Электроакустический преобразователь



Электроакустический преобразователь
Электроакустический преобразователь

 


Владельцы патента RU 2561341:

Комиссаренко Владимир Борисович (RU)

Изобретение относится к акустике, в частности к пьезоэлектрическим преобразователям, снабженным мембраной. Преобразователь содержит генератор, цилиндрический корпус, соосно расположенные в нем круглый биморфный пьезоэлемент с выпуклой мембраной над ним и общий плоский кольцевой держатель, снабженный у основания выпуклой мембраны отштампованным на нем кольцевым V-образным диффузором с углом раскрытия от 15 до 60 град в радиальном сечении. Дно диффузора жестко соединено с пьезоэлементом, общий плоский кольцевой держатель жестко закреплен на внутренней поверхности цилиндрического корпуса. Корпус выполнен из упругого материала с волновым сопротивлением больше волнового сопротивления материала общего плоского кольцевого держателя. Технический результат - повышение уровня акустического давления. 2 ил.

 

Изобретение относится к пьезоэлектрическим электроакустическим преобразователям и может использоваться в качестве источника акустических колебаний, например, в системах оповещения, пожарной и охранной сигнализации, эхолокации, медицине, экологии.

Известен электроакустический преобразователь, содержащий генератор переменного напряжения, цилиндрический корпус (в аналоге не упомянут как несущественный для него признак, показано лишь его основание), соосно расположенные в нем круглый биморфный пьезоэлемент с выпуклой мембраной над ним и общий плоский кольцевой держатель (RU 2014758 С1 5, H04R 17/00, 15.06.94).

Технический недостаток известного электроакустического преобразователя: обладает недостаточно высоким звуковым давлением излучаемых колебаний вследствие крепления центральной части пьезоэлемента на корпусе, работает только на резонансной частоте и излучает акустические колебания с широкой, более 30 град, диаграммой направленности, корпус является поглотителем поступающих от пьезоэлемента механических колебаний.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и решаемой задаче является электроакустический преобразователь, содержащий генератор переменного напряжения, цилиндрический корпус, соосно расположенные в нем круглый биморфный пьезоэлемент с выпуклой мембраной над ним и общий плоский кольцевой держатель, соединенный по наружной окружности с внутренней стенкой цилиндрического корпуса (RU 71496 U1 6, H04R 17/00, 10.03.2008).

Технический недостаток известного электроакустического преобразователя: обладает недостаточно высоким звуковым давлением излучаемых колебаний вследствие крепления периферии мембраны и пьзоэлемента к цилиндрическому корпусу посредством общего плоского кольцевого держателя, несмотря на некоторое участие в излучении общего плоского кольцевого держателя; работает только на резонансной частоте и излучает акустические колебания с широкой, более 30 град, диаграммой направленности, не предусмотрено для увеличения звукового давления отражение цилиндрическим корпусом в тело выпуклой мембраны поступающих от пьезоэлемента механических колебаний, что возможно только при особых свойствах материала цилиндрического корпуса и виде соединения с ним общего плоского кольцевого держателя.

Техническая задача: повышение акустического давления излучаемых колебаний, обеспечение работы в диапазонах звуковых и ультразвуковых частот, сужение диаграммы направленности излучения акустических колебаний на ультразвуковых частотах, отражение корпусом к мембране поступающих от пьезоэлемента механических колебаний.

Согласно изобретению в электроакустическом преобразователе общий плоский кольцевой держатель снабжен у основания выпуклой мембраны отштампованным на нем кольцевым V-образным диффузором с углом раскрытия от 15 до 60 град в радиальном сечении, дно которого жестко соединено с биморфным пьезоэлементом по его периферии, общий плоский кольцевой держатель жестко закреплен на внутренней поверхности цилиндрического корпуса из упругого материала с волновым сопротивлением больше волнового сопротивления материала общего плоского кольцевого держателя.

На фиг.1 показан электроакустический преобразователь, общий вид в диаметральном сечении.

Электроакустический преобразователь содержит генератор переменного напряжения 1, цилиндрический корпус 2 из упругого материала (сталь и т.п.), соосно расположенные в нем круглый биморфный пьезоэлемент 3 с выпуклой мембраной 4 над ним, общий плоский кольцевой держатель 5, жестко закрепленный на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 2 и снабженный отштампованным на нем кольцевым V-образным диффузором 6 с углом раскрытия от 15 до 60 град в радиальном сечении, дно 7 которого жестко соединено с биморфным пьезоэлементом 3 по его периферии, ось 8 (симметрии), основание 9 (обозначено пунктиром) выпуклой мембраны 4.

