Резонансный однополуволновый акустический преобразователь Советский патент 1978 года по МПК H04R17/00 

Изобретение относится к электроакустшсе и ультразвуковой технике, может быть использовано в устройствах, содер- . электроакустические преобразователи и концентраторы амплитуды колёбаНИИ, и предназначено для ультразвуковой обработки объектов.,

Известны конструкции резонансных однополуволновых акустических гфеобразо&ателей, содержащих пьезоалементы и частотопонижаюише накладки, из которых рабочая накладка одновременно является кондентратором ij , 2 .

Однако пьеаоэлементы в этих констру1&юшх расположены в узловых областях (с преимушественлым расположением цент рапъкык сечений пьезоэ шментов в узловых сечениях)J часть рабочей накладки используется дла прикрепления преобразователя к защитному кожуху, и,следовательно, участоь рабочей накладки с уменьщающимся сечением занимает только часть четвертьволнового участка преобразователя, что в большинстве случаев не может

дать необходимый коэффициент усиления амплитуды колебаний.

Наиболее близким по технической cyuhНости к предложенному является однополуволновый преобразователь, содержащий активные пьезоэлементы, размещенные между узловым сечением преобразователя и его нерабочим , и пассивные частотопонижаюшие накладки, одна из которых одновременно является концентратором, заканчивающимся собственно внстр ментом з.

Однако в этом устройстве участки рабочих накладок, на которых I осуществлено уменьшение площадей сечений, не превв1 шают четвертьволновых i участков преобра зователей, а это в ряде случаев конструкА тивнр неприемлемо, например в иекотсфых ультразвуковых офтальмологических инструментах, рассчитанных на частоту 44 кГц и выше, в которых длина участка преобразователя от рабочего конца инстр;уь мента до утолщелия, которое может загораживать операционное поле, должна бьгть в ряде случаев на менее 3-4 см. Это

устройство не может обеспечить доста точного усиления амплитуды на рабочем конде преоб|разователя.

Цель изое ретения - увеличение коэффициента усиления амплитуды колебаний.

Цель достигается, тем, что концентра тор выполнен превышающим четвертьволновый участок преобразователя.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство.

Преобразо1затель содержит пьеаоэлементы 1 и 2| расположенные в четвертьволновом участке преобразователя, заключенном менсду узловым сечением О-О и выходным нерабочим торцом-А, нерабочую частотопонижающую накладку 3 и рабочую частотопонижающую накладку 4, являющуюся одновременно кoнцeнтpaтoром амплитуды колебаний. Волновая длир участка рабочей накладки 4, на котором осуществлено уменьшение площадей се- чений, наприм ф, по катеноидальному закону от площади входного сечения а-а указанного участка до площади выходного сечения к:а рабочем конце В, превышает четвертьволновый зчасток прео5разователЯ| за.ключенный между рабочим концом В и узловым сечением О-О и равен, в частности, волновой длине, при которой коэффициент усиления амплитуды колебаний данного преобразователя является максимальным. При этом утолщенное сечение а-а рабочей накладки 4 отделено от ра(5очего конца В с учетом конструктивных условий или условий эксплуатации. Е(ся рабочая накладка 4, включающая оосовную часть концентратора, заключенную между сечениями а-а и с-с , и инструментальную часть, заключенную между сечением с-с и рабочим концом В, выполнена либо за единое целое, либо о разъемом по сечению с-с. При этом разъеглкые элементы могут быт изготовлены из р азных или одинаковых материалов. Питание преобразователя от генератора пода«п ся с .помощью проводов 5 и 6 на контактные прокладки 7,-8 и 9, расположенные между каждым пьезо- элементом и соответствующей накладкой к между пьезоэлементами. Небольщой фланец 1О, расположенный в узловой области преобразователя, предназначен для присоединения к преобразователю защитного кожуха.

Чтобы повысить КПД. преобразовател рабочую накладк 4 целесообразно выпол нять без входного участка с постоянной площадью сечени, заключенного между пьезоалементом il и сечением а-а, что сокраишет волновую длину между узловым сечением преобразователя и пьезоэлементами. Кроме того, для некоторого дополнительного увеличения коэффициента усиления возможно небольщое (примерно в пределах 50%) увеличение площади инструментальной части в сечении о-с по сравнению с площадью основной части концентратора в этом же сечении.

Если требуется еще больше удалить утолщенную часть преобразователя -от рабочего конца, то волновая длина участка рабочей накладки, на котором осуществлено уменьшение площадей сечений в заданных пределах, может быть выбрана несколько больше того значения волновой толщины, при которой коэффициент усиления достигает максимума, но так, чтобы при этом коэффициент усиления был бы больше, чем при выполнении уменьшения площадей сечений на четвертьволновом участке преобразователя. Кроме катенои дапьной или экспоненциальной формы учаска рабочей накладки, на котором выполнено уменьшение площадей сечений, воэможно выполнение всего этого участка в общем случае сочетанием катеноидалЕ ных, экспоненциальных и конических участков между собой, а также сочетанием их с цилиндрическими участками. Предлагаемый резонансный преобразователь может быть выполнен с любым количеством пье- зоэлементов (в том числе и с одним пье- зоэлементом), а также в случае применения большего числа частотопонижающих накладок, в частности при наличии еще промежуточной накладки, расположенной между пьезоэлементами.

Соединение элементов преобразователя между собой осуществляется любым извесным способом, например стягиванием его с помощью винтового или болтового соединения, склеиванием и т. д.

Изобретение может быть использовано при разработке ультразвуковых преобразователей преимущественно малой мощности, КПД которых может не иметь первостепенного значения,- когда требуется получить относительно большую амплитуду колебаний при возможно меньших продольных и поперечных размерах преобразователей, следовательно, при достаточно большом коэффилхиенте усиления ив то же время при достаточном удалении утощенной части преобразователя дат рабочего конца собственно инструмента прео&разователя. Особенно эффективно применение таких преобразователей в миниатюрьных ультразвуковых медицинских инстру,ментах для офтальмологии, стоматологии

|И т. д. 562 Формула изобретения, Резонансный однополуволновьй акустический преобразователь, содержащий актив ные пьезоэлементы, размещенные между узловым сечением преобразователя и его нерабочим торцом, и пассивные частотопонижающие накладки, одна из которых одновременно является концентратором, заканчивающимся собственно инструментом, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента усиления 4 амплитуды колебаний, концентратор выполнен превышающим четвертьволновый участок преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Патент США № 3368О85, кл. 310-8.3, 1968, 2.Патент США № 3368086, кл. 310-9.2, 1968. 3.Патент США 3524085, кл. 310-8.2, 1970.

В