Составной электроакустический преобразователь стержневого типа

 

Изобретение относится к контрольно-измерительным ультразвуковым устройствам . Цель изобретения - увеличение механической добротности электроакустического преобразователя. Пьезоэлем нт 3 закреплен за счет натяга в полости 2 монолитного резонатора 1. Для возбуждения продольных колебаний пьезоэлемент расположен вдоль оси резонатора. Для возбуждения изгибных колебаний пьезоэлемент 3 располагается под углом к продольной оси резонатора . Jля возбуждения крутильных колебаний пьезоэлемент закреплен в полости 2 с помощью локальных выступов ортогонально продольной оси резонатора . Относительные размеры полости , пьезоэлемента и акустического резонатора выбираются в соответствии с приведенной формулой. 3 з.п. ф-лы, 3 нл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (sg 4 В 06 В 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4-4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4139157/24-10 (22) 28.10.86 (46) 30.08.88. Бюл. (Т 32 (72) Е.К.Гришенко и Е.А.Дрожжина (53) 534.232(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 221403, кл. В 06 В 1/006, 1967. (54) СОСТАВНОЙ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СТЕРЖНЕВОГО ТИПА (57) Изобретение относится к контрольно-измерительным ультразвуковым устройствам. Цель изобретения — увеличение механической добротности электроакустического преобразователя. Пьезоэлемент 3 закреплен за счет натяга в полости 2 монолитного резонатора 1.

Для возбуждения продольных колебаний пьезоэлемент расположен вдоль оси резонатора. Для возбуждения нэгибных колебаний пьезоэлемент 3 располагается под углом к продольной оси резонатора. Для возбуждения крутильных колебаний пьезоэлемент закреплен в полости 2 с помощью локальных выступов ортогонально продольной оси резонатора. Относительные размеры полости, пьезоэлемента и акустического резонатора выбираются в соответствии с приведенной формулой. 3 э.п. ф-лы, 3 ил.

1419749

N=F, где Fq =

=F cos (90 - 4) =

=Fsin с(55 — проекция силы F на ось х, которая ортогональИзобретение относится к контрольноизмерительным ультразвуковым устрой«твам и может быть использовано в импедансчувствительных системах ульт5 развукового контроля.

Ц -лью изобретения является увеличение механической добротности электроакустического преобразователя.

На фиг. 1 схематически показан 1р предложенный преобразователь и вариант расположения пьезоэлемента в виде пластины для возбуждения продольных механических колебаний; на фиг.2— вариант закрепления пьезоэлемента в 15

1 полости резонатора для случая возбуждения изгибных механических колебаний; на фиг. 3 — вариант размещения пьезоэлемента в полости резонатора для случая возбуждения крутильных механичес- 2 ) ких колебаний.

Составной электроакустический пре- образователь стержневого типа (фиг. 1) содержит монолитный резонатор 1 из материала с малым поглощением звука с 25 полостью 2 и закрепленный в этой полости пьезоэлемент 3. Акустический контакт осуществляется по сопряженным поверхностям 4 пьезоэлемента и резонатора за счет натяга. Натяг обеспе- 30 чивается выбором размера полости и размера пьезоэлемента с учетом теплового расширения материала резонатора при нагревании либо уменьшения размера пьезоэлемента при охлаждении, З5 либо одновременного сочетания первого и второго явлений.

Фланцы 5, расположенные в узловой плоскости акустического резонаТора и выполненные монолитно с ним, поэ- 40 воляют осуществлять его крепление, например, к корпусу преобразователя без существенного снижения механической добротности преобразователя.

Для случая возбуждения изгибных 45 механических колебаний на фиг, 2 показано размещение в резонаторе 1 с полостью 2 пьезоэлемента 3 под уго лом 4 =45 . Угол поворота плоскости пьезоэлемента 3 относительно продоль- 50 ной оси резонатора 1 выбирается равным 45 из условия обеспечения максио мального изгибающего момента силы на продольной оси резонатора;

F — сила, действующая со стороны продольно колеблющегося пьезоэле- мента на акустический резонатор;

b=r сов — длина перпендикуляра, опущенного из центра вращения "0" на линию действия силы F, 1 г — — радиус полости.

