Электроакустический преобразователь

 

Использование: в качестве источника механических колебаний для жидких, твердых и газообразных сред в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот. Сущность изобретения: преобразователь содержит акустический резонатор с полостью и крепежным элементом, систему подвески акустического резонатора, упругий элемент пьезоэлемент и излучающую накладку. Акустический резонатор выполнен криволинейным вдоль своей продольной оси и с продольными разрезами, в стенках крепежный элемент жестко соединен с излучающей механических смещений вдоль продольной оси резонатора, а упругий элемент размещен между системой подвески и подвижными относительно нее резонатором и излучающей накладкой. 3 з.п. ф-лы. 4 ил.

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАПИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<с1> .,B 06 В 1/06

ГОСУДАРСТВЕ НЬ(ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОС11АТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ ст (21) 5003970/10 (22) 02.10.91 (46) 15.04,93. Бюл, ¹ 14 (76) Е.К.Грищенко (56) Авторское свидетельство СССР

N 221403, кл. В 06 В 1/06, 1967.

Авторское свидетельство СССР

N 1419749, кл. В 06 В 1/00, 1986. (54) ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Использование: в качестве источника механических колебаний для жидких, твердых и газообразных сред в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот. Сущность

Изобретение относится к электроакустике и может быть использовано в качестве источника механических колебаний для жидких, твердых и газообразных сред в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот.

Целью изобретения является увеличение мощности. отдаваемой во внешнюю механическую нагрузку, при одновременном снижении в преобразователе собственных энергетических потерь.

На фиг.1 схематически показан предложенный электроакустический преобразователь с упругим элементом, выполненным в виде слоев упругого материала, и излучающей накладкой, выполненной в виде жесткого поршня, а так>ке поперечное сечение акустического резонатора в плоскости размещения пьезоэлемента.

На фиг.2 показан вариант выполнения излучающей накладки в виде неподвижно закрепленной по внешнему контуру дефор„„50 „„1809783 АЗ изобретения: преобразователь содержит акустический резонатор с полостью и кре пежным элементом, систему подвески акустического резонатора, упругий элемент пьезоэлемент и излучающую накладку. Акустический резонатор выполнен криволинейным вдоль своей продольной оси и с продольными разрезами, в стенках крепежный элемент жестко соединен с излучающей механических смещений вдоль продольной оси резонатора, а упругий элемент размещен между системой подвески и подвижнь1ми относительно нее резонатором и излучающей накладкой. 3 з,п. ф-лы, 4 ил. мируемой мембраны и упругого элемента в виде изогнутых плоских пружин.

На фиг,3 показан вариант выполнения излучающей накладки в виде наконечника ультразвукового инструмента.

На фиг.4 показаны направления смещений стенки резонатора, моменты сил и равнодействующая сила, действующие на акустический резонатор. С

Устройство (фиг,1) содержит акустический резонатор 1 с полостью 2, расположен- QQ ной в узловой области механических !(ь) смещений резонатора, и закрепленный в этои полости пьезоэлемент 3. Акустический контакт между резонатором 1 и пьезоэлементом 3 осуществляется по сопряженным

11.Ъ поверхностям выступов 4 полости 2 за счет натяга. Натяг обеспечивается выбором размеров полости, выступов, пьезоэлемента и статической деформации контактирующих элементов, Резонатор 1 выполнен криволинейным вдоль своей продольной оси Стен

1809783 ка 5; разрезы 6. Такая форма выполнения резонатора позволяет, с одной стороны, более равномерно и механически сильнее нагрузить пьезоэлемент, что приводит к увеличению коэффициента связи между пьезоэлементом и резонатором, с другой стороны, с помощью продольных разрезов устраняются тангенциальные механические напряжения, в стенке резонатора, что приводит к увеличению изгибающих моментов, действующих на отдельную полоску стенки резонатора.

Крепежный элемент 7, расположенный в узловой области механических смещений резонатора 1, позволяет осуществлять его подвижное крепление в система подвески 8 без существенного снижения механической добротности резонатора 1, Система подвески 8 резонатора 1 обеспечивает возмо>кность возвратно-поступательного движения резонатора 1 вдоль своей продольной оси, Крепежный элемент 7 жестко соединен с излучающей накладкой 9. Между системой подвески 8 и подвижными относительно wee резонатором 1 и излучающей накладкой 9 размещен упругий элемент 10, Электрическое напряжение к пьезоэлементу 3 подводится через провода электропитания 11.

