П’єзоелектричний перетворювач

П'єзоелеістричний перетворювач, що складається з металевої пластини і жорстко приєднаного до неї п'єзоелемента, який відрізняється тим, що металева пластина має форму рівностороннього трикутника, а п'єзоелемент - диска, центр симетрії диска збігається з центром симетрії трикутника, причому перетворювач постачений трьома додатковими ідентичними трикутними перетворювачами, що жорстко з'єднані один з одним у піраміду, крім того, співвідношення площ п'єзоелемента SriE і пластини Srm для перетворювачів задовольняє умові 0,22 < S n E / S m < 0,48 Винахід належить до технічної акустики і може бути використаний в електроакустичних пристроях Відомий п'єзоелектричний перетворювач, що складається з двох дискових п'єзоелементів різного діаметра, з'єднаних між собою, що входить до складу датчика тонів Короткова по авт св України № 39810А [кп А61В5/02, 15 06 97] Недоліком цього п'єзоелектричного перетворювача є порівняно невисока чутливість, а також його «розщеплена» діаграма спрямованості [див Евтютов А П , Митько В Б Инженерные расчеты в гидроакустике - Л Судостроение, 1988 ] Відомий п'єзоелектричний перетворювач згинних коливань по авт св СРСР № 379291 (кл У06В1/06, 1969), що містить прямокутні пластину і дві жорстко прикріплені до неї п'єзоелектричні пластини Недоліком цього перетворювача є також невисока чутливість і «розщеплена» діаграма спрямованості Зазначений перетворювач найбільш близький по технічній сутності до того, що заявляється, і обраний в якості прототипу В основу винаходу поставлена задача удосконалення п'єзоелектричного перетворювача шляхом сполучення трикутної металевої пластини і дискового п'єзоелемента, взаємного їхнього розташування, знаходження оптимального співвідношення площ дискового п'єзоелемента і трикутної металевої пластини, а також введення трьох додаткових ідентичних перетворювачів і жорсткого з єднання цих перетворювачів у чотиригранну піраміду Це дозволяє збільшити чутливість, а також одержати фронтально спрямований пелюсток діаграми спрямованості (ДС) перетворювача Запропонований перетворювач складається з металевої пластини і жорстко приєднаного до неї п'єзоелемента Запропонований перетворювач відрізняється від прототипу тим, що металева пластина має форму рівностороннього трикутника, а п'єзоелемент диска, центр симетрії диска збігається з центром симетрії трикутника, причому перетворювач постачений трьома додатковими ідентичними трикутними перетворювачами, що жорстко з'єднані один з одним у піраміду, крім того, співвідношення площ п'єзоелемента SriE І пластини Srm для перетворювачів задовольняє умові 0,22 < S n E / S m < 0,48 Кожна із зазначених ВІДМІННИХ ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного результату Технічним результатом даного винаходу є збільшення чутливості й одержання фронтально спрямованого пелюстка ДС перетворювача Саме таке виконання перетворювача забезпечує збільшення чутливості й одержання фронтально спрямованого пелюстка ДС перетворювача Винахід пояснюється кресленнями, де - на фіг 1 показаний загальний вигляд п'єзоелектричного перетворювача , - на фіг 2 показана ДС запропонованого перетворювача, о со сч ю 52302 - на фіг показана ДС прототипу, - на фіг 4 показаний графік залежності відносної ЧУТЛИВОСТІ S/Smakc ВІД СПІВВІДНОШЄННЯ ЭПЕ/ЭПЛ Запропонований перетворювач складається з металевої пластини 1, виконаної у вигляді рівностороннього трикутника, і прикріпленого до неї, наприклад, струмопровідним клеєм, дискового п'єзоелемента 2, причому перетворювач постачений