РУПОРНЫЙ ФАЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2023 года по МПК H04R17/00 

Предлагаемое изобретение относится к электроакустическим преобразователям работающих в диапазоне звуковых и ультразвуковых акустических волн. Разработан для применения в фазированных решетках акустических оповещателей дальнего действия с круговой диаграммой направленности, высоким КПД, продолжительной длительностью непрерывной работы, увеличенным количеством условных акустических сигналов.

Известны звуковые оповещатели с круговой диаграммой направленности широко применяемых в качестве звуковых сирен для подачи тревожных сигналов в МЧС и МО РФ. Но они имеют низкий КПД и повышенное потребление электроэнергии. Из -за инерционности в наборе оборотов двигателя и его торможения сирена не -способна подавать более трех условных сигналов.

Широко применяемые на транспорте, электродинамические сирены обладают более высоким КПД и большим количеством условных акустических сигналов, но при длительной работе склонны к отказам.

Наиболее высокими КПД и небольшим потреблением электроэнергии отличаются электроакустические преобразователи на основе пьезокерамики, применяемые в акустических оповещателях различного назначения. Однако они имеют узкую диаграмму направленности.

Задачей изобретения является создание электроакустического преобразователя, на основе пьезокерамики, с высоким КПД, круговой тороидальной диаграммой направленности, повышенным количеством подаваемых условных акустических сигналов, в том числе подаваемых с помощью азбуки Морзе. Конструкция электроакустического преобразователя должна обеспечивать его применение в акустических оповещателей дальнего действия.

Близким по принципу работы к заявленному изобретению является электроакустический преобразователь описанный в патенте на изобретение PU №2647509 в котором применен акустический отражательный экран, частично закрывающий мембрану излучающую акустические колебания, что увеличивает звуковое давление на выходе электроакустического преобразователя и улучшает КПД. Однако диаграмма направленности, не превышает 80 градесов.

Наиболее близким по техническим характеристикам является электроакустический преобразователь описанный в патенте на изобретение РU №2716287 в котором, для повышения КПД, акустический отражательный экран полностью закрывает мембрану излучающую акустические колебания. Но, это сузило диаграмму направленности. Однако учитывая, что электроакустические преобразователи такой конструкции имеют наилучшие технические характеристики, было решено на их основании разработать электроакустический преобразователь с круговой тороидальной диаграммой направленности. С этой целью, вместо акустического отражательного экрана применен акустический отражающий волновод, радиус которого должен быть больше длинны волны применяемых акустических колебаний. При таких условиях акустическая волна, согласованная с воздушной средой, от центра акустического отражающего волновода, равномерно распространяется к его периферии, что дает возможность направить ее в рупор, имеющий круговую диаграмму направленности, состоящий из двух усеченных конусов. На поверхностях усеченных конусов, соединенных между собой держателями, закреплены два, встречно направленных, электроакустических преобразователя, разделенных акустическим отражающим волноводом. Во внутренних полостях усеченных конусов, закрытых крышками, можно установить необходимую аппаратуру. При полевых испытаниях, было получено акустическое давление не менее 125 дб. на метр при тороидальной диаграмме направленности изображаемой в разрезе на ФИГ - 3.

Для сужения диаграммы направленности и увеличения дальности действия, применяется составная фазированная решетка, состоящая из необходимого количества фазированных электроакустических преобразователей ФИГ - 2.

Для улучшения наглядности при изучении принципа работы устройства узлы крепления элементов кругового рупора на рисунках, не обозначены.

КОНСТРУКЦИЯ РУПОРНОГО ФАЗИРОВАННОГО АКУСТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ,

На ФИГ - 1 изображена конструкция рупорного фазированного электроакустического преобразователя, состоящего из двух усеченных конусов 1, образующих круговой рупор. На вершинах конусов установлены встречно направленные электроакустические преобразователи 2 разделенные, с зазором, общим акустическим отражающим волноводом 3. Электроакустические преобразователи состоят из плоского кольцевого корпуса, на котором закреплена мембрана 4, имеющая плоскую и центральную выпуклую часть, в основании которой закреплен биморфный пьезоблок 5 с двумя пьезокерамическими дисками 6 соединенными с электропроводниками 7 для синфазного возбуждения биморфных пьезоблоков.

ПРИНЦИП РАБОТЫ РУПОРНОГО ФАЗИРОВАННОГО АКУСТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.

При подаче резонансных электрических колебаний по электропроводникам 7 к пьезокерамическим дискам 6, в биморфных пьезоблоках 5 возбуждаются механические колебания, поступающие на мембраны 4, возбуждающие акустические колебания, которые с помощью акустического отражающего волновода 3 согласуются с воздушной средой и направляются в круговой рупор 1, где синфазно складываются, увеличивая акустическое давление на его выходе, формируя круговую тороидальную диаграмму направленности.

Изобретение относится к акустике, в частности к рупорным электроакустическим преобразователям. Акустический пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, в котором по окружности закреплена мембрана, имеющая плоскую и внутреннюю выпуклую часть, в основании которой закреплен биморфный пьезоблок с двумя пьезоэлектрическими дисками, соединенными с электрическими проводниками, над выпуклой и плоской частью мембраны закреплено средство, отражающее акустические колебания. При этом в преобразователе установлено два акустических пьезокерамических преобразователя, мембраны которых, имеющие плоскую и выпуклую часть, по окружности закреплены внутри плоских кольцевых держателей, обеспечивающих встречно-направленное их закрепление на плоских сторонах усеченных конусов, образующих круговой рупор, между которыми с зазором размещен акустический отражающий волновод, радиус которого больше длины волны излучаемых акустических колебаний, электрические проводники от пьезокерамических дисков биморфных пьезоблоков соединены с источником электрических колебаний таким образом, чтобы акустические колебания от акустических пьезокерамических преобразователей складывались на выходе рупорного фазированного электроакустического преобразователя, увеличивая акустическое давление, формируя круговую тороидальную диаграмму направленности. Технический результат – создание круговой тороидальной диаграммы направленности. 3 ил.

Акустический пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, в котором по окружности закреплена мембрана, имеющая плоскую и внутреннюю выпуклую часть, в основании которой закреплен биморфный пьезоблок с двумя пьезоэлектрическими дисками, соединенными с электрическими проводниками, над выпуклой и плоской частью мембраны закреплено средство, отражающее акустические колебания, отличающийся тем, что в рупорном фазированном электроакустическом преобразователе установлено два акустических пьезокерамических преобразователя, мембраны которых, имеющие плоскую и выпуклую часть, по окружности закреплены внутри плоских кольцевых держателей, обеспечивающих встречно-направленное их закрепление на плоских сторонах усеченных конусов, образующих круговой рупор, между которыми с зазором размещен акустический отражающий волновод, радиус которого больше длины волны излучаемых акустических колебаний, электрические проводники от пьезокерамических дисков биморфных пьезоблоков соединены с источником электрических колебаний таким образом, чтобы акустические колебания от акустических пьезокерамических преобразователей складывались на выходе рупорного фазированного электроакустического преобразователя, увеличивая акустическое давление, формируя круговую тороидальную диаграмму направленности.