатого корпуса , станками пьазоэлемента и экрана 8 составл ет менее четверти длины волны в жидкости 20. Акустический преобразоват ель работает следующим образом. С помощью выводов на обкладки пьезоэлемента 6 через свечные вводы 19 от генератора высокой частоты (не показан) подаетс  напр жение высокой частоты, равной резонансной частоте пьезоэлемента.. Эта частота равна f С/3,14 Д , где С- скорость распространени  продольных волн в материале пьезоэлемента, а Dcp средний диаметр цилиндра. Пьезоэлемент совершает при этом радиальные колебани , причем если высота образующей больше толщины стенки цилиндра то смещение стенок  вл етс  односторонним Это вызывает акустические колебани  в озвучиваемой среде снаружи и в секци х А, Б, В, Г, Д с противоположными фазами. В устройстве-прототипе энерги  колебаний, излучаемых пьезоэлементом 6 в жидкость 20, не используетс  и уходит в потери на .трение. В данном случае эта энерги  получает временную задержку вследствие смещени  отверстий 9 на экране 8 на половину длины волны в жидкости 20 и излучаетс  во внешнее пространство синфазно с энергией колебаний излучаемой наружной поверхностью пьезоэлемента. Таким образом достигаетс  увеличение сопротивлени  излучени , что и приводит к повышению мощности, эффективности в режиме излучени  и чувствительности в режиме приема. Во избежание прохождени  акустической энергии в , другие отверсти  экрана 8, расположенные дальше, чем на половину длины волны, внутри преобразовател  установлены звуконепроницаемые перегородки 16, направл ющие поток энер гии только в те отверсти  в экране 8,в которых происходит инвертирование фазы на 180. Это позвол ет увеличит сопротивление излучени  преобразовател  на 70-80%, что в свою очередь приводит к соответствующему увеличению мощности и эффективности в режиме излучени  на 30-40%. Увеличение чувствительности в режиме П 6 приема реализуетс  на 70-80%. Кроме того, в преобразователе, снабженном двум  экранами 8 (снизу и сверху пьезоэлемента 6), можно широко варьировать частотную характеристику, форму и ширину диаграммы направленности путем смещени  отверстий 9 относительно центра образующей цилиндра пьезоэлемента 6. Увеличение рассто ни  между отверсти ми 9 и центром дает подъем в частотной характеристике на частотах ниже резонанса, уменьшение этого рассто ни  - на частотах вьш1е резонанса. При использовании предлагаемого акустического преобразовател  дл  акустического воздействи  на нефт ные и иные пласты врем  обработки последних может сократитьс  примерно в 1,5 раза. При использовании прибора дл  каротажа эффективность последнего повьш1аетс  путем повьш1ени  излучаемой мощности, чувствительности в режиме приема и эффективности в режиме излучени , что, в свою очередь, приводит к повьш1ению отношени  сигнал-шум всей каротажной аппаратуры в общей и ее разрешакмдей способности Фиг. гo 1 The invention relates to well acoustic transducers, instrument making, hydroacoustic transducers and can be used for acoustic maps in geological exploration for oil and gas, acoustic effects on formations in order to increase production and cause oil flow in wells, for acoustic measurements , for sonars and other acoustic instruments in exploration, oil, gas, shipbuilding and other industries. A piezoceramic acoustic transducer with one-sided radiation and reception for acoustic logging, containing silver electrodes on the inner and outer surfaces and made in the form of a cylinder 1 3, is known. The disadvantages of this converter are low efficiency in radiation mode and low power developed due to insufficient magnitude radiation resistance and the presence of an acoustic short circuit between the outer and inner surfaces on one side and the ends and the same surfaces rhnost E - on the other. A cylindrical converter, made of three rings of barium titanate, is sealed outside by a protective sheath made of opaque rubber, the cylinders are mounted and interconnected by mechanics and insulated by connecting sleeves with glands on the ends of the end cylinders bolted together and a nut, the inner space of the piezocylinders is filled with air. However, this converter is characterized by the fact that it develops insufficient power and has small ciency in the radiation mode. frequency and sensitivity in the reception mode due to low radiation resistance. Closest to the present invention, there is an acoustic transducer comprising a tubular body with an active element placed between two caps, into the internal cavity of which the compensation liquid IZ is fed. 6 However, a lime converter is characterized by a small radiated power and sensitivity in the reception mode due to the presence of an acoustic short circuit between the external, internal and end surfaces, as well as a low efficiency in the radiation mode due to insufficient radiation resistance and an acoustic short circuit between the surfaces of the active element. The purpose of the invention is to increase acoustic power, efficiency in radiation mode and sensitivity in reception mode. This goal is achieved by the fact that an acoustic transducer containing a tubular body with an active element placed between two dowels, in the internal cavity of which compensation is filled with liquid, is equipped with two rigid screens, one of which repeats the Active Element Form and is attached to the end surface of the active element , and the second is made in the form of partitions connected to a tubular body with a length of not more than a quarter of the wavelength of elastic oscillations in a liquid and a height equal to the height of the active element, When this first of the screens vtolneny openings spaced from the center of the active element half wavelength of elastic waves in a liquid. Fig. 1 shows an embodiment of an acoustic transducer with one acoustic screen; FIG. 2 is a section A-A in FIG. 1 An acoustic transducer comprises a tubular housing 1 — the base on which the entire transducer design is mounted. On the outer surface, there are grooves for rubber seals 2o above and below the housing. A lid 3 is placed over the seals, the outer surface of which is molded with rubber casing 4. Under the lid there is a cylindrical piezoelectric ring 6, whose lower end rests on the sealing and electrically insulating ring 