трьома додатковими ідентичними трикутними перетворювачами 3, 4, 5, 6 і 7, 8 Перетворювачі 1 - 8 жорстко з'єднані один з одним у чотиригранну піраміду і підключені до генератора електричних коливань 9 Перетворювач працює наступним чином При приєднанні перетворювача 1 - 8 до генератора електричних коливань 9, у перетворювачі виникають згинні коливання Сполучення металевої пластини у вигляді рівностороннього трикутника 1 (3, 5, 7) і дискового п'єзоелемента 2 (4, 6, 8), а також збіг центра симетрії металевої пластини 1 (З, 5, 7) з центром симетрії дискового п'єзоелемента 2 (4, 6, 8) дозволяє зменшити число резонансних частот в амплітудно-частотній характеристиці і збільшити добротність кожного окремого перетворювача, оскільки при цьому збігаються їхні центри мас Введення трьох додаткових трикутних п'єзоелектричних перетворювачів і з'єднання їх у піраміду дозволяє сформувати більш вузький фронтально спрямований пелюсток ДС і збільшити чутливість перетворювача З фіг 2 і 3 видно, що запропонований перетворювач має один фронтально спрямований пелюсток, а прототип - «розщеплену» ДН Встановлений експериментальне діапазон співвідношень площ п'єзоелемента SriE і металевої пластини Srm дозволяє домогтися оптимальної жорсткості перетворювача, при якій чутливість перетворювача максимальна (фіг 4) Приклад конкретного застосування Був виготовлений п'єзоелектричний перетворювач (прототип) із двома прямокутними п'єзоелементами зі сторонами ЗО і 60мм і товщиною 0,3мм із п'єзокераміки ЦТС-19 і прямокутною металевою пластиною зі сторонами 60 і товщиною 0,3мм із напівтвердої латуні Л63 Були також виготовлені 4 трикутних п'єзоелектричних перетворювача з дисковими п'єзоелементами діаметром 15, 20, 27 і 35мм і товщиною 0,3мм із п'єзокераміки ЦТС-19 з електродами на торцях диска і трикутних металевих пластин зі сторонами 60 і товщиною 0,3мм із напівтвердої латуні Л63 П'єзоелементи з'єднувалися з металевими пластинами клеєм на основі епоксидної смоли ЕД-20 Експериментальне визначалося, що трикутні перетворювачі мали найбільшу чутливість при співвідношенні площ п'єзоелемента SriE І пластини Srm за рівнем 0,9 у діапазоні 0,22 < SnE / Srm < 0,48 (співвідношення SnE / Srm - 0,6 на фіг 4 відповідає граничному відношенню площ, коли коло SnE вписане в рівносторонній трикутник Srm) Тому надалі бралися 4 перетворювачі з дисковим п'єзоелементом діаметром 27мм, тому що вони мали оптимальну чутливість Трикутні перетворювачі жорстко з'єднувалися в піраміду за допомогою легкоплавкого припою Прототип і запропонований перетворювач жорстко закріплювалися на поворотному пристрої так, що їхня випромінююча площина була паралельна площині поворотного пристрою До них підключався генератор електричних коливань, причому в запропонованому перетворювачі п'єзоелементи підключалися паралельно Звуковий тиск і діаграма спрямованості знімалися за допомогою шумоміра ВШВ-003 Діаграма спрямованості пропонованого перетворювача на частоті 11,6кГц мала вигляд, як представлено на фіг 2, прототипу на частоті 11,72кГц - на фіг 3 Звуковий тиск вимірювався в напрямку максимальних пелюстків ДС перетворювачів Звуковий тиск запропонованого перетворювача на частоті 11,6кГц було 98дБ, прототипу на тій же частоті - 70дБ Таким чином, чутливість запропонованого перетворювача значно вища, ніж чутливість прототипу, а його ДС має фронтально спрямований пелюсток 120' ISO* ЗО* 4 Фіг. 1 5 6 Фіг. 2 52302 s/s•K M tfC 1,0 0,9 120і 3,75 ISO* t 0,5 0,25 о 0,2 Фіг. З 0,4 Фіг. 4 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71