электроакустический преобразователь
Классы МПК: | H04R17/00 Пьезоэлектрические преобразователи; электрострикционные преобразователи |
Автор(ы): | Крамаров Ю.А., Мокров Е.А., Панич А.А. |
Патентообладатель(и): | Научное конструкторско-технологическое бюро "Пьезоприбор" Ростовского государственного университета |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-10-21 публикация патента:
10.05.2004 |
Изобретение относится к пьезоэлектрическим электроакустическим преобразователям и предназначено для использования в гидроакустике и воздушной звуковой технике. Электроакустический преобразователь содержит биморфную пьезоэлектрическую пластину и герметичный корпус, включающий две оболочки, размещенные по разные стороны от биморфной пластины. Отношение диаметра опорных частей корпуса к диаметру биморфной пластины выбирается в интервале 0,65-0,75. Устройство имеет низкую виброчувствительность при высокой технологичности и перспективно для использования в датчиках быстропеременного давления. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Электроакустический преобразователь, содержащий круглую биморфную пьезоэлектрическую пластину и герметичный корпус с кольцевой опорой, отличающийся тем, что корпус включает две оболочки, расположенные по разные стороны от биморфной пластины, одна из оболочек охватывает центральную часть биморфной пластины, другая оболочка имеет кольцевую форму и охватывает периферийную часть биморфной пластины, между биморфной пластиной и периферийной частью кольцевой оболочки расположено акустически мягкое уплотнение, а отношение среднего диаметра опорных поверхностей двух оболочек к диаметру биморфной пластины выбирается в интервале 0,650,75.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к дисковым пластинчатым пьезоэлектрическим электроакустическим преобразователям и предназначено для использования в воздушной звуковой технике, датчиках пульсирующего давления и гидроакустике в качестве приемных и обратимых первичных преобразователей.Известны конструкции дисковых пьезоэлектрических преобразователей с изгибными колебаниями, содержащие одну биморфную пластину, опертую или жестко закрепленную по контуру в герметизирующем корпусе [1]. Дисковые пьезоэлектрические преобразователи с изгибными колебаниями отличаются простотой конструкции и малыми габаритами, но обладают высокой виброчувствительностью, что во многих случаях ограничивает возможность их применения.Наиболее близким аналогом является преобразователь, в котором для снижения виброчувствительности применяются две объединенные в единую конструкцию биморфные пластины (типа “звуковой ячейки” в электроакустике) [2]. В такой конструкции проще реализуются более эффективные условия свободного опирания контура [3] и появляется возможность снижения виброчувствительности за счет взаимной компенсации паразитных вибросигналов.Однако получить действительно низкую виброчувствительность в известном устройстве затруднительно, так как требуются полностью идентичные биморфные элементы и идентичное закрепление краев, что при серийном производстве трудно выполнимо, то есть известное устройство нетехнологично.Заявляемый в качестве изобретения электроакустический преобразователь позволяет при сохранении низкой виброчувствительности устройства повысить его технологичность.Указанный технический эффект достигается тем, что в электроакустическом преобразователе, содержащем круглую биморфную пьезоэлектрическую пластину и герметичный корпус с кольцевой опорой, корпус включает две оболочки, расположенные по разные стороны от биморфной пластины. Одна из оболочек охватывает центральную часть биморфной пластины, другая оболочка имеет кольцевую форму и охватывает периферийную часть биморфной пластины. Между биморфной пластиной и периферийной частью кольцевой оболочки расположено акустически мягкое уплотнение. Отношение среднего диаметра опорных поверхностей двух оболочек к диаметру биморфной пластины выбирается в интервале 0,65-0,75.