Акустический резонатор 1 может быть выполнен из л|обого твердого материала с 30 малым поглощением звука (металл, стекло, керамика) и иметь колоколообразную, рупорообразную или |.> -образную форму, Поперечное сечение полости 2 может быть круглым, квадратным или прямоуголь- 35 ным. Пьезоэлемент 3 может быть выполнен из любого пьезоактивного материала, например, пьезокерамического или монокристаллического, в виде одной пластины или пакета пластин круглой, квадратной или 40 . прямоугольной формы. Причем резонатор, полость и пьезоэлемент дол>кны быть выполнены симметричными относительно плоскости продольного осевого сечения резонатора во избежание возникновения в ре- 45 зонаторе паразитных мод колебайий и снижения его акустической добротности, Крепе>кный элемент 7 может быть вы- . полнен в виде сплошного или полого стержня прямоугольного, круглого или любого 50 другого сечения, Система подвески 8 мо>кет. быть выполнена в виде отрезка трубки, охватывающей с зазором крепежный элемент 7; или в виде нескольких направляющих, контактирую- 55, щих с крепежным элементом 7 через шариковые или роликовые подшипники.

Для излучения акустических волн в >кидкую или газообразную среды излучающая накладка 9 может быть выполнена в риде с жесткого поршня (фиг,1) или в виде неподвижно закрепленной по внешнему контуру деформируемой мембраны (фиг.2). Для введения механических колебаний в твердое тело или жидкость с целью ультразвуковой обработки материалов и деталей, а также для медицинских и технологических применений ультразвука, излучающая накладка может быть выполнена в виде наконечника ультразвукового инструмента (фиг,3), например, резца или активатора.

Упругий элемент 10 может быть выполнен в виде слоев упругого материала (фиг.1, фиг,3) с малыми акустическими потерями, например, каучука, или в виде изогнутой плоской (фиг,2), витой, тарельчатой пружин.

Устройство работает следующим образом (см, фиг,1). Пьезоэлемент 3, установленный в полости 2 акустического резонатора 1 при подаче на него переменного. электрического напряжения совершает механические колебания, которые через акустический контакт с выступами 4„обеспеченный натягом, передаются в акустический резонатор 1, При совпадении частоты возбуждающего электрического напряжения с собственной резонансной частотой акустического резонатора 1 в нем за счет большой акустической добротности воэбужда|отся изгибные колебания разрезных стенок 5, Причем все полоски стенки 5 колеблются синфазно, В результате синфазных колебаний разрезных стенок 5 возникает направленная вдоль продольной оси резонатора 1 равнодействующая сила.F

F=—

Мп с где M — изгибающий момент, действующий на каждую полоску стенки, n — число полосок стенки резонатора;

1 — расстояние от продольной оси резонатора до стенки.

Для направлений смещений стенки резонатора f eоoоoтTвeеeтTсeтTвeеeнHнH ыiе e мMо©менты сил M и равнодействующая сила F показаны на фиг,4.

Сила F является возбуждающей для колебаний резонатора 1 вдоль своей продольной оси, Эту вторую колебательнук> систему образуют массы акустического резонатора, крепежного элемента и излучающей накладки, а также присоединенная масса и жесткость внешней механической нагрузки совместно с жесткостью упругого элемента.

При раэенстве резонансных частот изгибных колебаний резонатора и колебаний,".истемы вдоль продольной оси резонато, а амплитуда смещений излучающей нак;адки

1809783 достигает максимальной величины, а амплитуда изгибных колебаний резонатора изза связи колебательных систем снижается, Мощность колебаний, отдаваемая преобразователем во внешнюю механическую на- 5 грузку, при этом увеличивается, а собственные энергетические потери в преобразователе снижаются.

Формула изобретения 10

1. Электроакустический преобразователь, содержащий акустический резонатор с полостью и крепежным элементом, расположенными в области узла механических смещений акустического резонатора; и пье- 15 зоэлемент, закрепленный с натягом в полости акустического резонатора, о т л и ч а юшийся тем, что, в него дополнительно введены система подвески акустического резонатора, упругий элемент и излучающая 20 накладка, а акустический резонатор выполнен криволинейным вдоль своей продольной оси и его стенка имеет .продольные разрезы, причем крепежный элемент акустического резонатора жестко соединен с излучающей накладкой и подвижно закреплен в системе подвески акустического резонатора с возможностью механических смещений вдоль продольной оси акустического резонатора, а упругий элемент, размещен между системой подвески акустического резонатора и подвижными относительно нее акустическим резонатором и излучающей накладкой.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что излучающая накладка выполнена в виде жесткого поршня.

3. Преобразователь по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что излучающая накладка выполнена в виде неподвижно . закрепленной по внешнему контуру деформируемой мембраны, 4. Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве излучающей накладки использован наконечник ультразвукового инструмента.

Составитель Е.Грищенко

Теехред М,Моргентал Корректор С,Лисина

Редактор

Производственно издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 1294 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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