ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H04R19/00 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к электроакустическим преобразователям.

Известны электроакустические преобразователи, содержащие неподвижный электрод, подвижный электрод, представляющий собой мембрану с металлическим покрытием, которые располагают различными конструктивными средствами, позволяющими достичь достаточно высоких электроакустических характеристик.

Однако в силу конструктивных особенностей и характера электрических связей они не обеспечивают регулирования диаграммы направленности имеют малую предельную акустическую мощность.

Известен электростатический преобразователь, содержащий корпус, расположенный на основании корпуса неподвижный электрод, подвижный пленочный электрод и контактные штыри, электрически связанные с электродами. Данное устройство повышает надежность работы преобразователя за счет выполнения основания неподвижного электрода с выступом, однако не обеспечивает улучшения акустических характеристик преобразователя.

Известен также электроакустический преобразователь, содержащий диэлектрическое основание, расположенный на нем неподвижный электрод, подвижный электрод, представляющий собой мембрану с металлическим покрытием, и контактные лепестки, электрически связанные с электродами.

Однако в такой конструкции неподвижный электрод имеет микровыступы и микровпадины определенной величины, что является причиной малых КПД и эффективной площади излучения, так как в данном случае мембрана колеблется только на участках, расположенных над микровпадинами. В данном решении имеются технологические возможности обеспечения заданной формы диаграммы направленности за счет выполнения поверхности электродов с определенной кривизной, однако она не обеспечивает электрического регулирования формы диаграммы направленности преобразователя. Кроме того, преобразователь также имеет малую предельную акустическую мощность из-за пробоя мембраны при увеличении амплитуды напряжения, прикладываемого между электродами.

Целью изобретения является достижение высоких акустических характеристик, а именно: увеличение КПД и эффективной площади излучения, обеспечение регулирования диаграммы направленности увеличение акустической мощности.

Для этого в известной конструкции, содержащей диэлектрическое основание, расположенный на нем неподвижный электрод, подвижный электрод, представляющий собой мембрану с металлическим покрытием, и контактные лепестки, электрически связанные с электродами, на подвижном электроде через диэлектрическую прокладку установлена дополнительная мембрана с металлическим покрытием, которая соединена с металлическим кольцом так, что ее металлическое покрытие находится в соединении с расположенным на ней контактным кольцом, выполненным из электропроводного материала, и электрически связано с дополнительным контактным лепестком.

Наличие дополнительной мембраны увеличивает КПД и эффективную площадь излучения за счет того, что дополнительная мембрана излучает не частью, а всей поверхностью, а также позволяет увеличить предельную акустическую мощность преобразователя, так как к предельной мощности, отдаваемой первой мембраной и ограниченной напряжением пробоя между электродами, добавляется мощность, которая вносится источником напряжения, прикладываемого между мембранами, и отдается второй мембраной, что достигается благодаря наличию дополнительного контактного лепестка, являющегося третьим выводом преобразователя. Наличие третьего вывода преобразователя позволяет также прикладывать между мембранами постоянное напряжение таким образом, что дополнительная мембрана может принимать выпуклую или вогнутую форму, что позволяет электрически регулировать форму диаграммы направленности преобразователя и, в частности, менять ее ширину.

Таким образом, предлагаемое изобретение отличается от известного тем, что дополнительно имеет мембрану с металлическим покрытием, электрически связанным с дополнительным контактным лепестком, а также взаимным расположением деталей конструкции, обеспечивающим эту связь.

Известны электроакустические преобразователи, содержащие дополнительные мембраны, служащие для защиты электродов от неблагоприятных условий среды. Также известен электроакустический преобразователь, в котором перед активной мембраной установлена пассивная мембрана, однако такая конструкция позволяет увеличить КПД и эффективную площадь излучения преобразователя, не обеспечивая электрического регулирования диаграммы направленности и увеличения предельной акустической мощности.

Таким образом, можно сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображен электростатический акустический преобразователь в разрезе; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 узел II на фиг.1.

