Пьезоэлектрический датчик

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН вЂ” 12?25йЕ А (50 4 Н 04 R 17/GGt

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю С

° °

° «Ф

МФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21} 3732765/24-10 (22) 25.04.84 (46) 23.11.86. Бюл. Ф 43 (71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. H.E. Жуковского (72) В.Я. Баржин, В.Я. Безлюдько, А.А. Зеленский, В.Ф. Солодовник и М.И. Чебан (53) 534.232(088.8) (56) Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. M. Энергия, 1978, с ° 120, 182. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК (57) Изобретение относится к технике связи и позволяет повысить чувствительность и разрешающую способность датчика. Пьезопластина 1 с напыленными на нее электродами 2, 3 и 4 образует два пьезорезонатора, частоты колебаний которых различаются на величину их резонансных промежутков. Акустические колебания приводят к перемещению мембран 5 и 6 и пьезопластины 1, претерпевающей деформацию, вызванную приваренным к электроду 2 элементом 8 крепления в виде полукруглой .мембраны Участок 9 элемента 8, выполненный в виде профрезерованных канавок, параллельныХ пьезопластине 1, снижает сопротивление элемента крепления акустическому воздействию. Уменьшение расстояния между участком 9 и пьезопластиной 1 вызывает увеличение степени прогиба последней и изменение резонансной частоты.пьезорезонаторов.. Шумовые вариации частоты выходного разностного колебания могут быть значительно уменьшены подбором определенных соотношений емкостей конденсаторов

10 и 11. 1 ил.

12

Изобретение относится к области техники связиэ в частности к пьезоэлектрическим акустическим преобразователям.

Целью изобретения является повышение чувствительности и разрешающей способности.

На чертеже показана схема пьезоэлектрического датчика.

Пьезоэлектрический датчик содержит пьезопластину 1 с размещенными на ней первым, вторым и третьим электродами 2-4, первую и вторую мембраны 5 и 6, корпус 7, а также элемент 8 крепления с участком 9 меньшей толщины, при этом пьезопластина 1 закреплена между центрами мембран 5 и 6, каждая из которых электрически соединена с электродами 3 и 4 через конденсаторы 10 и 11 с заземлением, элемент 8 крепления полукруглой формы с участком 9 меньшей толщины расположен параллельно мембранам 5 и 6 и приварен по диаметру к первому электроду 2, который электрически соединен с разностным генератором 12.

Пьезоэлектрический датчик работает следующим образом.

На пьезопластине 1 выполнены фактически два пьезорезонатора. Пьезо— резонаторы представляют собой участки кварцевой пьезопластины 1, расположенные между напыленными на нее металлическими электродами 2-4. Резонансные частоты пьезорезонаторов зависят от упругих постоянных пьезопластины 1 и, следовательно, от величины и в силу анизотропных свойств монокристаллического кварца от направления механических напряжений в пьезопластине.

Разностный генератор обеспечивает возбуждение в пьезорезонаторах двух колебаний с частотами f,è 12 в диапазоне частот 25-.40 МГц. Причем частоты 1, и f2 отличаются не менее чем на величину резонансных промежутков чьезорезонаторов. Выходным сигналом генератора 12, а соответственно и всего датчика, является колебание разностной частоты 1 2

Колебание разностной частоты выделяется посредством LC -разностного контура, настроенного приблизительно а на частоту Г и подключенного к активному элементу разностного генера72520 3 тора и входящему в состав генератора 1? .

Воздействие В акустических коле- баний приводит к перемещению мембран

5 и 6 и пьезопластины 1 вдоль ее оси.

Причем акустические колебания частот до 10 кГц вызывают перемещение центров мембран 5 и 6.

Участок 9 меньшей толщины элемен10 та 8 крепления, выполненный в виде двух профрезированных канавок, расположенных одна против другой с двух сторон параллельно пьезопластине 1, предназначен для снижения сопротивле15 ния элемента крепления акустическому воздействию и тем самым повьппению чувствительности микрофона и разрешающей способности. С уменьшением расстояния между участком 9 меньшей тол20 щины и пьезопластиной 1 увеличивается степень прогиба пьезопластийы, что вызывает изгиб двух резонаторов в разные стороны и, следовательно, изменение их резонансных частот f, и

25 32 в разные стороны. При этом абсолютная перестройка частоты fp выходного колебания равна сумме перестроек частот 1, и 1

nk =Й, й,.

Относительная перестройка разностной частоты оказывается в N раз большей по сравнению с относительной перестройкой частот 1, и 2 йр

N.

Кроме того, за счет возможности обеспечения положительной корреляции шумовых вариаций 6f, и й1 частот 1, и выбором определенного соотношения между емкостями конденсаторов 10 и

11 шумовые вариации 8f частоты выходного разностного колебания могут быть сведены в идеальном случае к нулю. Тем самым сведены к нулю собственные частотные шумы датчика, благодаря чему может быть сведен к нулю уровень эквивалентного звукового давления устройства. То есть пьезоэлектрический датчик может не иметь ограничения динамического диапазона снизу и обладать повышенной разрешающей способностью. уФормула из обретения

Пьезоэлектрический датчик, содержащий пьезопластину с первым и вто1272520

Составитель В, Кудрявцев

Техред Н.Глущенко Корректор Е. Рошко

Редактор Л. Гратилло

Тираж 624

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6350/57

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4. рым электродами, корпус, элемент крепления с утоньшанием, соединенный с с пьезопластиной и корпусом, раэностный генератор, электрически соединенный с первым электродом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и разрешающей способности, его корпус выполнен в форме цилиндра, на торцах которого закреплены мембраны, при tp

4 этом пьезопластина установлена между мембранами, а элемент крепления выполнен в виде полукруглой мембраны, связанной с первым электродом, на пьезопластине имеется третий электрод, причем второй и третий электроды расположены с противоположных сторон элемента крепления и электрически соединены через конденсаторы с общей шиной