Приемник акустического давления Советский патент 1980 года по МПК H04R17/00 

Изобретение относится к технической акустике и может быть использова но для измерения параметров акустического поля в различных средах. Известны приемники акустического давления, содержащие цилиндрические активные элементы, жестко скрепленны с несущей конструкцией 1. Однако они являются невиброустойчивыми, что обусловлено несимметричным креплением активных элементов приемников к несущей конструкции. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является приемник, содержащий по крайней мере один цилиндрический активный элемент жестко и симметрично закрепленный на несущей конструкции 2. В такой конструкции чувствительность приемника вибрации определяется разностью электрических напряжений, возникающих при действии вибрации на каждую из половин активного элемента. Величина этой разности в силу асимметрии реальной конструкции и разброса параметров пьезокерамики не равна нулю и тем больше, чем боль ше чувствительность к вибрации каждой из половин. Недостатками приемника являются его недостаточно высокая виброустойчивость и чувствительность к давлению. Чувствительность к вибратии каждой половины активного элемента в таком приемнике из-за жесткой связи с несущей конструкцией максимальна и определяется в основном механическими напряжениями, возникающими в пьезоэлементе в области крепления. Кроме того, жесткое закрепление активного элемента непосредственно за торцы его цилиндрических пьезоэлементов тормозит возникающие в нем при действии звукового давления радиальные колебания и уменьшает тем самым чувствительность приемника к давлению, по сравнению с пьезоэлементом, у которого торцы свободны. Следствием уменьшения чувствительности к давлению является еще большее снижение виброустойчивости приемника. Целью изобретения является повьпиение виброустойчивости в продольном направлении при одновременном повьплении его чувствительности к давлению. Указанная цель достигается тег.1, что в приемник введены кольца из

пассивного материала, установленные между цилиндрическими активными элементами и несущей конструкцией, и торцами жестко скрепленные с ними.

На фиг. 1 схематически изображен праддагаемый приемник с одним активным элементом и эпюры распределения механических напряжений; на фиг. 2 - приемник с двумя активными элементами и эпюры распределения механических напряжений.

Приемник содержит несущую конструкцию 1 с элементами крепления 2, fc которым жестко через кольца из пассивного материала 3 прикреплены активные элементы 4, закрытые с торцов в случае двух элементов крьшдками 5.

При воздействии на приемник осевой вибрации и звукового давления в цилиндрическом активном элементе возникают продольные и тангенциальны механические напряжения. Причем продольные напряжения обусловлены действием как звукового давления, так и вибраций,, а тангенциальные - только звуковым давлением.

Продольные механические напряжения, обусловленные действием звукового давления, распределены в пьезоэлементе равномерно и при рассмотрении йиброустойчивости приемника не учиты ваются.

Распределения механические напряж БИЯ от осевых вибраций возникают в местах закрепления активного элемента к несущей конструкции и в этих же местах в результате торможения радиальных колебаний активного элемента наблюдается резкий спад тангенциальных механических напряжений.

Выполнение этих участков из пассивных колец повышает виброустойчивость приемника, так как в электромеханическом преобразовании не будут участвовать те области активного элемента, которые дают основной вклад в электрический сигнал прн воздействии осевой вибрации и одновременно уменьшают чувствительность приемника к акустическому давлению. Снижение чувствительности в известном приемнике объясняется следующим. Известно, что электрическое напряжение U на электродах активного элемента, возникающее при действии эвукового давления Р, а соответственно и чувствительность приемника к давлению пропорциональны отношению суммарного пьезозаряда Q к величине электрической емкости элемента С ( U с )

Поскольку в приемнике известной конструкции часть пьезоэлемента в области его крепления затощюжена, она не дает вклада в суммарный пьезозаряд, а ее электрическая емкость оказывает шунтирующее действие на величину чувствительности. Выполнение этой частоты из пассивного материала увеличивает чувствительность приемника к давлению по сравнению с известным, так как пьезозаряд активного элемента практически не изменяется, а шунтирующее действие электрической емкости заторможенных участков отсутствует. При этом осевой размер кольца из пассивного материала зависит от размеров элемента и материалов активной и пассивной конструкции.

Таким образом, предложенное техническое решение увеличивает виброустойчивость приемника при одновременном увеличении е.го чувствительности к давлению.

Формула изобретения

Приемник акустического давления, содержащий по крайней мере один цилиндрический активный элемент, жестко и симметрично закрепленный на несущей конструкции, отличающийся тем, что, с целью повышения виброустойчивости в продольном направлении при одновременном повышении его чувствительности к давлению, в него введены кольца из пассивного материала, установленные между цилиндрическими активными элементами и несущей конструкцией и, торцами жестко скрепленные с ними.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ананьева А.А. Керамические приемники звука, изд. АН СССР, М., 1963..

2.Пьезоприемники давления. Под ред. Рахматулина Х.А. и др. изд. Ростовского университета, 1976, с.. 10 (прототип).