В исходном состоянии генератор 1 выключен. Устройство не излучает электроакустические колебания.

Электроакустический преобразователь может работать в двух диапазонах излучаемых колебаний:

- излучение колебаний в спектре звуковых частот;

- излучение колебаний в спектре ультразвуковых частот.

В диапазоне звуковых частот на биморфный пьезоэлемент 3 подают от генератора 1 напряжение звуковой частоты. Биморфный пьезоэлемент 3 отдает возникшие в нем механические колебания звуковой частоты кольцевому V-образному диффузору 6, который совершает с выпуклой мембраной 4 возвратно-поступательные колебания со звуковой частотой вдоль оси 8 устройства, причем механические колебания биморфного пьезоэлемента 3 вызывают одновременные перемещения всех точек поверхности выпуклой мембраны 4 и кольцевого V-образного диффузора 6. При этом изгибные колебания на участке от дна кольцевого V-образного диффузора 6 до внутренней поверхности цилиндрического корпуса 2 уменьшаются к некоторому минимуму. В данном случае общий плоский кольцевой держатель 5 выполняет преимущественно функции диафрагменной пружины, обеспечивая оптимальные условия для работы выпуклой мембраны 4 и кольцевого V-образного диффузора 6 на звуковых частотах с повышенным звуковым давлением до 140 дБ.

В диапазоне ультразвуковых частот на биморфный пьезоэлемент 3 подают от генератора 1 напряжение ультразвуковой частоты. На фиг. 2 показан принцип формирования механических и акустических колебаний на ультразвуковых частотах. В результате подачи переменного напряжения ультразвуковой частоты на биморфный пьезоэлемент 3 на его периферии появляются механические колебания, которые передаются дну кольцевого V-образного диффузора 6, преобразующего механические колебания в акустические колебания исходной фазы 1Ф, которые распространяются вдоль оси 8 устройства.

Далее от периферии биморфного пьезоэлемента 3 механические колебания распространяются по телу выпуклой мембраны 4 к ее вершине. При резонансах в теле выпуклой мембраны 4 формируются стоячие механические волны с разной фазой. Преобразованные выпуклой мембраной 4 механические колебания в акустические также имеют сдвиг по фазе 2Ф, 3Ф, 4Ф. Вокруг выпуклой мембраны формируются акустические колебания кольцевой формы, распространяющиеся вдоль оси 8 устройства. Ввиду сдвига по фазе акустические колебания 1Ф, 2Ф, 3Ф, 4Ф встречаются одновременно в верхней части выпуклой мембраны 4, образуя плоский фронт акустической ультразвуковой волны повышенного звукового давления до 140 дБ и с узкой диаграммой направленности не более 30 град. Этому способствует отражение цилиндрическим корпусом 2, благодаря жесткому креплению к нему общего плоского кольцевого держателя 5 и выполнению цилиндрического корпуса 2 из упругого материала с волновым сопротивлением больше волнового сопротивления материала общего плоского кольцевого держателя, механических колебаний биморфного пьезоэлемента 3, поступающих на него по кольцевому V-образному диффузору 6 и общему плоскому кольцевому держателю 5, к выпуклой мембране 4 последовательно по общему плоскому кольцевому держателю 5 и кольцевому V-образному диффузору 6. При этом, чем выше частота ультразвуковых колебаний, тем уже диаграмма направленности. Диаграмма направленности также зависит от конфигураций кольцевого V-образного диффузора 6 и выпуклой мембраны 4. Количество фиксированных излучаемых частот акустических колебаний соответствует количеству резонансных стоячих механических волн, формирующихся в электроакустическом преобразователе.

Таким образом, вследствие того, что в электроакустическом преобразователе общий плоский кольцевой держатель снабжен у основания выпуклой мембраны отштампованным на нем кольцевым V-образным диффузором с углом раскрытия от 15 до 60 град в радиальном сечении, дно которого жестко соединено с биморфным пьезоэлементом по его периферии, и жестко закреплен на внутренней поверхности цилиндрического корпуса, который выполнен из упругого материала с волновым сопротивлением больше волнового сопротивления материала общего плоского кольцевого держателя, повышено акустическое давление, обеспечена работа устройства в диапазонах звуковых и ультразвуковых частот с узкой диаграммой направленности излучения на ультразвуковых частотах, обеспечено отражение корпусом к мембране поступающих от пьезоэлемента механических колебаний для увеличения звукового давления.