Электростатический акустический преобразователь состоит из круглого диэлектрического основания 1, неподвижного электрода 2, содержащего микровыступы 3 и микровпадины 4, прикрепленного к основанию 1 с помощью винта 5, имеющего контактный лепесток (вывод) 6. На диэлектрическом основании 1 расположено металлическое кольцо 7, ширина которого обеспечивает зазор между кольцом 7 и выступом основания 1, на котором расположен электрод 2, при этом поверхности кольца 7 и электрода 2 находятся в одной плоскости. К кольцу 7 прикреплена первая мембрана 8 с металлическим покрытием 9, к которому примыкает металлическое кольцо 10, установлено кольцо-рупоp 11, обеспечивающее механическую прочность конструкции. На мембране 8, натянутой на кольцо 7, через диэлектрическое кольцо 12 установлена дополнительная мембрана 13 с металлическим покрытием 14. Мембрана 13 натянута на металлическое кольцо 15 так, что ее металлическая поверхность контактирует с контактным кольцом 16, выполненным из электропроводного материала. Кольца 7, 10 и 11 соединены с основанием 1 винтами 17, один из которых имеет контактный лепесток (вывод) 18. Кольца 7, 12, 15 и 16 соединены с основанием 1 винтами 19, один из которых имеет контактный лепесток (вывод) 20. При этом винты 17 электрически связаны через кольцо 10 с металлическим покрытием 9 мембраны 8, а винты 19 электрически соединены через контактное кольцо 16 с металлическим покрытием 14 мембраны 13. Для обеспечения последнего соединения мембрана 13 приклеена к обеим сторонам кольца 15. Винты 19 защищены диэлектрическими трубками 21 от электрического контакта с металлическим кольцом 7.

Электростатический акустический преобразователь работает следующим образом.

Являясь электрически обратимым устройством, преобразователь может функционировать как в режиме приема, так и в режиме излучения.

В режиме излучения через выводы 6 и 18 к электроду 2 и токопроводящему металлическому покрытию 9 прикладываются постоянное и переменное напряжения. Переменное напряжение преобразуется в механические колебания мембраны 8, а постоянное напряжение, величина которого должна быть больше амплитуды переменного, устраняет при этом нелинейные искажения. Колебания мембраны 8 возбуждают через воздушный промежуток колебания мембраны 13, которая формирует акустическое поле в окружающем пространстве. К токопроводящим поверхностям 14 и 9 через выводы 18 и 20 также прикладываются постоянное и переменное напряжения. От величины и полярности постоянного напряжения зависит форма (выпуклая или вогнутая) мембраны 13 и, следовательно, форма диаграммы направленности преобразователя. Переменное напряжение увеличивает амплитуду колебаний мембраны 13 и, значит, излучаемую мощность.

В режиме приема к выводам 6, 18 и 20 приложены только постоянные напряжения, которые заряжают конденсаторы, один из которых образован электродом 2 и металлическим покрытием 9, другой металлическими покрытиями 9 и 14. При механических колебаниях мембран 8 и 13 емкости указанных конденсаторов меняются, а заряды на их обкладках вызывают появление переменных напряжений между выводами 6, 18 и 20. Эти напряжения определенным образом фазируются и складываются при дальнейшей обработке, образуя суммарное напряжение.

Использование предлагаемого устройства, например, в ультразвуковых течеискателях позволит совместить малое время обнаружения отверстия с утечкой газа и высокую точность определения координат этого же отверстия. Это связано с тем, что для уменьшения времени на поиск требуется большая ширина диаграммы направленности акустического преобразователя, а для повышения точности определения координат малая. В предлагаемом преобразователе перейти от большой к малой ширине можно, изменив постоянное напряжение на одном из выводов.

Использование: приборостроение. Сущность изобретения: электроакустический преобразователь содержит основание 1, расположенный на нем неподвижный электрод 2, подвижный электрод, представляющий мембрану 8 с металлическим покрытием, и дополнительную мембрану 13 с металлическим покрытием. Электрод и токопроводящие поверхности мембран электрически связаны с контактными лепестками. 3 ил.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий диэлектрическое основание с закрепленным на нем неподвижным электродом, подвижный электрод в виде мембраны с металлическим покрытием, закрепленной по периферии на металлическом кольце, и контактные лепестки, электрически связанные соответственно с подвижным и неподвижным электродами, отличающийся тем, что в него введены диэлектрическая прокладка, установленная на подвижном электроде, дополнительная мембрана с металлическим покрытием, дополнительный контактный лепесток, контактное кольцо из электропроводного материала и дополнительное металлическое кольцо, причем дополнительная мембрана закреплена на дополнительном металлическом кольце и установлена на мембране через электрическую прокладку, а металлическое покрытие дополнительной мембраны соединено с расположенным на ней контактным кольцом и электрически связано с дополнительным контактным лепестком.