Пьезоэлектрический приемник звукового давления

 

О П И С А Н И Е (ii!578ll9

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТО РСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.06.76 (21) 2370865/10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.10.77. Бюллетень ¹ 40 (45) Дата опубликования описания 28.11.77 (51) М. Кл.- еВ 06В 1/06

Н 04К 17/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений (53) УДК 534.612.1 (088.8) и открытий (72) Авторы изобретения

Л. Г Гультяева, Г. Т. Левченко, А. А. Прея я В. А.ГХращевсняй"--"1

Киевский ордена Ленина политехнический институ цм. 50-легйя

Великой Октябрьской социалистической рев аЫцтти- .ь (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК ЗВУКОВОГО

ДАВЛ ЕН ИЯ аь2 в

P ЛтоСВ

Изобретение относится к пьезоэлектрическим приемникам звукового давлеш!я и может быть использовано, например, в микрофонах или в аэроакустических измерительных устройствах в авиационной и горнорудной промышленностях.

Известны пьезоэлектрические приемники звукового давления (1, 2, 3), содержащие пьезокерамический преобразующий элемент и мембрану, механически жестко соединенную с пьезоэлементом в одной точке или ло всей поверхности в зависимости от выбранного способа преобразования полезной механической мембраны B полезный элсктрпчсскии сигнал. Пьезоэлемент в таких приемниках представляет собой диск или пластину, что предопределяет конструктивное выполнение приемника звукового давления, а значит, и его возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является пьезоэлектрический приемник звукового давления (3), содержащий пьезоэлемент и мембрану. В таком устройстве с целью получения максималы!Ого выигрыша в чувствительности отношение диаметров пьезоэлемента и мембраны не превышают 0,85. Это объясняется тем, что прп большем увеличении диаметра пьезоэлемента уменьшается тонкая периферийная область мембраны, создающая «шарнирный» эффект закрепления мембраны в корпусе. Следовательно, повышается упругая жесткость Z !!

U падает чувствительность приемника — Р, свяP

5 занная с жесткостью мембраны Z зависимостью:

10 где U — электрическое напряжение на выходе приемника;

Р— акустическое давление на частоте Го принимаемого сигнала;

Сс — электроемкость пьезоэлемента; !

5 о — площадь мембраны;

К2 — коэффициент трансформации пьезоэлемента, определяемый как отношеште суммарной действующей на элемент силы к вызванному ею электрическому напряженшо.

20 В указанном случае коэффициент трансформации I(2 пропорционален толщине пьезоэлемента. Увеличение же толщины пьезоэлемента в свою очередь повышает жесткость Z и тем самым ограничивает дальнейшее увели25 ченпе чувствительности приемника акустического давления; к тому же уменьшается емкость СВ, которую необходнмо увеличивать, так как максимум тепловых шумов смещается в этом случае в низкочастотную область

30 за пределы звл<о!АГтго диапазона. Таким обра578119

15

40 зом, для получения QIITHMBJIbHbIx характеристик приемника необходимо увеличить площадь пьезоэлемента.

Целью изобретения является повышение чувствительности приемника звукового давления.

Цель достигается тем, что пьезоэлемент выполнен в форме плоской спирали с электродами, нанесенными на ее главные поверхности, одна из которых механически соединена с мембраной.

Пьезоэлемент может быть выполнен многослойным. Подбирая ширину витка спирали, а значит, и число витков спирали при заданной толщине мембраны и пьезоэлемента можно управлять распределением механических деформаций в последнем. В том случае, когда в пьезоэлементе возникает чистый изгиб (нейтраль механических напряжений проходит через середину сечения), его необходимо выполнить в виде биморфа.

На фиг.1 схематически изображен предлагаемый приемник в разрезе; на фиг. 2 — плоские пьезоспирали, жестко скрепленные в центре.

Приемник акустического давления состоит из корпуса 1 и жестко скрепленной с ним тонкой мембраны 2, на поверхности которой закреплены (приклеены пли припаяны) две выполненные из пьезокерамики и жестко скрепленные в центре плоские спирали Архимеда 3 и 4, на главные плоскости которых нанесены электроды 5. Ширину щели б между. спиралями 3 и 4 выбирают из условия необходимой жесткости конструкции (ориентировочно 4 — 8 толщин мембраны). Пьезоспираль может быть выполнена также многослойной. Такую спираль изготовляют, например, из цирконаттитанат-бариевого или ниобат-бариевого шлпкера заливкой его в специальную форму с последующим нанесением металлизирующей пасты, обжигом и поляризацией в электрическом поле 1 — 2 кв/мм. Металлизирующая паста служит в таком случае и электродом, и склеивающим веществом.

Приемник работает следующим образом.

Под действием акустического давления частотой колебаний меньшей или равной резонансной частоте мембраны, последняя прогибается, вызывая в спирали деформации сжатия-растяжения и сдвига. Если ширина листа спирали больше трех ее толщин, основная доля энергии сигнала запасается в виде деформации сжатия-растяжения, что позволяет использовать пьезокерамическую спираль с электродами на главных плоскостях спирали с поляризацией ее по толщине.

Предлагаемый приемник имеет повышенную чувствительность по сравнению с известными и может быть использован для работы на собственной резонансной частоте или на частотах ниже резонанса механической системы крепления пьезоэлементов (широкополосный прием).

Формула изобретения

1. Пьезоэлектрический приемник звукового давления, содержащий пьезоэлемент и мембрану, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, пьезоэлемент выполнен в форме плоской спирали с электродами, нанесенными на ее главные поверхности, одна из которых механически соединена с мембраной.

2. Приемник по п. п. 1, отл и ч а ю щи йся тем, что пьезоэлемент выполнен многослойным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Хе 325720, кл. Н 04R 17/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР Хо 32б751, кл. Н 04R 17/02, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР М 211901 кл. В ОбВ 1/Об, 1965.

578119

РИе. 1

Составитель Е. Артамонова

Техред И. Михайлова Корректор Л. Денискина

Редактор Н. Коляда

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2612/2 Изд. ¹ 964 Тираж 671

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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