В результате исследований установлено, что электроакустический преобразователь на частоте 7 кГц имеет диаграмму направленности 60 град, на частоте 17 кГц - 30 град, на частоте 24 кГц - 5 град при звуковом давлении 140 дБ, что аналогично параметрам сложной акустической фазированной решетки. Было установлено также, что данное изобретение, работающее, например, на частоте основного резонанса 3 кГц позволяет получить акустическое излучение еще на 10 резонансных частотах до 20 кГц. Обнаружены резонансы на частотах выше 20 кГц.

Электроакустический преобразователь, содержащий генератор переменного напряжения, цилиндрический корпус, соосно расположенные в нем круглый биморфный пьезоэлемент с выпуклой мембраной над ним и общий плоский кольцевой держатель, отличающийся тем, что общий плоский кольцевой держатель снабжен у основания выпуклой мембраны отштампованным на нем кольцевым V-образным диффузором с углом раскрытия от 15 до 60 град в радиальном сечении, дно которого жестко соединено с биморфным пьезоэлементом по его периферии, общий плоский кольцевой держатель жестко закреплен на внутренней поверхности цилиндрического корпуса из упругого материала с волновым сопротивлением больше волнового сопротивления материала общего плоского кольцевого держателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вибрационной технике. Вибратор содержит корпус и пьезоэлемент.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработке направленных эффективных волноводных преобразователей для гидроакустических средств различного назначения.

Использование: для контролируемого нагревания тканей тела с помощью высокоинтенсивного фокусированного ультразвука. Сущность изобретения заключается в том, что изогнутый высокоинтенсивный фокусированный ультразвуковой (HIFU) преобразователь содержит множество изогнутых композитных керамических пьезоэлектрических плиток, имеющих противоположные выпуклые и вогнутые поверхности, причем каждая плитка имеет электроды на поверхностях, электрически связанные с композитным керамическим пьезоэлектрическим материалом, и множество областей акустической передачи, находящихся на каждой плитке и возбуждаемых посредством электродов на выпуклой поверхности, причем области передачи и электроды акустически отделены от окружающих областей надрезами в композитном керамическом пьезоэлектрическом материале, при этом множество плиток подогнаны друг к другу, чтобы образовывать, по существу, непрерывную изогнутую композитную пьезоэлектрическую поверхность, которая передает HIFU акустическую энергию.

Использование: для контролируемого нагревания тканей тела с помощью высокоинтенсивного фокусированного ультразвука. Сущность изобретения заключается в том, что конвексный преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука (HIFU) содержит конвексную пьезоэлектрическую антенную решетку, имеющую противоположные выпуклую и вогнутую заднюю поверхности, причем передняя поверхность содержит акустическую передающую поверхность, и множество электродов, расположенных на выпуклой задней поверхности, для применения электрических передающих сигналов к антенной решетке, и печатную плату, расположенную на отдалении от и напротив задней поверхности конвексной пьезоэлектрической антенной решетки, которая связывает электрические сигналы с электродами антенной решетки, причем пространство между печатной платой и конвексной пьезоэлектрической антенной решеткой содержит акустический воздушный задний проход пьезоэлектрической антенной решетки для воздушного охлаждения конвексной пьезоэлектрической антенной решетки и печатной платы.

Использование: для ультразвукового применения в текучей среде. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой преобразователь для применения в текучей среде включает в себя по меньшей мере один сердечник, который содержит по меньшей мере один электроакустический преобразующий элемент, и по меньшей мере один корпус, имеющий по меньшей мере две корпусные части, из которых по меньшей мере одна первая корпусная часть по меньшей мере частично окружает сердечник с обеспечением возможности доступа к тыльной, обращенной от текучей среды стороне электроакустического преобразующего элемента, а по меньшей мере одна вторая корпусная часть соединена с первой корпусной частью и в основном закрывает ультразвуковой преобразователь с его обращенной от текучей среды стороны, причем ультразвуковой преобразователь также содержит по меньшей мере одну контактную скобу для электрического контактирования электроакустического преобразующего элемента, в частности по существу формоустойчивую контактную скобу, причем контактная скоба проходит через вторую корпусную часть во внутреннее пространство ультразвукового преобразователя и в нем электрически соединена с электроакустическим преобразующим элементом, и контактная скоба соединена с первой корпусной частью, в частности с геометрическим и/или силовым замыканием.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию волноводного направленного преобразователя, способного работать в полосе частот для гидроакустических средств различного назначения, в том числе и буксируемых, в качестве антенн систем: гидролокации, связи, навигации, профилирования, акустической томографии, подсветки подводной обстановки и т.д.

