Электроакустический преобразователь

Изобретение относится к акустике. Преобразователь включает в себя цилиндрический корпус с кольцевой верхней частью, диафрагму, биморфный пьезоэлемент и демпфирующий диск. Диафрагма имеет кольцевое углубление, которое делит ее на наружную плоскую кольцевую часть, связанную с боковой стенкой корпуса, и на внутреннюю часть. К кольцевой вершине углубления присоединен своей внешней периферией биморфный пьезоэлемент, выполненный с двумя пьезокерамическими дисками. К центру внутренней части диафрагмы прикреплен демпфирующий диск. Кольцевая часть корпуса снабжена выступом, ограниченным коническими поверхностями, и создает щелевое пространство над углублением диафрагмы, которое также образовано коническими поверхностями. Технический результат - более высокий КПД и повышенное звуковое давление. 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к электроакустической технике, а именно к пьезокерамическим электроакустическим преобразователям, предназначенным для работы преимущественно на высоких звуковых и ультразвуковых частотах.

Известны электроакустические преобразователи ультразвуковой частоты содержащие открытый корпус с размещенным внутри биморфным пьезоэлементом, который прикреплен одной стороной к цилиндрической опоре, а к центру другой стороны прикреплена своей вершиной легкая конусная диафрагма, обращенная к открытой части корпуса. В этой конструкции излучающим элементом является конусная диафрагма. (Ultrasonic Sensor, Cat. No. S15E-5, «Murata Manufacturing Со.» Ltd, 2008).

Недостаток данной конструкции заключается в том, что конусная излучающая диафрагма не может быть выполнена достаточно больших размеров без увеличения своей массы и без потери жесткости и устойчивости. Диаметр диафрагмы не превышает диаметр биморфного пьезоэлемента и обычно составляет примерно половину длины волны излучаемого звука. Указанная особенность является причиной, ограничивающей эффективность излучения и уровень звукового давления.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению и принятым за прототип является электроакустический преобразователь (патент РФ на полезную модель №162340, H04R 17/00), состоящий из корпуса, круглого бимофного пьезоэлемента с двумя пьезокерамическими дисками и излучающей диафрагмы. Диафрагма имеет плоскую внешнюю кольцевую часть, соединенную с боковой стенкой корпуса, кольцевое углубление и плоскую внутреннюю часть. Биморфный пьезоэлемент по своей периферии соединен с основанием кольцевого углубления. Центральная площадка внутренней части диафрагмы соединена с центральным элементом корпуса.

Указанное техническое решение имеет ограничение по уровню звукового давления из-за недостаточной эффективности электроакустического преобразования или, иными словами, недостаточным кпд. Недостаточный кпд имеет следствием разогрев биморфного пьезоэлемента при повышенном возбуждающем напряжении, и этим ограничивается дальнейший рост звукового давления.

Технический результат настоящего изобретения заключается в достижении более высокой эффективности электроакустического преобразования и в получении более высокого уровня звукового давления, развиваемого электроакустическим преобразователем.

Технический результат достигается следующим. В электроакустическом преобразователе состоящем из цилиндрического корпуса, круглого бимофного пьезоэлемента с двумя пьезокерамическими дисками и излучающей диафрагмы, диафрагма имеет плоскую внешнюю кольцевую часть, соединенную с цилиндрической боковой стенкой корпуса, кольцевое углубление и плоскую внутреннюю часть. Кольцевое углубление имеет форму двух взаимно обращенных конических поверхностей. Биморфный пьезоэлемент по своей периферии соединен с основанием кольцевого углубления. Над кольцевым углублением расположена верхняя часть корпуса, выполненная в виде кольца, и соединенная с цилиндрической частья корпуса перемычками. Кольцевая часть имеет выступ, также в виде двух взаимно обращенных конических поверхностей и образует с кольцевым углублением диафрагмы щелевое пространство. К центру внутренней части диафрагмы прикреплен демпфирующий диск.

В заявляемом техническом решении рабочим (колеблющимся) участком диафрагмы главным образом является ее рельефная часть. При этом наружная периферия диафрагмы, будучи связанная с цилиндрическим корпусом, неподвижна. Неподвижность и полное подавление всех нежелательных колебаний центральной части диафрагмы обеспечивается демпфирующим диском. Масса диска превосходит массу демпфируемой части диафрагмы и обеспечивает надежное демпфирование. Щелевое пространство между кольцевым углублением диафрагмы выступом экрана задает направление колебательной скорости вдоль цилиндрических образующих в обе стороны от основания углубления. Вследствие этого колебания плотности вне и внутри кольцевого экрана будут в одинаковых фазах и более интенсивными. Для колебательной системы преобразователя это увеличивает сопротивление среды в сторону лучшего согласования со средой. При этом увеличивается доля мощности, расходуемая на излучение, за счет сокращения доли тепловых потерь.

