Пьезоэлектрический преобразователь Советский патент 1988 года по МПК B06B1/06 

со

00

;о ю

со

Изобретение относится к технической акустике и может быть использовано в ультразвуковых измерительных устройствах, устройствах передачи информации, устройствах сигнализации и звуколокации.

Целью изобретения является увеличение эффективности преобразования акустической энергии. .

На чертеже изображен пьезоэлектрический преобразователь, поперечный разрез,

Пьезоэлектрический преобразователь содержит металлическую прямоугольную пластину 1, выполненную в виде стакана, металлическую подложку 2, пьезоэлектрические сегменты цилиндров 3. Стакан 1 соединен с подложкой 2 через электроизоляционную прокладку А. Наружный электрод 5 сегментов электрически соединен с металлической пластиной стакана 1, внутренний - с подложкой 2. Питающее напряжение подается через выводы 6.

Пьезоэлектрический преобразователь работает следующим образом.

Питающее напряжение через выводы 6 подается на электроды полых пьезо- керамическ1-1х сегментов цилиндров 3, вследствие чего они совершают изгиб- ные колебания на их резонансных частотах колебаний. Через место скрепления сегментов цилиндров 3 со стаканом 1 изгибные колебания передаются пос- леднему, в котором также возбуждаются изгибные к(лсбания. Параметры полых цилиндров и места расположения их на подложке подбирс ются таким образом, что амплитуда смещений изгиб- ных колебаний п пластине стакана 1 распределяются по синусоидальному (косинусоидальному) закону по всей щирине преобразователя.

Резонансная частота полых сег- ментов цилиндров пpибл Dкeннo определяется следующим выражением:

)

1 JEj.T iiiiI)i

1 )vF (12+1)

TO - средний радиус кривизны сегмента;

Е - модуль упругости;

I - момент инерции поперечного сечения относительно продольной оси сегмента;

g - ускорение силы тяжести;

j - удельные вес;

Q

5 0 5

0 с Q

0

5

i - число узловых линий колебаний сегмента;

F - площадь поперечного сечения; If - центральный угол сегмента.

При четном числе узловых линий колебаний сегмента в линии соединения его с металлическим стаканом 1 образуется пучность колебаний, что приводит к эффективному возбуждению стакана 1. При достигается наибольшая амплитуда колебаний и две узловые линии располагаются в местах закрепления сегментов к подложке. Для резонансного возбуждения изгибных колебаний в стакане необходимо, чтобы по ширине стакана на резонансных частотах сегментов распределялось целое число полуволн изгибных колебаний. Поэтому необходимо сопрягать резо- нансные частоты стакана 1 и сегментов 3. В стакане 1 изгибные колебания возбуждаются концентрированной силой, поэтому сильно уменьшаются потери на трение, и амплитуды смещений распределяются по синусоидальному закону по всей ширине преобразователя. Основаниями криволинейных поверхностей сегментов в подложке 2 возбуждаются сдвиговые волны. Наиболее эффективно преобразователь возбуждается на частотах до 200 кГц.

Изгибное возбуждение излучающей поверхности концентрированной силой приводит к эффективному излучению и уменьшению потерь энергии, расходуемой на внутреннее трение элементов. Потери на двойное электромеханическое преобразование при передаче акустических сигналов в воздушной среде на расстояние 1 м равны 20-25 дБ.Кроме того, преобразователь возбуждает сдвиговые волны и может использоваться как трансформатор сдвиговых волн в изгибные и обратно. Формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь, содержащий цилиндрообразные возбуждающие элементы, установленные боковыми поверхностями параллельно друг другу на металлической подложке, отличающийся тем, что, с целью повьшения эффективности преобразования, цилиндрообразные возбуждающие элементы выполнены в виде сегментов полых пьезоцилиндров с электродами, расположены внутри -соединенного с подложкой металлического стакана и краями прикреплены к последнему.

Изобретение относится к области технической акустики. Цель изобретения - увеличение эффективности преобразования акустической энергий. При четном числе узловых линий колебаний сегмента 3 в линии соединения его с металлическим стаканом (МС) 1 образуется пучность колебаний, что приводит к возбуждению МС 1. Необходимо сопрягать резонансные частоты МС 1 и сегментов 3. В МС 1 изгибные колебания возбуждаются концентрированной силой, поэтому уменьшаются потери на трение и амплитуды смещений распределяются по синусоидальному закону по всей ширине преобразователя. Основаниями криволинейных поверхностей в подложке 2 возбуждаются сдвиговые волны. Изгибные возбуждения излучающей поверхности концентрированной силы приводят к эффективному излучению и уменьшению потерь энергии, расходуемой на внутреннее трение элементов. 1 ил. & сл