ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗВОНОК Российский патент 1994 года по МПК H04R17/00 G10K1/64 

Изобретение относится к электроакустике и может быть использовано в качестве источника акустических сигналов преимущественно в газообразных средах.

Известен пьезоэлектрический звонок (патент США N 3445843, кл. Н 04 R 17/00, 1969), содержащий пьезоэлемент, одним концом жестко закрепленный на основании, а другим своим концом через штангу соединенный с бойком, расположенным между звонковыми чашами. При этом пьезоэлемент размещен несимметрично относительно продольной оси штанги в плоскости колебаний бойка.

Недостатками известного устройства являются его малая эффективность и большие механические потери в колебательной системе пьезоэлектрического звонка, обусловленные несимметричной механической нагрузкой пьезоэлемента.

Известен пьезоэлектрический звонок (патент США N 3839652, кл. Н 04 R 17/00, 1974), содержащий боек, расположенный между двумя звонковыми чашами, и пьезокерамические биморфные элементы, подключенные к источнику переменного электрического напряжения. Биморфные пьезокерамические элементы смонтированы с возможностью приведения бойка в состояние периодических колебаний между звонковыми чашами.

Недостатком данного пьезоэлектрического звонка является сложность конструкции, в частности узла, обеспечивающего кинематическую связь пьезокерамических биморфных элементов с бойком. Кроме того, многозвенная кинематическая связь пьезоэлементов с бойком приводит к большим механическим потерям в колебательной системе пьезоэлектрического звонка.

Известен пьезоэлектрический звонок (авт. св. N 1103363, кл. Е 04 R 17/00, 1984), содержащий пьезоэлемент, выполненный в виде пьезокерамических соединенных клеем биморфных пластин, крепежный элемент, первый резонатор механических колебаний, выполненный в виде звонковой чаши, второй резонатор механических колебаний, связанный с пьезоэлементом боек, закрепленный на свободном конце второго резонатора механических колебаний с возможностью взаимодействия с первым резонатором механических колебаний.

Недостатком этого пьезоэлектрического звонка является малая амплитуда излучаемых акустических сигналов из-за низкой механической добротности второго резонатора механических колебаний, обусловленной, в частности, потерями в клеевых соединениях пьезокерамических биморфных пластин.

Целью изобретения является увеличение амплитуды излучаемых пьезоэлектрическим звонком акустических сигналов при фиксированной величине потребляемой электрической мощности.

Цель достигается за счет того, что в пьезоэлектрическом звонке, содержащем пьезоэлемент, крепежный элемент, первый и второй резонаторы механических колебаний, боек, закрепленный на свободном конце второго резонатора механических колебаний с возможностью взаимодействия с первым резонатором механических колебаний, причем второй резонатор механических колебаний связан с пьезоэлементом. Второй резонатор механических колебаний выполнен полым и симметричным относительно своей продольной оси в плоскости своего продольного осевого сечения, крепежный элемент связан с внутренней или внешней стороной поперечной стенки второго резонатора механических колебаний в области его узла механических смещений, пьезоэлемент установлен в полости второго резонатора механических колебаний и связан с ним боковыми поверхностями, а боковые стенки второго резонатора механических колебаний выполнены с продольными вырезами, причем пьезоэлемент выполнен симметричным относительно продольной оси второго резонатора механических колебаний в плоскости продольного осевого сечения этого резонатора.

Второй резонатор механических колебаний может быть расположен со стороны внешней или внутренней поверхности первого резонатора механических колебаний.

Пьезоэлемент и крепежный элемент могут быть расположены по разные стороны от поперечной стенки второго резонатора механических колебаний.

Пьезоэлемент и крепежный элемент могут быть расположены по одну сторону от поперечной стенки второго резонатора механических колебаний.

В последнем случае пьезоэлемент может быть выполнен либо в виде нескольких отдельных секций, которые закреплены между вторым резонатором механических колебаний и его крепежным элементом, либо пьезоэлемент может быть выполнен с центральным отверстием.

На фиг. 1 схематически показан предложенный пьезоэлектрический звонок, у которого второй резонатор механических колебаний расположен со стороны внешней поверхности первого резонатора механических колебаний, пьезоэлемент и крепежный элемент расположены по разные стороны от поперечной стенки второго резонатора механических колебаний, а крепежный элемент расположен с внешней стороны поперечной стенки второго резонатора механических колебаний.

