Электромеханический преобразователь Советский патент 1993 года по МПК H04R17/00 

Изобретение относится к электроакустике. Предлагаемое устройство может быть использовано в качестве излучателя и приемника механических колебаний в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона рабочих амплитуд давления преобразователя.

На фиг.1 изображен предлагаемый электромеханический преобразователь с двумя выпуклыми мембранами; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - упругое кольцо, выполненное с продольными осевыми разрезами, и вогнутая мембрана; на фиг.4 - круглая мембрана с радиальными разрезами.

Предлагаемый электромеханический преобразователь содержит плоский пьезоэ- лемент 1 с электропроводящими обкладка- ми 2 и электрическими проводниками 3, упругое кольцо 4 .с выступами 5, упругий элемент 6, корпус 7 и мембрану 8.

Пьезоэлемент 1 с натягом закреплен в кольце 4 с помощью выступов 5, причем плоскость пьезоэлемента 1 ортогональна продольной оси кольца 4 00..Возможны и другие варианты закрепления пьезоэлемента 1 с натягом в кольце 4. Например, выступы могут быть выполнены на пьезоэлементе 1, а внутренняя поверхность кольца 4 выполнена гладкой, либо выступы могут быть выполнены как на пьезоэлементе 1, так и на внутренней поверхности кольца 4. При любом варианте закрепления контактирующие поверхности пьезоэлемента 1 и кольца 4 геометрически должны быть взаимно сопряжены. Натяг пьезоэлемента 1 обеспечивается выбором размеров и статическими упругими деформациями пьезоэлемента 1, выступов 5 и кольца 4,

Пьезоэлемент 1 может быть выполнен из полимерного композиционного или керамического пьезоактивного материала в виде одной пьезопластины или пакета пьезопла- стин и иметь в плане круглую (фиг,1), квад00

ы

N5

ы

ы

ратную, прямоугольную или любую другую форму.

Кольцо 4, выполненное из упругого материала с высоким пределом механической прочности, например металла, через упругий элемент 6 подвижно соединено с корпусом 7 с возможностью осесимметричных смещений кольца 4 относительно корпуса 7. Кольцо 4 может быть выполнено сплошным (фиг.1) или с разрезами 9 вдоль своей продольной оси 00(фиг.З), Пьезоактивный материал для кольца 4 не подходит из-за низкого предела механической прочности.

Упругий элемент 6 может быть выполнен либо в виде осесимметричного сплошного кольца (фиг,1), изготовленного из резиноподобного материала, либо в виде свернутых в кольцо витых или изогнутых плоских металлических пружин,

Корпус 7 может быть выполнен в виде двух свинчивающихся (фиг.1) или стягиваемых болтами или шпильками частей,

Мембрана 8 жестко соединена с кольцом 4 своей периферической областью. Жесткое соединение может быть осуществлено путем сварки, пайки, склейки или натяга мембраны 8 в кольце 4, Мембрана 8.может быть одна (фиг.З) или мембран 8 может быть две (фиг.1). Мембрана 8 может быть выпуклой (фиг.1) или вогнутой (фиг.З), сплошной или с радиальными разрезами 10 (фиг.4). Форма искривленной поверхности мембраны 8 может быть выполнена сферической, цилиндрической или эллипсоидальной.

Разрезы кольца 4 и мембраны 8 позволяют уменьшить их жесткость и увеличить амплитуды их колебаний при работе электромеханического преобразователя в газообразных средах. Кроме того, изменение жесткости кольца 4 и мембраны 8 с помощью разрезов позволяет управлять резонансной частотой, а следовательно, и диапазоном рабочих частот электромеханического преобразователя.

Кольцо 4 и мембрана 8 могут быть выполнены как из изотропного, так и из анизотропного, например, полимерного

армированного материала, как в виде двух отдельных элементов, так и за одно целое. Электромеханический преобразователь работает следующим образом. При подаче переменного электрического напряжения на электрические проводники 3 (фиг.1) в пьезоэлементе 1 за счет пьезоэф- фекта возникают переменные механические напряжения, которые через выступы 5

передаются на кольцо 4, Под действием механических напряжений кольцо 4 совершает осесимметричные колебания, которые передаются внешней среде, где создают переменное акустическое давление.

Закрепление пьезоэлемента 1 с натягом в кольце 4 обеспечивает увеличение его динамической прочности за счет статического сжатия без ухудшения его пьезоэлектрических свойств. Более прочной по отношению

к увеличенным амплитудам давления оказывается и упругая мембрана 8. Перечисленные конструктивные особенности позволяют расширить динамический диапазон рабочих амплитуд давления электромеханического преобразователя.

Формула изобретения

1. Электромеханический преобразователь, содержащий корпус, упругий элемент, пьезоэлемент и оболочку с искривленной

поверхностью, отличающийся тем, что, в него введено упругое кольцо из непь- езоактивного материала, пьезоэлемент выполнен плоским и с натягом закреплен в упругом кольце, а оболочка выполнена в виде упругой мембраны и жестко соединена с упругим кольцом своей периферийной областью, причем плоскость пьезоэлемента ортогональна продольной оси упругого кольца, а упругое кольцо подвижно соединено с корпусом через упругий элемент с возможностью осесимметричных смещений упругого кольца относительно корпуса.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что упругое кольцо выполнено с разрезами вдоль своей продольной оси.

3. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что мембрана выполнена с радиальными разрезами.

Использование: в качестве излучателя и приемника механических колебаний в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот. Сущность изобретения: преобразователь снабжен упругим кольцом, выполненным из непьезоактивного материала, пьезоэле- мент выполнен плоским и с натягом закреплен в кольце, причем плоскость пьезоэлемента ортогональна продольной оси кольца, оболочка выполнена в виде упругой мембраны и жестко соединена с кольцом своей периферической областью, а кольцо подвижно соединено с корпусом через упругий элемент с возможностью осе- симметричных смещений кольца относительного корпуса. 2 з.п. ф-лы, 4 ил,