ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2018 года по МПК H04R17/00 

Изобретение относится к электроакустическим пьезоэлектрическим преобразователям, работающим на фиксированной частоте и может использоваться в качестве источника акустических колебаний с повышенным давлением, например, в системах звукового оповещения, пожарной и охранной организации, сигнализаторов в радио средствах различного назначения, излучателей акустических колебаний дальнего действия в акустических пушках.

Известен электроакустический пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, соосно последовательно скрепленные диффузор и пьезокерамический биморфный элемент (далее биморф), стойки между ним и корпусом (Лекции Интерфейсные электронные схемы. С. 47, рис. 40 Б. -

https://wwwgoog1e.ru/ur1?sa=t&rct=j&g=&esrc=s&sourse=web&cd=1&ved=0ahUKEwj-

3_r15tvOAhWF1ywKHduzBYsQFggdMAA&ur1=http%3A%2F%fep.tti.sfedu.ru%2Frussian%2Fkes%2Fsubjects%2FC_MST%2Flections.doc&usg=AFQjGNGU8SyVpcxiX311410yjOHNDFETkDg&sig2=ygAL9WLIMfXZ1elt1XleeA&cad=rit) Технический недостаток известного электроакустического пьезокерамического преобразователя: обладает слабым акустическим давлением излучаемых колебаний, низким коэффициентом полезного действия (КПД), согласно описания на резонансной частоте биморфа, значительная часть энергии поглощается эластичным материалом под биморфом.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и решаемой задаче является электроакустический пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, соосно последовательно скрепленные диффузородержатель, диффузор и пакет из двух сегнетоэлектрических биморфов с межбиморфным периферийным узлом скрепления (Жук М. Современная пьезоаппаратура. Радио №3, 1947 г., рис 12.

Технический недостаток известного электроакустического преобразователя состоит в том, что биморфы работают с изгибом в одном направлении, что увеличивает их общую механическую мощность колебаний, но не производит сложение амплитуд биморфов. В результате низкого КПД невозможно получить высокое акустическое давление.

Техническая задача: значительно увеличить акустическое давление до значений не менее 120 децибел на метр на фиксированных акустических частотах за счет увеличения амплитуды механических колебаний, подводимых к вершине диффузора, улучшения КПД, увеличение дальности действия, акустического пьезокерамического преобразователя.

Согласно изобретению электроакустический пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, соосно последовательно скрепленные диффузородержатель, диффузор, пакеты, состоящие из двух пьезокерамических биморфов с периферийными узлами скрепления, скрепленные между собой внутренней центральной стойкой, с помощью внешних центральных стоек соединенные с одной стороны с корпусом устройства, с другой стороны с вершиной диффузора, пьезокерамические биморфы в пакетах, соединенные электрически таким образом, чтобы при подаче к ним переменных электрических колебаний резонансной частоты пьезокерамические биморфы изгибались в противоположных направлениях, увеличивая амплитуду механических колебаний диффузора. На фиг. 1 показан электроакустический пьезокерамический преобразователь, общий вид в осесимметричном сечении, он содержит корпус 1, соосно последовательно скрепленные диффузородержатель 2, диффузор 3 и два (возможно и более двух) пакета 4 и 8, состоящих из двух биморфов 5 с межбиморфными периферийными узлами скрепления 6, центральную, скрепляющую пакеты 4 и 8 стойку 9, центральную внешнюю стойку крепления 7 пакетов 4 и 8 с корпусом 1, центральную внешнюю стойку прикрепления 11, пьезокерамического биморфа 4 с вершиной диффузора 3, электрической цепи питания 10, пьезокерамических биоморфов 4 и 8 соединенную с ними таким образом, чтобы при подаче к пьезокерамическим биморфам 4 и 8 переменных электрических колебаний они изгибались в противоположных направлениях.

