Пьезоэлектрический приемник звукового давления

 

(61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 25.01.77 {21) 2446 д58/18 g 0 с йрнсоединением заявки №

{23) Приоритет (5)) М. Кл.

Н 04 R 17/02

Государственный намнтет

6вввтв мнннстрвв СССР пв делам нэобретеннй н отнрмтнй (43) Опубликовано 05 07 78Бюллетень № 25 (53) УДК 621.395.614 (088.8) (45) Дата Опубликования описания Я).06. Щ. (72) Автори изабратаиия

Г. Т. Левченко, В. A.. Хрущевский и А. А. Преэ

Киевский ордена Ленина попитехнический институт имени 50-летия Бе пикой Октябрьской социалистической революции (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК

ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области акустики, а именно к пьезоэлектрическим приемникам звукового давления.

Известны пьезоэлектрические приемники звукового давления, содержащие мембрану, играющую одновременно роль приемника акустического давления и электромеханического преобразователя энергии. Выполнение мембраны определенным образом максимально увеличивает плотность механической энергии акустического сигнала в объеме активного материала, например пьезокерамики (!), 12) .

В известных приемниках звука коэффициент механической трансформации увеличивается либо за счет изгиба мембраны, что существенно снижает резонансную частоту пьезоэлектрического приемника, либо за счет увеличения габаритов пьезоэлектрического приемника, например сферического.

Наиболее близким но технической сущности к предложенному является приемник звукового давления, содержащий корпус и сферическую пьезоэлектрическую мембрану радиуса К .с толщиной оболочки б ((К. Электроды нанесены на внешнюю и внутреннюю поверхности оболочки. В таком приемнике акустическое давление трансформируется в напряжения сжатия — растяжения пьезокерамики с коэффициентом трансформации К = К/о.

Чувствительность такого устройства пропорциональна радиусу сферы U/P = Pq„, где

Ь U — напряжение на электродах приемника;

Р— акустическое давление; g,i — — пьезоэлектрическая константа чувствительности, равная, например, для керамики ЦТС вЂ” 238 мВ.м/Н.

На практике неудобны приемники акустического давления размерами более 5 см, следовательно максимально возможная чувствительность известного приемника не более чем

0,2 мВ/Па, что недостаточно для качественного приемника акустических сигналов f3j .

Цель изобретения — увеличение чувстви1н тельности приемника. /

Это достигается тем, что края мембраны изогнуты в форме поверхности тора и укреплены на кольцевом выступе корпуса с зазором, при этом поверхность кольцевого выступа со, стороны крепления мембраны выполнена в форме поверхности тора с кривизной того же знака.

На чертеже изображен приемник звукового д а влени я.

Приемник содержит пьезоэлек|ри н скую

25 мембрану 1 в форме сферического г - t мс its;s, 6!4555

Формула изобретения

Составитель Е. Артамонова

Редактор О. Филиппова Техред О. Луговая Корректор С. Г1атрушева

Заказ 3712 48 Тираж 805 Подписное

UHHH11H Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открыл нй

l 13035, Москва, Ж-35, . Раугиская наб., д. 4/5

Филиал 1111П «Патент», г. Ужгород, ул. 11роектная, 4 изогнутого по краям в форме поверхности тора 2. Своими краями мембрана опирается на кольцевой выступ 3 корпуса 4. Внешняя поверхность 5 кольцевого выступа представляет собой часть поверхности тора с кривизной того же знака, что и часть поверхности мембраны на ее краях, но большего радиуса. На внешнюю и внутреннюю поверхности мембраны нанесены электроды 6 и 7. Внешний электрод 6 электрически соединен с корпусом 4, а внутренний электрод гибкой проволокой 8 — с вы- 1в водам 9, который вмонтирован в корпус через проходнай изолятор lO.

Под. действием акустического давления сферическая мембрана смещается в сторону корпуса 4, ее тороидальный край разгибается и частью своей поверхности касается тороидальной поверхности 5 выступа 3 корпуса 4, перемещая линию опоры сферического сегмента на корпусе, что приводит к увеличению жесткости на изгиб края мембраны. Возникающий при этом изгибающий момент подобран так, что точно компенсируются моменты реакции сжатия мембраны относительно подвижной точки соприкосновения поверхностей 2 и 5, Подобный способ выполнения опоры помогает избежать изгибные деформации в мембране и вся полезная энергия затрачивается на чистое 5 сжатие мембраны, т.е. преобразуется в полезный Электрический сигнал на электродах 6 и 7, снимаемый с вывода 9, который вмонтирован в корпус через изолятор !О и соединен с электродом 7 гибкой проволокой 8, и с корпуса 4, зо аиектрически соединенного с электродом 6. Такое крепление мембраны сохраняет резонансную частоту ив близкой к собственной резонансной частоте приемника с замкнутой сферической оболочкой того же радиуса, что и радиус сферического сегмента в предлагаемом 5 приемнике звукового давления. В этом случае резонансная частота определяется выражением

Р где С за — скорость звука в стержне, изготов- 4О ленном из. пьезокерамики; Š— радиус сферического сегмента;

6 — коэффициент Пуассона.

Так как расстояние между поверхностями 2 и 5 образует малый зазор, движение мембраны перемещает воздух в этом зазоре, что снижает чувствительность приемника. Для устранения этого недостатка в кольцевом выступе 3 выполняют ряд отверстий. Воздух внутри приемника между мембраиой и корпусом заменяют слабовязким газом, например водородом.

Положительное влияние тороидальной поверхности 5 на работу мембраны обеспечивается йри наличии постоянного избыточного, прижимающего к корпусу давления, поэтому рекомендуется создать мембране предварительное сжатие, например понизив давление газа в полости между мембраной и корпусом до половины атмосферного давления. Особенность конструкции позволяет изготовлять мембрану из металла, на поверхность которого наносят пленку пьезоэлектрического материала, что упро1цает технологию изготовления предлагаемого приемника звукового давления.

П ьезоэлектрический приемник звукового давления, содержащий корпус и пьезоэлектрическую мембрану в виде сферического сегмента, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, крал мембраны изогнуты в форме поверхности тора и. укреплены на кольцевом выступе корпуса с зазором, при этом поверхность кольцевого выступа со стороны креплении мембраны выполнена в форме поверхности тора с кривизной того же знака.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:! . Авторское свидетельство СССР № 3625 4, кл. Н 04 и !?/02, !970.

2. Ананьева А. A. Керамические приемники звука. М., AH СССР, !963.

3. Гонткевич В. С. Собственные колебания пластин и оболочек. «Наукова думка», !964.