Ультразвуковой преобразовательрадиальных колебаний

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

I>i>837423 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 3101.79 (21) 2719806/18-10 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.81, Бюллетень Н9 22 (я)м. кл.

В 06 В 1/06

H 04 R 17/00

Государственный коюнтет

СССР по делаю нзобретеннй н открытий () 4 534.232 (088. 8) Дата опубликования описания 15.06.81 (72) Автор изобретения

В. В. Кобаидзе

Ъ

Институт автоматики и процессов управления с выч>ислитедьным центром Дальневосточного научного центра AH CCCP.-- — - — --— и Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного научного центра AH СССР (71) Заявители (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАДИАЛЬНЫХ

КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано, например, в качестве излучающих элементов антенн гидроакустических станций.

Известен ультразвуковой дисковый составной пьезоэлектрический преобразователь радиальных колебаний, содер- . жащий пьезоэлектрический диск, размещенный между двумя сплошными металлическими накладками (1 .

Недостатком такой конструкции яв-. ляется невозможность снижения рабочих частот без увеличения веса и габаритов преобразователя.

Наиболее близким по технической 15 сущности к предлагаемому является дисковый электроакустический преобра-. . зователь радиальных колебаний, состоящий.из пьезоэлектрического диска, на торцовой поверхности которого с цельш 20 понижения резонансной частоты преобразователя по окружности размещены пассивные (металлические) накладки сегментной формы, жестко соединенные с пьезоэлектрическим элементом $2). 2з

Понижение резонансной частоты из, вестного преобразователя достигается путем увеличения веса пассивных накладок. При значительном пони>кении резонансной частоты это приводит к 30 значительному увеличении общего веса преобразователя, что и является его существенным недостатком, особенно характерным для преобразователей данного типа большой мощности.

Цель изобретения — уменьшение веса и габаритов низкочастотных преобразователей радиальных колебаний.

Для достижения поставленной цели в ультразвуковой преобразователь, содержащий пьезоэлемент и пассивные накладки сегментной формы, введены упругие элементы, установленные между пьезоэлементом и пассивными накладками и механически соединенные с ними, причем величина гибкости упругого элемента должна удовлетворять соотношение с=Ы

2 4 где с — гибкость упругого элемента, ь> — резонансная круговая частота свободного пьезоэлемента, m — масса пьезоэлемента, mII — масса пассивной накладки, п — число накладок.

Упругий элемент может быть выполнен, например, в виде прокладки иэ материала с эффективным Mo>l Ip.." ;ир

837423

45 гости, меньшим эффективного модуля упругости материала пассивной накладки или с использованием жидкости.

На фиг. 1 изображен вариант исполнения ультразвукового преобразователя с расположением упругих элемен-, тов и пассивных накладок на внутренней стороне пьезоэлемента, на фиг.2 — то же, с расположением упругих элементов и пассивных накладок на внеш- . ней стороне пьезоэлемента, на фиг.3— вариант исполнения упругого элемента с использованием слоя жидкости, на фиг,4 - упрощенная эквивалентаня элек. тромеханическая схема УЗ преобразователя в режиме узлучения.

Ультразвуковой преобразователь радиальных колебаний (фиг.1) содержит радиально поляризованный цилиндрический пьезоэлектрический элемент

1, упругие элементы 2, изготовленные в виде прокладок, например, из плас- 20 тического материала, и пассивные, например, металлические накладки З.Упругие элементы 2 расположены на внутренней цилиндрической поверхности пьезоэлектрического элемента 1 и ме- 25 ханически связаны с одной стороны с пассивными накладками 3, с другой— г, пьезоэлектричеким элементом 1. Указанный преобразователь излучает и пРинимает акустическую энергию боко- 30 вой цилиндрической поверхностью.