Использование: для неразрушающего контроля изделий. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь содержит призмы-волноводы, установленную на первой призме излучающую пьезопластину и размещенные на второй призме в ряд в одной плоскости приемные пьезопластины, состыкованные друг с другом, а между излучающей и приемными пьезопластинами размещен электроакустический экран, при этом преобразователь оснащен вторым электроакустическим экраном и третьей призмой - волноводом, на которой размещены дополнительные приемные пьезопластины, причем третья призма расположена с противоположной стороны относительно первой призмы симметрично второй призме, приемные пьезопластины призм смещены относительно друг друга на половину их длины так, что стыки пьезопластин второй призмы располагаются напротив центра пластин, установленных на третьей призме, а второй электроакустический экран размещен между первой и третьей призмами.

Изобретение относится к области конструирования гидроакустической аппаратуры, в частности гидроакустических антенн, герметизированных полимерами. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности антенны в режимах излучения и приема.

Изобретение относится к области медицинской диагностики и направлено на создание ультразвукового нелинейного томографа, содержащего малое количество приемных и излучающих преобразователей, преимущественно для маммографии, дефектоскопии и неразрушающего контроля различных объектов.

Изобретение относится к области акустической метрологии и, в частности, к пьезоэлектрическим преобразователям. Пьезоэлектрический преобразователь состоит из двух одинаковых поперечно поляризованных пьезоэлектрических пластин, направления линейных поляризаций которых взаимно ортогональны.

Изобретение относится к блоку из ультразвукового преобразователя и держателя преобразователя. Блок из ультразвукового преобразователя (1) и держателя (2) преобразователя, причем ультразвуковой преобразователь (1) имеет корпус (3) преобразователя и преобразовательный элемент (4), причем корпус (3) преобразователя имеет ультразвуковое окно (5), корпусную трубку (6) и корпусный фланец (7), причем преобразовательный элемент (4) предусмотрен либо вблизи от ультразвукового окна (5) корпуса преобразователя или на удалении от ультразвукового окна корпуса преобразователя, причем держатель (2) преобразователя имеет фланец (8) держателя, и причем корпусный фланец (7) корпуса (3) преобразователя с помощью контрфланца (9) с промежуточным включением уплотнительного кольца (10) прижат к фланцу (8) держателя держателя (2) преобразователя. Блок из ультразвукового преобразователя (1) и держателя (2) преобразователя улучшен в отношении предотвращения передачи корпусных волн, а именно за счет того, что между корпусным фланцем (7) корпуса (3) преобразователя и фланцем (8) держателя держателя (2) преобразователя предусмотрено развязывающее кольцо (13). 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: в качестве существенной части ультразвукового расходомера. Сущность изобретения заключается в том, что корпус (1) преобразователя имеет ультразвуковое окно (3), корпусную трубку и корпусной фланец (5), и преобразовательный элемент (2) предусмотрен либо на обращенном к среде, интенсивность расхода которой необходимо измерять, конце корпусной трубки, либо на обращенном от среды, интенсивность расхода которой необходимо измерять, конце корпусной трубки, и причем ультразвуковой преобразователь выполнен с возможностью крепления на держателе (6) преобразователя с помощью корпусного фланца (5) и для этого корпусной фланец (5) корпуса (1) преобразователя выполнен с возможностью зажима между фланцем (7) держателя держателя (6) преобразователя и контрфланцем (8) с помощью стяжных болтов (9) и контргаек (10), при этом корпусной фланец (5) корпуса (1) преобразователя на его обращенной к контрфланцу (8) стороне имеет внешний контур (12), который допускает затяжку контрфланца (8) по отношению к корпусному фланцу (5) корпуса (1) преобразователя без перекоса корпусного фланца (5). Технический результат: обеспечение возможности затяжки контрфланца без перекоса корпусного фланца. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструкциям малогабаритных стержневых армированных пьезокерамических преобразователей, предназначенных для работы в составе многоэлементных антенн гидроакустических приемоизлучающих систем, например, для морского подводного оружия. Гидроакустический преобразователь содержит стержневой блок пьезокерамических элементов, тыльную и переднюю накладки, силовой массивный крепежный опорный элемент, соединенный с этими накладками, причем передняя накладка соединена посредством стержневого элемента, проходящего с зазором внутри цилиндрической части тыльной накладки, а тыльная накладка соединена посредством упругого пружинного конического кольцевого элемента, в зазоры над и под упругим пружинным коническим кольцевым элементом введены вязкоупругие элементы из акустически мягкого материала. Техническим результатом является обеспечение эффективного излучения, снижение воздействия гидростатического давления на пьезокерамический блок элементов и снижение чувствительности к корпусным вибрациям в режиме приема. 1 ил.