7. Rings 5 and 7 are made of Teflon, rubber, polystyrene or other electrically insulating material. The lower part of the ring 7 is joined by its flange to the groove of the acoustically rigid screen 8, made in the form of a thick ring of steel or other durable material. The thickness of this screen, the walls of the tubular body 1 are approximately equal to 1/40 of the length of the longitudinal wave at the resonant frequency for steel or another material used. At the bottom of the screen 8, the holes 9 are located at a distance equal to half the wavelength propagating in the compensating shield embedded inside the converter from the middle of the piezoelectric element 6 If the wall thickness of the screen 8 is large and it must be taken into account, then the distance The distance between the middle of the height of the piezoelectric element 6 and the center of the openings 9 is equal to the difference of the half-wave length in the compensation fluid and the thickness of the indicated wall. The holes can be any shape. Instead of one hole in the screen 8, the number of which may be more than one, several holes may be filled with a total area equal to the area of the internal surface of the piezoelectric element. The height of the latter should not exceed a quarter of the wavelength in the compensation liquid in order to avoid the occurrence of reflected waves of the opposite polarity. Not only piezoceramic can be used as piezoelement, but also a twisted or laminated magnetostrictive pre-former made in the form of a cylinder Hole 9 diameter This way, in order to get the least resistance when the acoustic wave propagates through the hole. Bottom cover 10 is mounted on the tubular body 1 by means of seals 11 "Krshka 10, having as. and a cap 3 an external thread 12 for joining the transducer with a casing of a wellbore, fixed on a tubular body 1 by means of a nut 13. On the lid 3 an external thread 14 is made, in an tubular body 1 a hole 15 for cables is made. FIG. 2 shows a soundproof partition 16, individually or at one with the tubular casing 1. Between the piezoelectric element 6 and the end of the partition 16 (screen) there is a gap 17 equal to several tenths of a millimeter to avoid contact of the piezoelement and the partition with each other during operation and with The creation of a large hydraulic resistance between sections A, B, B, and t "Do - pin 18 from the inner shell of the piezoelectric element to the plug inlet 19 for connection with transistor. Fluid 20 serves to compensate for static pressure and to propagate sound energy from the inner surface of the piezoelectric element for output to external space. Shell 4 also performs the function of a compensator when expanding or compressing a fluid 20 "The distance between the baffles in one section should not exceed one half of the wavelength propagating in the fluid 20 at a resonant frequency. This distance is measured between the edges of the adjacent partitions. In order to further reduce the losses in the holes 9 and narrowing the width of the radiation pattern in the vertical plane, an additional acoustically rigid screen similar to the screen 8 can be installed between the plate 4 and the ring 5. The distance between the outer surface of the tubular body, the piezoelectric machine and the screen 8 is less than a quarter of the wavelength in the liquid 20. The acoustic transducer operates as follows. Using the leads on the plates of the piezoelectric element 6 through the candle leads 19 from a high frequency generator (not shown), a high frequency voltage is applied equal to the resonant frequency of the piezoelectric element. This frequency is equal to f C / 3.14 D, where C is the velocity of propagation of longitudinal waves in the piezoelectric material, and Dcp is the average diameter of the cylinder. In this case, the piezoelectric element performs radial oscillations, and if the height of the cylinder that forms more than the wall thickness, then the wall displacement is one-sided. This causes acoustic oscillations in the medium being sounded outside and in sections A, B, C, D, D with opposite phases. In the prototype device, the energy of the oscillations emitted by the piezoelectric element 6 into the liquid 20 is not used and goes into friction loss. In this case, this energy receives a time delay due to the displacement of the holes 9 on the screen 8 by half the wavelength in the liquid 20 and is radiated into external space in phase with the oscillation energy of the radiated outer surface of the piezoelectric element. Thus, an increase in the radiation resistance is achieved, which leads to an increase in power, efficiency in the emission mode and sensitivity in the reception mode. In order to avoid the passage of acoustic energy into the other openings of the screen 8, which are farther than half the wavelength, soundproof partitions 16 are installed inside the converter, directing the flow of energy only to those openings in the screen 8 in which the phase is inverted by 180. This will increase the radiation resistance of the converter by 70-80%, which in turn leads to a corresponding increase in power and efficiency in the radiation mode by 30-40%. The increase in sensitivity in P 6 reception mode is realized by 70-80%. In addition, in the transducer provided with two screens 8 (below and above the piezoelectric element 6), the frequency response, shape and width of the radiation pattern can be widely varied by shifting the holes 9 relative to the center of the generator of the cylinder of the piezoelectric element 6. Increasing the distance between the holes 9 and the center the rise in the frequency response at frequencies below resonance, the decrease of this distance — at frequencies of higher resonance. When using the proposed acoustic transducer for acoustic effects on oil and other formations, the processing time of the latter can be reduced by about 1.5 times. When using a logging tool, the efficiency of the latter is increased by increasing the radiated power, sensitivity in the reception mode and efficiency in the radiation mode, which, in turn, leads to an increase in the signal-to-noise ratio of the whole logging equipment in total and its resolution of FIG. g