Работа преобразователя ясна из эквивалентной электромеханической схемы (фиг.4),имеющая следующие обозначения: М1 — масса пьезоэлектричес- 35 кого элемента; С1 — гибкость пьезоэлектрического элемента; R1 — активное механическое сопротивление, в данном случае (для преобразователя фиг.1), определяющееся активной составляквцей сопротивления излучения; 40

М2- масса пассивных накладок, С2 суммарная гибкость упругих элементов; к2 — активное механическое сопротивление механических потерь, F - источник возбуждающей силы.

Другой вариант выполнения ультразвукового преобразователя радиальных колебаний показан на фиг. 2.

Как и в варианте, изображенном на фкг 1. Он состоит иэ Р диального 90 поляризованного цилиндрического пьезоэлектрического элемента 1, упругих элементов 2 и пассивных накла-. док 3, механически с ними связанных.

Отличие заключается в расположении упругих элементов 2 и пассивных накладок 3 на внешней стороне пьезоэлектрического элемента 1.

Указанное отличие приводит к тому, что для преобразователя (фиг.2) на эквивалентной электрической схеме 40 (фиг.4)сопротивление R2 определяется активной составляющей сопротивления излучения, а R1 — механическими потерями в пьезоэлектрическом элементе. При работе преобразователя g5 вблизи резонансной частоты колебательного звена: упругий элемент пассивная накладка (на фиг. 4 С2 и t12 соответственно) эффективное значение активной составляющей сопротивления нагрузки пьезоэлектрического элемента будет больше активной составляющей сопротивления излучения, т.е. эквивалентное активное сопротивление контура С2, N2 будет больше сопротивления R2, т.е. происходит трансформация активной составляющей сопротивления излучения. Однако эта трансформация вызывает уменьшение эффекта понижения резонансной частоты всего преобразователя.

Таким образом, при создании преобразователей оптимальных по критерию веса предпочтительна конструкция преобразователя с расположением упругих элементов и пассивных накладок на внутренней стороне пьезоэлектрического элемента.

К пьезоэлектрическому элементу 1 фиг. 3 присоединена пассивная накладка 2, которая со стороны, прилегающей к пьезоэлектрическому элементу . имеет полость с залитой в нее жидкостью. Толщина стенок пассивных накладок, образующих полость, выбирается таким образом, чтобы в совокупности со слоем жидкости, они обеспечивали заданную гибкость. Жидкость слу-. жит, в основном, для равномерного распределения механических напряжений по поверхности пьезоэлектрического, элемента.

Предложенный ультразвуковой преобразователь радиальных колебаний позволяет уменьшать.вес ультразвуковых преобразователей, работающих на радиальной моде и содержащих с целью понижения радиальных волновых размеров пассивные накладки.

Как известно, резонансная частота таких преобразователей в первом приближении, обратно пропорциональна корню квадратному из полной массы всего преобразователя, т.е. для нонижения волновых радиальных размеров преобразователя, например, в 2 раза необходимо соответственно увеличить его вес в 4 раза. Последнее обстоятельство не всегда является приемлемым

Таким образом, преимущество предлагаемой конструкции позволяет создать низкочастотные преобразователи при ограничениях по весу и габаритам.

Формула изобретения

Ультразвуковой преобразователь радиальных колебаний, содержащий пьезоэлектрический элемент и пассивные накладки сегментнЬй формы, о т л и ч а ю шийся тем, что, с

837423

-@из,2 фиг.2

1 . Л г

/ч2 Я2 ф и

Составитель Н.Бурбело

Редактор A.Äoëèíè÷ Техред И. Асталощ КорРектоР Л. Иван

Заказ 4241/11 Тираж 527 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва,,Х-35, .Раущская наб.,д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 целью уменьшения веса и габаритов преобразователя, в него введены упругие элементы, установленные между пьезоэлементом и пассивными накладками и механически соединенные с ними, причем величина гибкости упругого элемента должна удовлетворять соот5

""*, ( где с — гибкость упругого элемента, cd . — Резонансная круговая частота свободного пьезоэлемента, m — масса пьезоэлемента;

m> — масса пассивной накладки, n — число накладок.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 320080, кл. Н 04 R 17/10, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

9 211898, кл. В 06 В 1/06, 1966. .(прототип).