На фиг. 2 схематически показан пьезоэлектрический звонок, у которого второй резонатор механических колебаний расположен со стороны внутренней поверхности первого резонатора механических колебаний.

На фиг. 3 схематически показан вариант выполнения второго резонатора механических колебаний, в котором пьезоэлемент и крепежный элемент расположены по одну сторону от поперечной стенки второго резонатора механических колебаний, крепежный элемент расположен с внутренней стороны поперечной стенки второго резонатора механических колебаний, а пьезоэлемент выполнен в виде нескольких отдельных секций, которые закреплены между вторым резонатором механических колебаний и его крепежным элементом. На фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3.

На фиг. 5 схематически показан вариант выполнения второго резонатора механических колебаний, в котором пьезоэлемент и крепежный элемент расположены по одну сторону от поперечной стенки второго резонатора механических колебаний, а пьезоэлемент выполнен с центральным отверстием. На фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5.

Узел механических смещений второго резонатора механических колебаний отмечен на фиг. 1-6 плоскостью поперечного сечения ВВ, проходящей через этот узел, а продольная ось второго резонатора механических колебаний отмечена индексом ОО .

Пьезоэлектрический звонок, показанный на фиг. 1, содержит первый резонатор 1 механических колебаний, второй резонатор 2 механических колебаний, выполненный полым.

В полости 3 второго резонатора 2 механических колебаний установлен пьезоэлемент 4, связанный боковыми поверхностями с этим резонатором. Если пьезоэлемент установлен в полости с натягом, то данный натяг обеспечивается выбором размеров полости 3, пьезоэлемента 4 и статической деформацией контактирующих элементов. Пьезоэлемент 4 имеет электропроводящие обкладки 5, к которым присоединены провода 6 электропитания. Второй резонатор 2 механических колебаний снабжен закрепленными на нем бойками 7. Первый резонатор 1 механических колебаний и второй резонатор 2 механических колебаний жестко закреплены на основании 8 с помощью крепежных элементов 9. Крепежные элементы 9, расположенные в узловых областях резонаторов 1 и 2 механических колебаний, позволяют осуществлять такое крепление без существенного снижения механической добротности резонаторов.

С целью уменьшения механических потерь, обусловленных возникновением паразитных колебаний в звонке, например механических колебаний основания 8, второй резонатор 2 механических колебаний и пьезоэлемент 4 выполнены симметричными в плоскости продольного осевого сечения второго резонатора 2 механических колебаний относительно его продольной оси ОО^I . При этом важна не только геометрическая симметрия пьезоэлемента 4, но и симметрия его пьезоэлектрических свойств (поляризация, коммутация электропроводящих обкладок 5 при выполнении пьезоэлемента 4 в виде нескольких отдельных секций) с тем, чтобы возбуждение второго резонатора 2 механических колебаний пьезоэлементом 4 происходило симметрично в плоскости продольного осевого сечения второго резонатора 2 механических колебаний относительно его продольной оси ОО^I . К снижению механических потерь в звонке приводит также закрепление без клея пьезоэлемента 4 в полости 3 за счет натяга.

Второй резонатор 2 механических колебаний может быть расположен со стороны внешней поверхности первого резонатора 1 механических колебаний (фиг. 1) или со стороны внутренней поверхности первого резонатора 1 механических колебаний (фиг. 2).

Крепежный элемент 9 второго резонатора 2 механических колебаний может быть расположен с внешней стороны поперечной стенки второго резонатора 2 механических колебаний (фиг. 1) или с внутренней стороны поперечной стенки второго резонатора 2 механических колебаний (фиг. 3).

Пьезоэлемент 4 и крепежный элемент 9 второго резонатора 2 механических колебаний могут быть расположены по разные стороны (фиг. 1) или по одну сторону (фиг. 2-6) от поперечной стенки второго резонатора 2 механических колебаний и плоскости ВВ, проходящей через узел его механических смещений. В последнем случае пьезоэлемент 4 может быть выполнен либо в виде нескольких отдельных секций, которые закреплены между вторым резонатором 2 механических колебаний и его крепежным элементом 9 (фиг. 2, фиг. 3), либо пьезоэлемент 4 может быть выполнен с центральным отверстием (фиг. 4).

Пьезоэлемент 4 может быть ориентирован в полости 3 так, что его проводящие обкладки 5 перпендикулярны (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 5) или параллельны (фиг. 2) продольной оси ОО^I второго резонатора 2 механических колебаний. Для реализации последнего варианта крепежный элемент 9 второго резонатора 2 механических колебаний может быть снабжен специальными упорами 10 (фиг. 2).