Claims (1)

АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий трубчатый корпус с активным элементом, размещенным между двумя крышками, во внтуреннюю полость которого залита компенсационная жидкость, отличающийся тем, что, с целью увеличения акустической мощности, эффективности в режиме излучения и чувствительности в режиме приема, он снабжен двумя жесткими экранами, один из которых повторяет форму активного элемента и скреплен с торцовой поверхностью активного элемента, а второй выполнен в виде перегородок, соединенных с трубчатым корпусом длиной не более четверти длины волны упругих колебаний в жидкости и высотой, равной высоте активного элемента, при этом в первом из экранов выполнены отверстия, отстоящие от середины активного элемента на половину длины волны упругих колебаний в жидкости.ACOUSTIC TRANSDUCER containing a tubular housing with an active element located between two covers, in the internal cavity of which a compensation fluid is filled, characterized in that, in order to increase acoustic power, efficiency in radiation mode and sensitivity in reception mode, it is equipped with two hard screens, one of which repeats the shape of the active element and is bonded to the end surface of the active element, and the second is made in the form of partitions connected to a tubular body of no more than e is a quarter of the wavelength of elastic vibrations in a liquid and a height equal to the height of the active element, while in the first of the screens holes are made that are half the wavelength of elastic vibrations in the liquid from the middle of the active element. SU... 1140076SU ... 1140076
SU823384947A 1982-01-18 1982-01-18 Acoustic converter SU1140076A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU823384947A SU1140076A1 (en) 1982-01-18 1982-01-18 Acoustic converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU823384947A SU1140076A1 (en) 1982-01-18 1982-01-18 Acoustic converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1140076A1 true SU1140076A1 (en) 1985-02-15

Family

ID=20993425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU823384947A SU1140076A1 (en) 1982-01-18 1982-01-18 Acoustic converter

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1140076A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Булатова Ж.М., Волкова С.А., Дубров Е.Ф. Акустический каротаж. Л.i Недра, 1970, с. 79. 2.Простаков АоЛ. Гидроакустика в иностранных флотах. Судостроение Л., 1964, с. 38-39, рис. 20. 3.Патент US Р 3258741, кл. 340-17, опублик. 1965 (прототип). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4333028A (en) Damped acoustic transducers with piezoelectric drivers
US5132942A (en) Low frequency electroacoustic transducer
GB2173670A (en) Cylindrical bender-type vibration transducer
US4031418A (en) Low frequency acoustical piezo-electric transducer
RU2113722C1 (en) Drive unit of sources of acoustic signals
RU2303336C1 (en) Hydro-acoustic multi-element antenna and piezo-electric rod transformer for such an antenna
US3946831A (en) Acoustic transmitter
US3302163A (en) Broad band acoustic transducer
US5635685A (en) Electroacoustic transducer with mechanical impedance transformer
US2746026A (en) Half wave annular transducer
SU1140076A1 (en) Acoustic converter
US5694374A (en) Process and device to reduce the resonant frequency of the cavities of the submersible transducers
US3139603A (en) Mass-loaded electromechanical transducer
RU2166840C2 (en) Hydroacoustic antenna
US3972018A (en) Electromechanical transducer
EP0363032A2 (en) Flextensional transducers
EP0039986B1 (en) An acoustic transducer system
US3263209A (en) Pressure compensated hydrophone
US3718897A (en) High fidelity underwater misic projector
US5229980A (en) Broadband electroacoustic transducer
CN111119839A (en) While-drilling ultrasonic probe assembly and while-drilling ultrasonic detection method
SU1045189A1 (en) Acoustic converter
RU44547U1 (en) ELECTRO-ACOUSTIC TRANSMITTER AND ULTRASONIC RADIATOR (OPTIONS)
JPH0311898A (en) Wave transmitter-receiver
SU405094A1 (en) ELECTRIC VIBRATION EMISSOR