Электроакустический преобразователь Советский патент 1980 года по МПК H04R17/00 

(54) ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к области акустического приборостроения и может быть использовано для излучения звука в жидкой среде, например, в технике акустических измерений.

Известны преобразователи биморфного типа, когда возбуждение соединенных определенным образом двух пьезокерамических ДИСКОВ или пластин, соединенных плоскостями, вызывает их изгибные колебания 1

Наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является устройство, содержащее корпус и закрепленный В нем биморфный элемент с накладками, выполненный в виде излучающей пластины, жестко соединенной с пьезоактивным возбудителем 2.

Накладки биморфного элемента являются стационарными и жестко закреплены внутри корпуса через электроизолирующие прокладки.

Существенной частью преобразователей биморфного типа является конструктивное выполнение подвески излучающего биморфного элемента в корпусе преобразователя. Роль подвески в данном преобразователе выполняет воротник или паз, который служит

развязкой излучающего элемента от корпуса и должен быть податлив к изгибным колебаниям пластин и ВЫПОЛНЯТЬ роль шарнира. Паз образован двумя проточками вдоль края излучающего элемента, выполненными

5 на его плоскостях одна против другой. При подаче электрического напряжения на пьезоактивную пластину возникают продольные механические напряжения, при этом результирующая сила действует на определенном расстоянии от нейтральной плоскости параллельно ей, что вызывает вращательное движение паза и приводит к изгибу излучающего элемента.

Недостатком указанных известных устройств является небольщая амплитуда коле15баний и ограничение понижения резонансной частоты геометрическими размерами.

Целью изобретения является увеличение амплитуды колебаний излучающей поверхности при практически неизменных габаритах устройства.

20

Цель достигается тем, что корпус преобразователя снабжен двумя герметичными кожухами, В которых размещены концы излучающей пластины с накладками, а крепление пластины в кожухах производится в узле изгибных колебаний последней.

На фиг. 1 схематически представлена конструкция преобразователя; на фиг. 2 - вид преобразователя в рабочем состоянии.

Преобразователь содержит биморфный элемент, состоящий из излучающей пластины I, выполненной в виде металлического прямоугольного параллелепипеда, в центре которого симметрично по отнощению к его основаниям сделано углубление, в котором размещен пьезоактивный возбудитель, выполненный в виде плоской пьезокерамической пластины 2, набранной из прямоугольных пьезокерамических призм, поляризованных по толщине и склеенных эпоксидной смолой так, что металлизированные грани примыкают друг к другу. Электрически призмы соединены между собой параллельно. Пьезокерамическая пластина 2 размещена в углублении излучающей пластины 1 так, что две ее противоположные торцовые грани плотно прилегают к боковым сменкам углубления излучающей пластины 1. При этом продольный размер пьезокерамической пластины 2 подобран таким образом, что пластина 2 размещена в углублении излучающей пластины 1 в сжатом состоянии.

К двум противоположным краям излучающей пластины 1 параллельно закрепленным торцовым граням пьезокерамической пластины 2 жестко прикреплены накладки 3. Биморфный элемент установлен в корпус 4, имеющий два кожуха 5, в которых с зазором относительно их стенок размещены накладки 3. Биморфный элемент установлен так, что во внещнюю среду он обращен излучающей пластиной 1, а внутрь корпуса - пьезокерамической пластиной 2. Установка в корпусе 4 биморфного элемента производится в прорезях кожухов 5 корпуса 4 по линиям нулевых смещений излучающей пластины 1, т.е. узловым линиям, проходящим между накладками 3 и местами прилегания возбуждающей пьезокерамической пластины 2. Для обеспечения герметичности кожухов 5 и полости корпуса 4, где размещена Пьезокерамическая пластина 2, между стенками кожухов 5 и излучающей пластиной 1 проложены резиновые прокладки 6, с боковых сторон корпус 4 и кожухи 5 закрыты крышками с уплотнением из резины, стянутыми болтами (непоказанными на чертеже). Через одну из крышек осуществлен ввод токонесущего кабеля.

Конструктивно предлагаемый преобразователь может быть также выполнен без боковых крыщек. Излучающий элемент при этом представляет собой круглую пластину, жестко соединенную с пьезокерамической пластиной 2 в виде диска, а накладки 3 выполнены в виде колец.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При подаче электрического напряжения на пьезокерамическую пластину 2 на ее торцах, прилегающих к излучающему элементу 1, возникает сила, направленная вдоль пластины 2, сжимающая или растягивающая ее в зависимости от полярности приложенного электрического напряжения и направления поляризации пьезокерамических призм. Результирующие силы приложены к торцам пластины 2 в точках, отдаленных от середины толщины сборки излучающего элемента 1 с пластиной 2, и вызывают изгиб этой сборки. Например, при силе, растягивающей пьезокерамическую пластину 2, она становится выпуклой, а поверхность излучающей пластины I - вогнутой. Одновременно вследствие того, что накладки 3 жестко связаны с излучающей пластиной 1, под действием этой же силы происходит отклонение краевых участков излучающей пластины 1 с накладками 3 сторону, определяемую изгибом центральной части излучающей пластины 1. При подаче переменного электрического напряжения Пьезокерамическая пластина 2 и центральная часть излучающей пластины совершают изгибные колебания, а краевые участки излучающей пластины 1 с накладками 3 соверщают колебания около положения равновесия, причем отклонения их противоположны отклонению центральной части излучающей пластины 1 относительно положения равновесия (см. фиг. 2). Таким образом, излучающая пластина 1 на определенном расстоянии от своих краев имеет узловую линию или линию нулевых смещений.

Краевые участки излучающей пластины 1 с накладками 3 представляют собой колебательную систему, резонансн.ая частота которой определяется длиной и толщиной краевых участков излучающей пластины I, а также величиной массы накладок 3, и при соответствующих размерах элементов конструкции преобразователя ниже резонансной частоты биморфного элемента. При частоте возбуждающего электрического напряжения, совпадающей с резонансной частотой этой колебательной системы, амплитуда колебаний накладок 3 возрастает, что определяет увеличение смещений центральной части излучающей пластины 1. Энергия, которая расходуется пьезоактивным возбудителем 2 на поворот накладок 3, возвращается излучающей пластине 2, увеличивая амплитуду изгибных колебаний.

Формула изобретения

Электроакустический преобразователь, содержащий корпус, закрепленный в нем биморфный излучающий элемент, выполненный в виде излучающей пластины, жестко соединенной с пьезоактивным возбудителем, и накладки, установленные на двух противоположных концах излучающей пластины.

отличающийся тем, что, с целью увеличения амплитуды изгибных колебаний, корпус преобразователя снабжен двумя герметичными кожухами, в которых размещены концы излучающей пластины с накладками, а крепление пластины в кожухах производится в узле изгибных колебаний последней.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Патент США № 3370187, кл. 310- 9.1, 1968.