Электроакустический преобразователь с двухлучевой диаграммой направленности Советский патент 1986 года по МПК G01N29/00 

ИзЬбретение относится к ультразву ковой измерительной технике и может быть использовано в первичньж преобразователях измерителей параметров газовых потоковJ в частности в преоб разователях расхода ультразвуковых расходомеров-газов, транспортируемых по трубам Цель и-зобретения - расширение области применения электроакустическог преобразователя за счет введения про кладки между корпусом и пьезоэлементом и дополнительного изолятора, На фиг,1 изображен электроакустический преобразователь с двулучевой диаграммой направленности, на фиг,2 преобразователь в работе; о - эпюра смещений торцов пьезоэлемеита, i эпюра смещений вдоль оси концентрато ра, & - эпюра смещений на поверхности излучающей пластины, Электроакустический преобразователь состоит из корпуса 1, неразъемн соединенного с концентратором 2, на узком конце концентратора 2 закрепле на излучающая пластина 3 в виде круг лого диска. Внутри корпуса 1 размеще ны демпфер 4, пьезоэлемент 5 в виде круглого диска, поляризованного по толщине, и прокладка 6 из электроизо ляционного материала5 выполненная в виде круглого диска, заключенные в акустический изолятор 7 цилиндрической формы, снабженный продольным пазом для прокладки токоотводящего про вода 8, Пьезоэлемент 5 прижат гайкой 9 и демпфером 4 через электроизоляционну прокладку 6 к концентратору 2, На гайке 9 закреплены электроизоляционная пластина 10 с радиочастотным разъемом 11 для подключения кабеля 12. С задней стороны корпус герметич но закрыт крьшкой 13, Кабель 12 заводится в корпус 1 через кабельный ввод, состоящий из уплотнительного резинового кольца 14 и штуцера 15, Пьезоэлемент 5 электрически соединяется с радиочастотным разъемом при помощи токоотводящих проводов 8 и 16. Демпфер 4 снабжен на одном и торцов резьбовым отверстием для креп ления к нему лепестка 17, Концентратор акустически изолирован при помощ акустического изолятора 18, предста ляющего собой полый цилиндр из мате риала и характеризующегося большим затуханием ультразвуковых волн. Электроакустический преобразователь работает следующим образом, Пьезоэлемент 5 возбуждается на частоте его радиального резонанса, в отличие от резонанса по толщине, при Этом максимальная амплитуда нормальных смещений пьезоэлемента 5 наблюдается в его центре и уменьшается к периферии (фиг,2а), поэтому основная часть энергии ультразвуковых колебаний пьезоэлемента 5 распространяется вдоль оси,концентратора 2, Продольные колебания концентратора 2, воздействуя на излучаюшую пластину 3, возбуждают в ней изгибные колебания (фиг,2в). Скорость распространения изгибных колебаний в материале излучающей пластины 3 близка к скорости распространения продольных ультразвуковых волн в газовых средах, чем доСти гается лучшее согласование акустических сопротивлений преобразователя и газовой среды, по сравнению, как если бы в излучающей пластине наблюдался не резонанс одной из пяти форм изгибных колебаний, а, например, резонанс продольных ультразвуковых колебаний по толщине. Таким образом, выбор рабочей частоты электроакустического преобразователя, равной одной из пяти форм свободных изгибных колебаний излучающей пластины, улучшает согласование акустических сопротивлений преобразователя и газовой среды, тем самым повышает КПД электроакустического преобразователя. На фиг,26 изображено распределение амплитуды смещений вдоль оси концентратора 2, Держатель лучше располагать в плоскости узла амплитуды смещений для того, чтобы часть акустической энергии не ответвлялась в систему крепления. Поэтому в предлагаемой конструкции электроакустического преоб разователя концентратор 2 крепится к корпусу 1 в плоскости узла смещений одним из способов неразъемного соединения, тем самым корпус 1 (фиг,1) выполняет функцию держателя (фиг,2). Электроакустический преобразователь обладает повьш енным коэффициентом,передачи, позволяет обеспечить формирование двулучевой диаграммы направленности и его крепление нормально к оси трубопровода, что устраняет наличие вихреобразующих карманов.

Кроме того, предлагаемый преоёразователь обратимый, т.е. может работать как в режиме излучения, так и в режимеприема акустических волн.

Формула изобретения

Электроакустический преобразователь с двулучевой диаграммой направленности, содержащий корпус, соединенный с корпусом концентратор, излучающую пластину в виде диска, закрепленную на концентраторе, размещенные внутри корпуса акустический изолятор цилиндрической формы, демпфер и пьезоэлемент в виде диска,

ляризованного по толщине, и радиочастотный разъем, отличающийс я тем, что, с целью расширения области применения, преобразователь снабжен прокладкой из электроизоляционного материала, выполненной в виде диска .диаметром, равным диаметрам демпфера и пьезоэлемента, и расположенной между пьезоэлементом и

концентратором, дополнительным акусти|ческим изолятором,.расположенным на корпусе и охватывающим концентратор, излучающая пластина выполнена в виде диска частотой резонанса свободных

изгибных колебаний, равной рабочей частоте преобразователя.

д

Фиг. 2