На фиг. 2 показаны изгибы пьезокерамических биморфов при положительном полупериоде переменных, электрических колебаний резонансной частоты, подаваемых по электрической цепи 10, векторы изгиба h и векторы смещения центральных точек пьезокерамических биморфов + h относительно нейтрального положения (при отрицательном полупериоде векторы изгиба h и векторы смещения центральных точек пьезокерамических биморфов - h в обратном направлении относительно нейтрального положения не показаны). На фиг. 3 показан фрагмент синусоиды колебаний вершины диффузора со значениями амплитуды, при положительном полупериоде, равной сумме (Σ+h), и амплитуды при отрицательном полупериоде, равной сумме Σ(-h). В исходном состоянии, Фиг. 1, пьезокерамические биморфы 5 в пакетах 4 и 8 находятся в нейтральном положении, параллельно друг к другу состоянии; вершина диффузора 3 занимает положение на уровне «0» Фиг. 3; электрические колебания не подаются по электрической цепи 10 к пьезокерамическим биморфам 5 и диффузор 3, не излучает акустические колебания. Электроакустический пьезокерамический преобразователь работает следующим образом. По электрической цепи 10, соединяющей пьезокерамические биморфы 5 пакетов 4 и 8, подаются переменные 4

электрические колебания резонансной частоты. В пьезокерамических биморфах 5 пакетов 4 и 8 возникают механические резонансные колебания, изгибающие пьезокерамические биморфы 5 в пакетах 4 и 8 в противоположных направлениях.

При положительном полупериоде векторы изгиба h направлены в противоположных направлениях и пакеты 4 и 8 становятся двояковыпуклыми. При этом амплитуды всех векторов + h складываются и направлены к вершине диффузора 3 задавая на нем положительную амплитуду, равную сумме векторов + h всех пьезокерамических биморфов, то есть Σ(+h).

При отрицательном полупериоде переменных электрических колебаний, пьезокерамические биморфы 5, в пакетах 4 и 8 становятся двояковогнутыми. При этом амплитуды векторов, складываясь, направлены от вершины диффузора, 3, задавая в нем отрицательную амплитуду, равную –h, всех пьезокерамических биморфов, то есть Σ(-h).

Таким образом, за счет увеличения амплитуды колебаний диффузора 3 на резонансной частоте пьезокерамических биморфов 5 пакетов 4 и 8 получено значительное увеличение звукового давления и КПД акустического преобразователя.

Практически установлено, что с понижением используемой частоты акустических колебаний необходимо увеличение амплитуды механических колебаний, подводимых к диффузору, что требует увеличение количества последовательно соединенных пакетов из пьезокерамических биморфов.

Изобретение относится к акустике, в частности к электроакустическим пьезоэлектрическим преобразователям. Электроакустический пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, соосно последовательно скрепленный диффузородержатель, диффузор и пакеты из двух пьезокерамических биморфов с межбиморфными узлами скрепления, отличающийся тем, что между вершиной диффузора и корпусом, с помощью центральных скрепляющих стоек, закреплены два или несколько пакетов, состоящих каждый из двух пьезокерамических биморфов, соединенных по периферии узлами скрепления, разделенных центральной скрепляющей стойкой, электрически соединенных таким образом, чтобы при подаче переменного напряжения заданной частоты, пьезокерамические биморфы в пакетах изгибались в противоположных направлениях, передавая механические колебания к вершине диффузора с амплитудой, равной сумме векторов + h всех пьезокерамических биморфов. Технический результат – увеличение акустического давления и повышение коэффициента полезного действия устройства. 3 ил.

Электроакустический пьезокерамический преобразователь содержащий корпус, соосно последовательно скрепленный диффузородержатель, диффузор и пакеты из двух пьезокерамических биморфов с межбиморфными узлами скрепления, отличающийся тем, что между вершиной диффузора и корпусом, с помощью центральных скрепляющих стоек, закреплены два или несколько пакетов, состоящих каждый из двух пьезокерамических биморфов, соединенных по периферии узлами скрепления, разделенных центральной скрепляющей стойкой, электрически соединенных таким образом, чтобы при подаче переменного напряжения заданной частоты пьезокерамические биморфы в пакетах изгибались в противоположных направлениях, передавая механические колебания к вершине диффузора с амплитудой, равной сумме векторов + h всех пьезокерамических биморфов.