Создание электроакустического преобразователя стало возможным благодаря новой конструкции корпуса, выбору соотношения диаметров опоры и биморфной пьезоэлектрической пластины и механически мягкому развязывающему соединению края пластины с корпусом. В результате такого выполнения преобразователя биморфная пластина получается полностью механически развязанной от корпуса, чем и достигается низкое (теоретически нулевое) значение виброчувствительности. При этом существенно повышается технологичность устройства, так как исключено применение идентичных биморфных пьезоэлектрических пластин и прецизионной сборки.Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и фиг.1(а и б) и фиг.2. На фиг.1а изображен общий вид электроакустического преобразователя. На фиг.1б изображены эпюры колебаний биморфной пьезоэлектрической пластины, соответствующие приему акустического и вибрационного сигналов. На фиг.2 показан вариант соединения двух преобразователей, образующих “звуковую ячейку”.Преобразователь содержит биморфную пьезоэлектрическую пластину 1, центральную 2 и периферийную 3 части корпуса в виде тонкостенных оболочек. Кольцевые опоры корпуса соединяются с биморфной пьезоэлектрической пластиной 1 через герметизирующие резиновые прокладки 4. Резиновая прокладка 5 обеспечивает акустически мягкое уплотнение между периферийными частями биморфной пьезоэлектрической пластины 1 и оболочки 3. Диаметр кольцевых опор d выбран равным 0,69D, где D - диаметр биморфной пьезоэлектрической пластины 1, и соответствует диаметру узловой линии свободной и колеблющейся на основной моде пластины. Оболочки 2 и 3 жестко соединены при помощи рамы 6 с набором стержней 7, обеспечивающей свободное прохождение акустического сигнала.Возможен вариант соединения двух преобразователей, образующих “звуковую ячейку”, предназначенную, например, для применения в геофизических линейных буксируемых антеннах (фиг.2). Для повышения надежности и герметичности преобразователь полностью залит полиуретаном 8, что практически полностью сохраняет его акустические характеристики из-за близкого к воде (и к маслу, заполняющему антенну) волнового сопротивления.Устройство работает следующим образом. В режиме излучения от внешнего генератора к преобразователю поступает электрический сигнал рабочей частоты. В биморфной пьезоэлектрической пластине 1 происходит электромеханическое преобразование энергии: пластина изгибается с рабочей частотой, преобразуя открытыми частями излучающей поверхности механические колебания в распространяющуюся в среде акустическую волну. Преобразователь практически полностью развязан от корпуса, что способствует получению высокого коэффициента полезного действия.В режиме приема акустическое давление сигнала действует только на открытые поверхности биморфной пьезоэлектрической пластины 1, вызывая ее механические изгибные колебания с частотой принимаемого сигнала. Эпюра таких изгибных колебаний без перегибов изображена на фиг.1б (сплошная линия 9). В биморфной пьезоэлектрической пластине 1 происходит механоэлектрическое преобразование энергии и появление электрического напряжения с частотой сигнала. При этом эффективный коэффициент электромеханической связи и принимаемый акустический сигнал максимальны.Вибрация, действуя через опоры и резиновые прокладки, вызывает изгиб биморфной пьезоэлектрической пластины 1 с перегибом (штриховая линия 10 на фиг.1б). При этом эффективный коэффициент связи на частоте резонанса вибраций и принимаемый вибрационный сигнал равны нулю. Таким образом, благодаря хорошей развязке от корпуса, его вибрации практически не приводят к искажениям принимаемого акустического сигнала.Преимущества предлагаемого пьезоэлектрического электроакустического преобразователя: высокий коэффициент полезного действия и виброзащищенность, достигаемая без использования в одном устройстве двух биморфных пьезоэлектрических пластин с высокой идентичностью, - делают его перспективным для использования в датчиках быстропеременного давления и гидроакустике.Источники информации1. Камп Л. Подводная акустика. - М.: Мир, 1972, стр.164, 165.2. Подводные электроакустические преобразователи. Справочник. Под ред. В.В. Богородского. - Л.: Судостроение, 1983, стр.104, 105.3. Аронов Б.С. Электромеханические преобразователи из пьезоэлектрической керамики. - Л.: Энергоатомиздат, 1990, стр.185-194.Класс H04R17/00 Пьезоэлектрические преобразователи; электрострикционные преобразователи