Положительный результат подтвержден сравнительными измерениями электроакустических преобразователей, выполненными по прототипу и согласно настоящему изобретению. Методика измерений заключалась в следующем. На электроакустический преобразователь подавалось переменное напряжение на резонансной частоте. При этом величина напряжения подбиралась такой, чтобы каждый из двух преобразователей

развивал одно и то же звуковое давление на одном и том же расстоянии. При этом условии измерялся потребляемый ток и рассчитывалась потребляемая мощность. Результаты измерения приведены в нижеследующей таблице.

Электроакустический преобразователь, выполненный согласно заявляемому решению, при том же звуковом давлении, как у прототипа, потребляет почти в два раза меньшую мощность. То есть имеет место увеличение кпд почти вдвое. При более высоком кпд уменьшается доля тепловых потерь, что дает возможность возбуждать преобразователь более высоким напряжением и реализовать более высокое звуковое давление.

Сущность изобретения поясняется следующими фигурами графических изображений.

Фиг. 1 - схематическое изображение электроакустического преобразователя. Фиг. 2 - график зависимости звукового давления от возбуждающего напряжения. Фиг. 3 - фотоизображение электроакустического преобразователя.

Схематический вид предлагаемого электроакустического преобразователя представлен на фиг. 1 в вертикальном разрезе по диаметру. Преобразователь состоит из цилиндрической части корпуса 1, кольцевой части 2, диафрагмы 3, биморфного пьезоэлемента 4 и демпфирующего диска 5. Более высокий кпд электроакустического преобразователя по заявляемому решению допускает работу при более высоком напряжении возбуждения и развивает более высокий уровень звукового давления. Это иллюстрируется на фиг. 2, где изображены графики зависимости звукового давления преобразователя по заявляемому решению (график 6) и прототипа (график 7). По графикам видно, что при повышенном напряжении имеет место дополнительный прирост звукового давления, относящегося к заявляемому преобразователю, и его преимущество в итоге составляет 6 дБ.

Пример осуществления изобретения иллюстрируется изображениями на фиг. 1 и фиг. 3. В данном примере цилиндрическая часть 1 корпуса имеет технологический уступ на внутренней поверхности и связана с кольцевой частью 2 перемычками, как это видно на фотоизображении на фиг. 3. Выступ кольцевой части корпуса и углубление диафрагмы, имея форму двух пар взаимно обращенных конических поверхностей, создают между собой щелевое пространство. Наружная периферия диафрагмы имеет клеевое соединение с боковой стенкой корпуса 1. Центральная часть диафрагмы имеет клеевое соединение с демпфирующим диском 5, выполненным из металла. Диафрагма выполнена из алюминиевой фольги. Позиционирование демпфирующего диска в центре диафрагмы обеспечивается небольшим технологическим углублением в диафрагме, что не является существенным элементом. Бимофный пьезоэлемент 4 выполнен с двумя пьезокерамическими дисками и своей периферией соединен с основанием кольцевого углубления диафрагмы.

Электроакустический преобразователь работает следующим образом. При подаче на внешние выводы преобразователя переменного напряжения биморфный пьезоэлемент совершает изгибные колебания относительно некоторой неподвижной окружности. Максимальная амплитуда этих колебаний имеет место в центре и на периферии. Поскольку периферия биморфного пьезоэлемента связана с диафрагмой упомянутым способом, то вся ее рельефная часть, вследствие своей геометрически обусловленной жесткости, будет совершать колебания с амплитудой и фазой, как на периферии биморфного пьезоэлемента. В щелевом пространстве между диафрагмой и выступом кольцевой части корпуса колебательная скорость среды имеет направление вдоль конических образующих в сторону открытых для излучения наружной и внутренней частей преобразователя. В результате во внешнем кольцевом пространстве и в центральной части будут иметь место интенсивные колебания давления с одинаковой фазой и эффективное излучение.

Электроакустический преобразователь, содержащий корпус, диафрагму, которая имеет наружную плоскую кольцевую часть, соединенную с цилиндрической стенкой корпуса, кольцевое углубление, к кольцевой вершине которого присоединен по периферии биморфный пьезоэлемент с двумя пьезокерамическими дисками, и внутреннюю плоскую часть, отличающийся тем, что над кольцевым углублением нависает верхняя часть корпуса, выполненная в виде кольца, соединенная с цилиндрической частью перемычками и создающая щелевое пространство между своим выступом, оформленным коническими поверхностями, и коническим углублением диафрагмы, а к центральной части диафрагмы присоединен демпфирующий диск.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике. Мобильный терминал включает: корпус, компонент управления, и пьезоэлектрический компонент возбуждения, расположенный внутри корпуса, создающий пьезоэлектрический эффект.

Предложен продольно-изгибный гидроакустический преобразователь с бочкообразной боковой стенкой герметичного корпуса, имеющей максимальные средний диаметр и толщину на середине продольной оси симметрии и минимальные средний диаметр и толщину на торцах, гофрированной вдоль продольной оси симметрии с переменной амплитудой, уменьшающейся к фланцам корпуса, удерживающим торцевые крышки с расположенным между ними активным элементом.