1

N=F b=Fsin <. rcos

1 2

Условие максимального значения момента силы sin2a(=1. Отсюда Ь(=90 и (=45 . Выбор g =45 позволяет возбуждать изгибные колебания в акустическом резонаторе наиболее эффектив-. но. Сопряжение пьезоэлемента с полостью в этих двух случаях (для продольных и изгибных колебаний) осуществляется по кольцевому выступу 4.

Для возбуждения крутильных колеба-" ний (фиг. 3) пьезоэлементы 3 в виде пластин закреплены в полости 2 резонатора 1 с помощью локальных выступов 4 с некоторым смещением относительно узловой плоскости. Пьезоэлементы 3 поляризованы и расположены друг относительно друга таким образом, чтобы их контурные колебания происходили в противофазе.

Сечение полости резонатора может быть круглым, квадратным, прямоуголь ным, овальным и т.д. При этом полость должна быть расположена симметрично относительно продольной оси резонатора и узловой плоскости смещений.

Пьезоэлемент может быть выполнен из любого пьезоактивного материала, например пьезокерамического или монокристаллического, в виде пластины или полого цилиндра.

Относительные размеры полости, пьезоэлемента и акустического резонатора выбирают из следующих соображений, Для электроакустического преобразователя стержневого типа обобщенный коэффициент связи К выражается через его параметры в виде

Са э . пЯ1

K =K — -sin(- — ), Ср S 2L где К вЂ” коэффициент электромеханической связи для пьезоэлемента;

1419.4с1

С „ — модул1 упруго<.ти для пьезоэлемента;

Cp — модуль упругости для акустического резонатора;

s — площадь акустического контакта между пьезоэлементом и акустическим резонатором;

S — площадь поперечного сечения акустического резонатора в 1О месте осуществления акустического контакта;

1 — размер полости вдоль.продольной оси акустического резочатора 15

L — - размер акустического резонатора вдоль его продольной оси;

n — - номер возбуждаемого в акустическом резонаторе обертона, 20 и 1,3,5.

По мере увеличения Кр величина добротности преобразователя Q монотонно уменьшается и при К,=10 =1/Q<, -к достигает добротности прототипа q„ .

Что касается нижнего предела К„ то его величина определяется только механическом добротностью материала акустического резонатора 1 м.

Таким образом, условие увеличения 30 добротности электроакустического резонатора имеет вид

1. Составной электроакустический преобразователь стержневого типа, содержащий акустический резонатор с полостью, выполненный из непьезоактивного материала, и соединенный с акустическим резонатором пьезоэлемент, отличающийся тем, что, с целью увеличения добротности 45 преобразователя, акустический резонатор выполнен монолитным, поверхность пьезоэлемента частично сопряжена с поверхностью полости, в которой размещен пьезоэлемент, закрепленный в ней с натягом по сопряженной поверхности, при этом-относительные

С1„„C К.<10 °

Формула изобретения раз M<- pf)I )<олос ти <00.

„s костью пьезоэлемснта.

4. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что пьезоэлемент выполнен в виде пластины, причем продольная ось аку тического резонатора ортогональна плоскости пьезоэлемента.

2. Преобразователь по и. 1, о т ли чающий с я тм, чтс и. . зоэлемент выполнен в виде пластины, причем продольная ось «кустичс.с кnro резонатора лежит в плоскости гьезс— элемента.

3. Преобразователь по и. 1, и т л и ч а ю шийся тем, что пьезсэлемент выполнен в гиде пластины, причем продольная ось акустического резонатора составляет угол 45 с ппос1419749

Фиг. 2

Фие. Э

Составитель С.Юдин

Редактор И.Бандура ТехредЛ.Олийнык Корректор И.йароши

3axas 4268/11

Тирам 443 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. lip