Первый резонатор 1 механических колебаний и второй резонатор 2 механических колебаний могут быть выполнены из любого твердого материала с малым поглощением звука (металл, стекло, керамика) и иметь колоколообразную, рупорообразную, Y-образную или любую другую форму.

Крепежный элемент 9 может быть выполнен из любого твердого материала в виде пластины (фиг. 1), полого или сплошного стержня прямоугольного (фиг. 3), круглого (фиг. 5) или любого другого сечения.

Резонаторы 1 и 2 механических колебаний могут быть выполнены с крепежными элементами 9 монолитно, за одно целое, либо жестко соединены. Жесткое соединение резонаторов 1 и 2 механических колебаний с крепежными элементами 9 может быть осуществлено путем сварки, пайки, склейки или любым другим способом.

Поперечное сечение полости 3 может быть круглым, квадратным, прямоугольным или любой другой формы. Пьезоэлемент 4 может быть выполнен из любого пьезоактивного материала, например пьезокерамического или монокристаллического, в виде одной пластины или пакета пластин круглой, квадратной, прямоугольной или любой другой формы.

Пьезоэлектрический звонок работает следующим образом (см. фиг. 1). Пьезоэлемент 4 при подаче на него через провода 6 электропитания переменного электрического напряжения совершает механические колебания. Эти колебания через акустический контакт, обеспеченный натягом пьезоэлемента 4, передаются второму резонатору 2 механических колебаний и закрепленным на нем бойкам 7. При совпадении частоты возбуждающего электрического напряжения с собственной резонансной частотой второго резонатора 2 механических колебаний амплитуда колебаний бойков 7 достигает максимальной величины и бойки 7 своими ударами по первому резонатору 1 механических колебаний возбуждают в нем механические колебания, которые излучаются первым резонатором 1 механических колебаний в окружающую среду в виде акустических сигналов. При этом из-за снижения механических потерь в звонке увеличивается амплитуда излучаемых пьезоэлектрическим звонком акустических сигналов при фиксированной величине потребляемой электрической мощности.

Использование: в качестве источника акустических сигналов преимущественно в газообразных средах. Сущность изобретения: пьезоэлектрический звонок содержит пьезоэлемент, крепежный элемент, первый резонатор механических колебаний, второй резонатор механических колебаний, имеющий закрепленные на нем бойки и выполненный симметричным в плоскости продольного осевого сечения относительно своей продольной оси с криволинейной вдоль упомянутой оси поверхностью, причем второй резонатор механических колебаний выполнен полым, пьезоэлемент установлен в полости второго резонатора механических колебаний и связан с ним боковыми поверхностями, пьезоэлемент выполнен симметричным в плоскости продольного осевого сечения второго резонатора механических колебаний относительно продольной оси второго резонатора механических колебаний. Крепежный элемент связан с внутренней или внешней стороной поперечной стенки второго резонатора механических колебаний в области его узла механических смещений. Боковые стенки второго резонатора механических колебаний выполнены с продольными вырезами. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗВОНОК, содержащий пьезоэлемент, крепежный элемент, первый и второй резонаторы механических колебаний, боек, закрепленный на свободном конце второго резонатора механических колебаний с возможностью взаимодействия с первым резонатором механических колебаний, причем второй резонатор механических колебаний связан с пьезоэлементом, отличающийся тем, что второй резонатор механических колебаний выполнен полым и симметричным относительно своей продольной оси в плоскости своего продольного осевого сечения, крепежный элемент связан с внутренней или внешней стороной поперечной стенки второго резонатора механических колебаний в области его узла механических смещений, пьезоэлемент установлен в полости второго резонатора механических колебаний и связан с ним боковыми поверхностями, а боковые стенки второго резонатора механических колебаний выполнены с продольными вырезами, причем пьезоэлемент выполнен симметричным относительно продольной оси второго резонатора механических колебаний в плоскости продольного осевого сечения этого резонатора. 2. Звонок по п.1, отличающийся тем, что пьезоэлемент и крепежный элемент расположены по разные стороны от поперечной стенки второго резонатора механических колебаний. 3. Звонок по п.1, отличающийся тем, что пьезоэлемент и крепежный элемент расположены по одну сторону от поперечной стенки второго резонатора механических колебаний. 4. Звонок по пп.1 и 3, отличающийся тем, что пьезоэлемент выполнен с центральным отверстием.