Гидрофон // 2678956
Изобретение относится к метрологии, в частности к гидрофонам. Гидрофон содержит две чашеобразные мембраны, края которых закреплены на многослойной печатной плате с двух сторон с образованием герметизации внутренних пространств мембран.

Изобретение относится к акустике, в частности к электроакустическим преобразователям. Электроакустический преобразователь с демпфированием излучающей мембраны содержит корпус с отверстиями для выхода акустических колебаний, внутри которого по периферии закреплена излучающая мембрана с пьезоэлементами, соединенными проводниками с генератором электрических колебаний.

Изобретение относится к ультразвуковому преобразователю. Ультразвуковой расходомер содержит: центральный проход для протекания потока текучей среды, предназначенной для измерения, множество пар ультразвуковых преобразователей, причем каждая пара преобразователей выполнена с возможностью формирования хордальной траектории через указанный проход между указанными преобразователями, а каждый из указанных преобразователей содержит: пьезоэлектрический кристалл, эпоксидную смолу, содержащую вкрапления в виде стеклянных шариков, которые уменьшают ее плотность, и заключающую в оболочку пьезоэлектрический кристалл, цилиндрический усиливающий стакан, вделанный в эпоксидную смолу, причем указанный стакан содержит сетку из волокон и окружает пьезоэлектрический кристалл.

Использование: для преобразования электрической энергии в механические колебания на частоте в акустическом диапазоне, а также для приема таких звуковых волн путем преобразования механической энергии в электрическую энергию.

Группа изобретений относится к ультразвуковой визуализации объектов.  Устройство ультразвуковой визуализации объектов в жидких средах содержит генератор и блок обработки информации, корпус, лазер, первую и вторую двояковыпуклую оптическую линзы, полупрозрачное оптическое зеркало, отражающее оптическое зеркало, приёмную матрицу, плоско-выпуклую оптическую линзу, диск с первыми сквозными отверстиями, в каждом из которых размещён волновод с входным и выходным торцами, акустическую линзу, акустический излучатель.

Изобретение относится к акустике, в частности к электроакустическим пьезоэлектрическим преобразователям. Электроакустический пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, соосно последовательно скрепленный диффузородержатель, диффузор и пакеты из двух пьезокерамических биморфов с межбиморфными узлами скрепления, отличающийся тем, что между вершиной диффузора и корпусом, с помощью центральных скрепляющих стоек, закреплены два или несколько пакетов, состоящих каждый из двух пьезокерамических биморфов, соединенных по периферии узлами скрепления, разделенных центральной скрепляющей стойкой, электрически соединенных таким образом, чтобы при подаче переменного напряжения заданной частоты, пьезокерамические биморфы в пакетах изгибались в противоположных направлениях, передавая механические колебания к вершине диффузора с амплитудой, равной сумме векторов + h всех пьезокерамических биморфов.

Изобретение предназначено для использования при дефектоскопии, структуроскопии и толщинометрии изделий из бетона и горных пород. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой преобразователь содержит пьезоэлемент с плоской рабочей поверхностью, первая и вторая боковые поверхности которого выполнены плоскопараллельными и ориентированы перпендикулярно рабочей поверхности, пьезоэлемент поляризован перпендикулярно боковым поверхностям, а электроды нанесены на боковые поверхности, при этом каждый из электродов на боковых поверхностях разделен на N идентичных секций, причем первая секция электрода второй боковой поверхности электрически соединена с второй секцией первой боковой поверхности, N-1 секция электрода второй боковой поверхности электрически соединена с N секцией первой боковой поверхности, а первая секция электрода первой боковой поверхности и N секция электрода второй боковой поверхности являются выходами пьезопреобразователя.

Изобретение относится к акустике, в частности к пьезоэлектрическим электроакустическим преобразователям. Электроакустический преобразователь содержит генератор переменного напряжения, цилиндрический корпус, соосно расположенные в нем круглый биморф с двумя пьезоэлементами, скрепленный с выпуклой мембраной над ним и общим плоским кольцевым держателем, снабжен над выпуклой мембраной акустическим отражательным экраном с периферийными узлами соосного крепления его к цилиндрическому корпусу.

Изобретение относится к акустике. Преобразователь включает в себя цилиндрический корпус с кольцевой верхней частью, диафрагму, биморфный пьезоэлемент и демпфирующий диск. Диафрагма имеет кольцевое углубление, которое делит ее на наружную плоскую кольцевую часть, связанную с боковой стенкой корпуса, и на внутреннюю часть. К кольцевой вершине углубления присоединен своей внешней периферией биморфный пьезоэлемент, выполненный с двумя пьезокерамическими дисками. К центру внутренней части диафрагмы прикреплен демпфирующий диск. Кольцевая часть корпуса снабжена выступом, ограниченным коническими поверхностями, и создает щелевое пространство над углублением диафрагмы, которое также образовано коническими поверхностями. Технический результат - более высокий КПД и повышенное звуковое давление. 3 ил., 1 табл.

Наверх