АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H04R17/00 

Изобретение относится к производству электроакустических систем и может найти применение в ультразвуковых хирургических инструментах.

Известен резонансный однополуволновый акустический преобразователь, включающий пьезоэлементы, пассивные частотопонижающие накладки, концентратор с сопряженными участками наружной поверхности, причем входной участок наружной поверхности выполнен катеноидальным в плоскости продольного сечения и сопряжен с наружной конической поверхностью не позволяет достичь высокой эффективности преобразователя вследствие того, что катеноидальный участок концентратора не обеспечивает высокой скорости уменьшения поперечного сечения.

Известен резонансный однополуволновый акустический преобразователь [2], в котором предусмотрено выполнение участка концентратора, прилегающего к его входному торцу, в виде участка экспоненциальной формы.

Как и в предлагаемом техническом решении, в известном устройстве активный элемент расположен между частотопонижающими накладками, на рабочей частотопонижающей накладке выполнен концентратор с наружной поверхностью, образованной участками сопряженных поверхностей, расположенными вдоль оси преобразователя, причем входной участок наружной поверхности концентратора выполнен криволинейным в плоскости продольного сечения преобразователя. Отсутствие гармонической взаимосвязи между величиной площади поперечного сечения концентратора и расположением активного элемента относительно узловой плоскости приводит на участке с высокой скоростью уменьшения поперечного сечения к большим энергетическим потерям, что снижает эффективность преобразователя.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в повышении эффективности акустического преобразователя.

Для решения этой задачи с отличие от известного акустического преобразователя, содержащего рабочую частотопонижающую накладку в виде части с постоянным поперечным сечением и ультразвукового концентратора с входным участком экспоненциальной формы, нерабочую частотопонижающую накладку, активный элемент, расположенный между накладками, в предлагаемом техническом решении эффективная площадь ультразвукового концентратора в месте сопряжения его входного и выходного участков (S_с определяется из выражения
S_с= , где S_o - эффективное значение площади входного торца ультразвукового концентратора;
l - расстояние между свободным торцом нерабочей частотопонижающей накладки и плоскостью симметрии активного элемента;
l_λ/4- длина четвертьволнового участка между свободным торцом нерабочей частотопонижающей накладки и узловой плоскостью преобразователя;
N - действительное число, лежащее в области 2-8.

При этом, расстояние l* от входного торца ультразвукового концентратора до места сопряжения его входного и выходного участков определяют из выражения
l^* = , где n - действительное число, принадлежащее гармоническому ряду Фибоначчи;
Ф - коэффициент "золотая пропорция", равный 1,618.

Совокупность отличительных признаков изобретения позволяет повысить эффективность преобразователя за счет уменьшения энергетических потерь на участке концентратора с наиболее высокой скоростью уменьшения площади поперечного сечения.

На чертеже представлен акустический преобразователь, общий вид.

Акустический преобразователь содержит активный элемент, выполненный в виде пакета пьезокерамических пластин 1, расположенных симметрично относительно плоскости C-C. По обе стороны активного элемента расположены частотопонижающие накладки 2 и 3. Плоскость C-C активного элемента 1 расположена относительно свободного торца нерабочей частотопонижающей накладки 2 на расстоянии l, а расстояние до этого торца от узловой плоскости O-O выполнено равным l_λ/4. На рабочей частотопонижающей накладке 3 выполнен концентратор 4 с наружной поверхностью 5, образованной на участке 1 поверхностью вращения с экспоненциальной образующей, а на участке II - конической поверхностью. В месте сопряжения участка 1 с участком II площадь поперечного сечения концентратора выполнена
S_с= , где S_o - площадь входного сечения концентратора в месте сопряжения цилиндрической поверхности 6 с наружной поверхностью 5 концентратора 4;
N - действительное число, лежащее в области 2-8.

Акустический преобразователь работает следующим образом.

Под воздействием электрического напряжения ультразвуковой частоты, подаваемого на пьезокерамические пластины 1, размещенные между нерабочей частотопонижающей накладкой 2 и участком рабочей частотопонижающей накладки 3 с цилиндрической поверхностью 6, в акустическом преобразователе возбуждаются колебания ультразвуковой частоты. Амплитуда этих колебаний усиливается концентратором 4 с наружной поверхностью 5. На свободном торце рабочей частотопонижающей накладки 3 амплитуда колебаний достигает своего максимального значения.

Использование: в ультразвуковых хирургических инструментах. Сущность изобретения: преобразователь содержит нерабочую частотопонижающую накладку, активный элемент, рабочую жаропонижающую накладку, включающую концентратор с входным участком экспонециальной формы и выходным участком, причем площадь концентратора в месте сопряжения его входного и выходного участков определяется из выражения, приведенного в тексте описания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий рабочую частотопонижающую накладку в виде части с постоянным поперечным сечением и ультразвукового концентратора с входным участком экспоненциальной формы, нерабочую частотопонижающую накладку, активный элемент, расположенный между накладками, отличающийся тем, что эффективная площадь S_с ультразвукового концентратора в месте сопряжения его входного и выходного участков определяется из выражения

где S₀ - эффективное значение площади входного торца ультразвукового концентратора;
l - расстояние между свободным торцом нерабочей частотопонижающей накладки и плоскостью симметрии активного элемента;
l_λ/4 - длина четвертьволнового участка между свободным торцом нерабочей частотопонижающей накладки и узловой плоскостью преобразователя;
N = 2 - 8 - действительное число. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что расстояние l^* от входного торца ультразвукового концентратора до места сопряжения его входного и выходного участков определяют их выражения

где n - действительное число, принадлежащее гармоническому ряду Фибоначчи;
F = 1,618 - коэффициент "золотая пропорция".