Составной электроакустический преобразователь стержневого типа Советский патент 1988 года по МПК B06B1/00 

н

г (/)

Изобретение относится к контрольно-измерительным ультразвуковым устройствам. Цель изобретения - увеличение механической добротности электроакустического преобразователя. Пье- зоэлем нт 3 закреплен за счет натяга в полости 2 монолитного резонатора 1. Для возбуждения продольных колебаний пьезоэлемент расположен вдоль оси резонатора. Для возбуждения изгибных колебаний пьезоэлемент 3 располагается под углом к продольной оси резонатора. Jля возбуждения крутильных колебаний пьезоэлемент закреплен в полости 2 с помощью локальных выступов ортогонально продольной оси резонатора. Относительные размеры полости, пьезоэлемента и акустического резонатора выбираются в соответствии с приведенной формулой. 3 з.п. ф-лы, 3 нл.

If

iCO {

гГ

Изобретение относится к контрольно- измерительным ультразвуковым устройствам и может быть использовано в им- педаргсчувствительпых системах ульт- развукового контроля,

Целью изобретения является увеличение механической добротности электроакустического преобразователя.

На фиг. 1 схематически показан jg предложеиньм преобразователь и вариант расположения пьезоэлемента в виде пластины для возбуждения продольных механических колебаний; на фиг,2 - вариант закрепления пьезоэлемента в 15 полости резонатора для случая возбуждения изгибньк механических колебаний; на фиг. 3 - вариант размещения пьезоэлемента в полости резонатора для слу- чая возбуждения крутильных механичес- 20 ких колебаний.

Составной электроакустический преобразователь стержневого типа (фиг, 1) содержит монолитный резонатор 1 из материала с малым поглощением звука с 25 полостью 2 и закрепленный в этой полости пьезоэлемент 3. Акустический контакт осуществляется по сопряженным поверхностям 4 пьезоэлемента и резонатора за счет натяга. Натяг обеспе- 30 чивается выбором размера полости и размера пьезоэлемента с учетом теплового расширения материала резонатора при нагревании либо уменьшения

размера пьезоэлемента при охлаждении, jj происходили в противофазе.

либо одновременного сочетания первого Сечение полости резонатора может

и второго явлений.

быть круглым, квадратным, прямоуголь ным, овальным и т.д. При этом полост должна быть расположена симметрично

Фланцы 5, расположенные в узловой плоскости акустического pe3OHatopa и выполненные монолитно с ним, позволяют осуществлять его крепление, например, к корпусу преобразователя без существенного снижения механической добротности преобразователя.

Для случая возбуждения изгибных механических колебаний на фиг, 2 показано размещение в резонаторе 1 с полостью 2 пьезоэлемента 3 под углом с 45, Угол поворота плоскости

быть круглым, квадратным, прямоуголь ным, овальным и т.д. При этом полост должна быть расположена симметрично

40 относительно продольной оси резонатора и узловой плоскости смещений, Пьезоэлемент может быть выполнен из любого пьезоактивного материала, например пьезокерамического или моно45 кристаллического, в виде пластины или полого цилиндра.

Относительные размеры полости, пьезоэлемента и акустического резонатора выбирают из следующих соображе- пьезоэлемента 3 относительно продоль-gg ний, ной оси резонатора 1 выбирается равным 45° из условия обеспечения максимального изгибающего момента силы

Для электроакустического преобразователя стеруневого типа обобщенный коэффициент связи К выражается чере его параметры в виде

, .b.

где F, Fcos(90 -i)

Fsin«(. - проекция силы F на ось X, которая ортогональна продольной оси резонатора;

F - сила, действующая со стороны продо:1ьно колеблющегося пьезоэлемента на акустический резонатор;

Ь Г С09«(- длина перпендикуляра, опущенного из центра вращения О на линию действия силы Fy ;

1 г - - радиус полости.

1

. . rcos(r-F2SLn2«i

Условие максимального значения момента силы sin2ot 1. Отсюда 2ii(90 и , Выбор в( 45 позволяет возбуждать изгибные колебания в акустическом резонаторе наиболее эффектив-- но. Сопряжение пьезоэлемента с полостью в этих двух случаях (для продольных и нагибных колебаний) осуществляется по кольцевому выступу 4,

Дпя возбуждения крутильных колебаНИИ (фиг. 3) пьезоэлементы 3 в виде пластин закреплены в полости 2 резонатора 1 с помощью локальных выступов 4 с некоторым смещением относительно узловой плоскости. Пьезоэлементы 3 поляризованы и расположены друг относительно друга таким образом, чтобы их контурные колебания

быть круглым, квадратным, прямоуголь ным, овальным и т.д. При этом полость должна быть расположена симметрично

относительно продольной оси резонатора и узловой плоскости смещений, Пьезоэлемент может быть выполнен из любого пьезоактивного материала, например пьезокерамического или монокристаллического, в виде пластины или полого цилиндра.

Относительные размеры полости, пьезоэлемента и акустического резонатора выбирают из следующих соображе- ний,

Для электроакустического преобразователя стеруневого типа обобщенный коэффициент связи К выражается через его параметры в виде

55

.

где К - коэффициент электромеханической связи для пьезоэлемента;

Cn - модул, упругости для пьезоэлемеитл;

Ср - модуль упругости для акустического резонатора; S - площадь акустического контакта между пьезоэлементом и акустическ1вч резонатором; S - площадь поперечного сечения

акустического резонатора в месте осуществления акустического контакта;

1 - размер полости вдольпродольной оси акустического резонатора; L - размер акустического резонатора вдоль его продольной оси;

п - номер возбуждаемого в акустическом резонаторе обертона, п 1,3,5,...

По мере увеличения К величина добротности преобразователя Q монотонно уменьшается и при К, 10 1/Q/j достигает добротности прототипа . Что касается нижнего предела К, то его величина определяется только механической добротностью материала акустического резонатора Q.

Таким образом, условие увеличения добротности электроакустического резонатора имеет вид

Формула изобретения

5

0

0

5

О 5 0

размеры полости, (5Элемеита и акустического резонатора выбраны из условия

где К - коэффициент электром хани- ческой связи для пьсзоэле- мента; С, - модуль упругости для пьсзоэлемента;

Cf - модуль упругости для акустического резонатора; -,,s - площадь акустического контакта между пьезоэлементом и акустическим резонатором;

S - площадь поперечного сечйния акустического резонатора в месте акустического контакта;

1 - размер полости вдоль продольной оси акустического резонатора;

L - размер акустического розона- тора вдоль его тгродольной оси;

п - номер возбуждаемого в акустическом резонаторе обертона, ,3,5,.. .

Q ff механичрская добротность материала акустического резо- натора, 0 i 00.

У4

/

/

j-«-

Фиг.2