Использование: для измерения расхода высокотемпературной текучей среды. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой датчик содержит пьезоэлектрический вибратор, выполненный из ниобата лития и имеющий в качестве поверхности выхода поверхность, полученную путем поворота поверхности, перпендикулярной оси Υ кристалла ниобата лития, на угол 36°±2° вокруг оси X; демпфер, выполненный из титана; и соединяющий слой для соединения одной поверхности демпфера с поверхностью выхода; при этом соединяющий слой выполнен из серебра и стеклянной фритты, причем стеклянная фритта имеет коэффициент линейного расширения в диапазоне от 5×10-6 K-1 до 15×10-6 K-1. Технический результат: обеспечение возможности создания ультразвукового датчика, который содержит пьезоэлектрический вибратор, генерирующий ультразвуковую волну высокой мощности, который может использоваться в области высоких температур и предотвращает образование трещин в кристалле. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к метрологии. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь содержит звукопровод, пустотелый цилиндрический корпус, пьезоэлемент с электродами, изолятор, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода, а верхней поверхностью - на нижней поверхности пьезоэлемента. Устройство содержит муфту, расположенную между пьезоэлементом и пружиной. Крышка контактирует с пружиной и содержит отверстие для вывода проводников. Муфта также имеет отверстие, через которое проходят проводники от электродов пьезоэлемента. При этом площадь контакта муфты с верхней поверхностью пьезоэлемента составляет от 5% до 50% верхней поверхности площади пьезоэлемента, удельное акустическое сопротивление материала муфты составляет 5%-17% от удельного акустического сопротивления материала пьезоэлемента, а пьезоэлемент, изолятор и звукопровод соединены акустически прозрачными слоями, пружина установлена с возможностью передачи прижимного усилия через муфту на пьезоэлемент, изолятор и звукопровод. Между пружиной и муфтой установлена металлическая втулка, а пространство между компонентами заполнено компаундом, имеющим низкое удельное акустическое сопротивление. Технический результат - увеличение коэффициента передачи акустической мощности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для исследования крупноструктурных и неоднородных материалов посредством ультразвука. Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь содержит корпус, в котором расположены первый, второй, третий и четвертый пьезоэлементы. Второй пьезоэлемент установлен в корпусе симметрично первому пьезоэлементу относительно акустической оси преобразователя, четвертый пьезоэлемент расположен в корпусе симметрично третьему пьезоэлементу относительно акустической оси преобразователя, расстояние от первого пьезоэлемента до второго пьезоэлемента выбирается равным расстоянию от третьего пьезоэлемента до четвертого пьезоэлемента, а расстояния от первого пьезоэлемента до третьего пьезоэлемента выбирается равным расстоянию от первого пьезоэлемента до четвертого пьезоэлемента. Корпус снабжен протектором для контактирования с поверхностью контролируемого изделия в точке. Электрический вывод первого пьезоэлемента и электрический вывод второго пьезоэлемента соединены между собой противофазно и образуют первый электрический вывод ультразвукового низкочастотного преобразователя, электрический вывод третьего пьезоэлемента и электрический вывод четвертого пьезоэлемента соединены между собой противофазно и образуют второй электрический вывод ультразвукового низкочастотного преобразователя. После установки ультразвукового низкочастотного преобразователя острым рабочим торцом протектора на исследуемую поверхность изделия к электрическому выводу подводят возбуждающее напряжение U1(t) и к электрическому выводу подводят возбуждающее напряжение U2(t), снимают с этих электрических выводов принятые сигналы для дальнейшей амплитудно-фазовой обработки в приемном тракте. Технический результат: расширение функциональных возможностей и области применения преобразователя. 5 ил.
Наверх