Пьезоэлектрический излучатель

 

(ц 844078

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Сддиалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.08.79 (21) 2808378/18-10 (51) М. Кл.

В 06В 1/06

Н 04R 17/00 с присоединением заявки №

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.07.81. Бюллетень № 25 (45) Дата опубликования описания 07.07.81 (53) УДК 534.232 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. Б. Семенников и О. М. Каширин (71) Заявитель (54) ПЪЕЗОЭЛ ЕКТРИЧ ЕСКИ и ИЗЛУЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к области ультразвуковой техники и может быть использовано в устройствах высокочастотной ультразвуковой очистки, работающих под давлением, и аппаратуре для морских иссле- 5 дований.

Для достижения высокого КПД пьезоэлектрических излучателей необходимо обеспечить их излучение только в рабочее пространство. 10

В подавляющем большинстве случаев это требует одностороннего излучения, т. е. при излучении в жидкость пьезопластина внутри излучателя должна находиться в вакууме или газовой среде. В случаях работы 15 излучателя в жидкой среде, находящейся под гидростатическим давлением, к поверхности пьезопластины оказывается прило>кенной сила, составляющая от сотен до тысяч килограмм даже при небольшой пло- 20 щади рабочей поверхности порядка 100см2.

Малая резонансная толщина пьезопластин, . работающих на частотах от 0,5 мГц и выше, не позволяет использовать их непосредственно в режиме одностороннего излуче- 25 ния при гидростатических давлениях выше

1 — 2 атм за исключением излучателей в виде сферы, которые в этом диапазоне частот обычно не используются.

Известны пьезоэлектрические излучатели 30 для работы при значительных наружных давлениях, использующие принцип компенсации (1).

Недостатком этих излучателей является сложность конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является пьезоэлектрический преобразователь, содержащий полуволновую пьезопластину, корпус и твердую опору, облегчающую работу пьезоэлектрической пластины в условиях повышенного наружного давления.

Для этого во внутреннюю воздушную полость излучателя между пьезопластинами и корпусом плотно, без зазора вставляется пенопластовый диск. Поскольку соприкасающаяся с пьезопластиной сторона диска имеет большое число открытых пор, заполненных воздухом, площадь которых во много раз больше площади перемычек между ними, утечка звука в такую опору незначительна. В то же время механическая прочность пенопластовой опоры при давлениях до 10 атм достаточна, чтобы прогиб пластины не превышал предела ее упругости (2).

Недостатком описанной конструкции излучателя является ее малая надежность, особенно в случаях, когда пьезопластина не является плоской, или при наружных дав844078

Составитель Н Бурбело

Редактор О. Филиппова

Техред Л. Куклина

Корректоры: 3. Тарасова и P Беркович

Типография, пр, Сапунова, 2 лениях, превышающих 10 атм. Недостаток связан со значительной усадкой пенопласта (даже жестких сортов) при давлениях выше 10 атм. Вследствие значительной хрупкости пьезоматериалов смещение границы пенопласт-керамика даже на десятые доли миллиметра приводит к их разрушению. Необходимость иметь на стороне пенопласта, соприкасающейся с пьезопластиной, открытые поры исключает возможность заливки внутреннего объема пенопластом из жидкой фазы. При изготовлении же пенопластовой вставки путем механической обработки, вследствие неизбежных неточностей, соприкосновение пьезопластины и пенопласта происходит лишь в нескольких случайно расположенных на поверхности точках. Особенно трудно также совмещение пенопластовой опоры и пьезопластины, если форма последней не плоская.

Целью изобретения является повышение надежности работы излучателя при высоком наружном давлении.

Указанная цель достигается тем, что излучатель снабжен сепаратором с равномерно распределенными отверстиями, опора выполнена в виде жестко скрепленных монолитной диэлектрической и металлической плит, а в пространстве между опорой и внутренней поверхностью пьезопластины расположены игольчатые опоры, установленные в отверстия сепаратора.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого пьезоэлектрического излучателя.

Излучатель состоит из полуволновой пьезопластины 1 (на чертеже сфероидальная), закрепленной в металлическом корпусе излучателя 2 с помощью склейки. Наружная обкладка пьезопластины соединена с корпусом. На внутреннем уступе корпуса помещен сепаратор 3, выполненный из термопласта, в направляющих отверстиях которого свободно вставлены игольчатые опоры 4, впоследствии заполимеризованные в монолитной диэлектрической плите 5, в свою очередь опирающейся на металлическую плиту 6, соединенную с корпусом 2 резьбой. В отверстии плиты 6 через изолятор 7 проходит вывод 8 внутренней обкладки пьезопластины.

Излучатель работает следующим образом.

5 Наружное давление через пластину 1 передается на систему игольчатых опор, количество, высота и толщина которых выбраны из условия того, чтобы прогиб пластины при максимальном заданном наруж10 ном давлении не превосходил предела ее упругих свойств, а опоры не потеряли устойчивости при сжатии. Вследствие малой общей площади соприкосновения опор с пьезопластиной утечка звука через них

15 очень мала и обычно не превышает 1 — 2%.

Нижние концы игольчатых опор передают наружное давление на систему монолитных опор, состоящую из диэлектрической плиты 5 и металлической плиты 6. Жесткость

20 этих опор обеспечивает минимальный прогиб всей конструкции излучателя в целом, а следовательно, и целостность пьезопластины.

Благодаря тому, что точки соприкоснове25 ния пьезопластины и опоры точно известны и поддаются расчету, обеспечивается как высокая прочность конструкции, так и повторяемость ее от излучателя к излучателю.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический излучатель, содержащий полуволновую пьезопластину, корпус и опору, отличающийся тем, что, 35 с целью повышения надежности работы при высоком наружном давлении, излучатель снабжен сепаратором с равномерно распределенными отверстиями, опора выполнена в виде жестко скрепленных моно40 литной диэлектрической и металлической плит, а в пространстве между опорой и внутренней поверхностью пьезопластины расположены игольчатые опоры, установленные в отверстия сепаратора.

45 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3263208, кл. 340-8, 1963.

2. Сергеев А. Радиоэлектроника под во50 дой. Ленинград, Энергия, 1971, с. 86.

Заказ 1334/1 Изд, № 438

Тираж 530 Подписное

НПО «Поиск»

Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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