П’єзоелектричний перетворювач

П'єзоелеістричний перетворювач, що містить металеву пластину і жорстко приєднаний до неї п'єзоелемент, який відрізняється тим, що металева пластина має форму квадрата, п'єзоелемент - диска, а співвідношення площ п'єзоелемента S|-E І пластини Srm задовольняє умові 0,15 < S n E / S m < 0,61, 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 (кл 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 квадратної металевої пластини і крім того, перетворювач оснащений додатково одним ідентичним квадратним перетворювачем і двома перетворювачами з пластинами у вигляді рівнобічних трикутників і дискових п'єзоелементів, ДЛЯ ЯКИХ СПІВВІДНОШеННЯ ПЛОЩ П'ЄЗОелемеНТа SfiE І пластини Srm задовольняє умові 0,22 < S n E / S m < 0,48, причому під кутом 60° до площини основного перетворювача жорстко прикріплений квадратний перетворювач, а до торців фігури, що утворилася, жорстко прикріплені два перетворювачі з пластинами у вигляді рівнобічних трикутників, причому для кожного перетворювача центр симетрії диска збігається з центром симетрії металевої пластини дискового п єзоелемента, а також металевої пластини у вигляді рівностороннього трикутника і дискового п'єзоелемента, взаємного розташування дискового п'єзоелемента і металевої пластини, а також знаходження оптимального співвідношення їх площ, введення трьох додаткових перетворювачів і жорсткого їхнього з'єднання 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 квадрата, п'єзоелемент - диска, а співвідношення площ п'єзоелемента S|-E І пластини Srm задовольняє умові 0,15 < S n E / S m < 0,61, крім того, перетворювач постачений додатково одним ідентичним квадратним перетворювачем і двома перетворювачами з пластинами у вигляді рівносторонніх трикутників і дискових п'єзоелементів, для яких співвідношення площ п'єзоелемента SriE і пластини Srm задовольняє умові 0,22 < S n E /S m < 0,48, причому під кутом 60° до площини основного (О о со сч ю 52306 творювач має один фронтально спрямований пеперетворювача жорстко прикріплений квадратний люсток, а прототип - «розщеплену» ДС перетворювач, а до торців фігури, що утворилася, Встановлений експериментальне діапазон жорстко прикріплені два перетворювачі з пластиспіввідношень площ п'єзоелемента SriE і металевої нами у вигляді рівносторонніх трикутників, причопластини Srm дозволяє домогтися оптимальної му для кожного перетворювача центр симетрії жорсткості перетворювача, при якій чутливість диска збігається з центром симетрії металевої перетворювача максимальна (на фіг 4 наведений пластини графік залежності для квадратного, а на фіг 5 Кожна із зазначених ВІДМІННИХ ознак є необдля трикутного перетворювача) хідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного результату Приклад конкретного застосування Технічним результатом даного винаходу є збіБув виготовлений п'єзоелектричний перетвольшення чутливості й одержання фронтально рювач (прототип) із двома прямокутними п'єзоспрямованого пелюстка ДС перетворювача елементами зі сторонами ЗО і 60мм і товщиною 0,3мм із п'єзокераміки ЦТС-19 і прямокутною меСаме таке виконання перетворювача забезпеталевою пластиною зі сторонами 60 і товщиною чує збільшення чутливості й одержання фронта0,3мм із напівтвердої латуні Л63 Були також вигольно спрямованого пелюстка ДС перетворювача товлені 4 квадратних і 4 трикутних п'єзоелектричВинахід пояснюється кресленнями, де них перетворювача з дисковими п'єзоелементами - на фіг 1 показаний загальний вид п'єзоелекдіаметром 15, 20, 27 і 35мм і товщиною 0,3мм із тричного перетворювача, п'єзокераміки ЦТС-19 з електродами на торцях - на фіг 2 показана ДС запропонованого передиска і квадратними (трикутними) металевими творювача, пластинами зі сторонами 60 і товщиною 0,3мм із - на фіг 3 показана ДС прототипу, напівтвердої латуні Л63 П'єзоелементи з'єднува- на фіг 4 показаний графік залежності віднослися з металевими пластинами клеєм на основі ної чутливості квадратного перетворювача s/smakc епоксидної смоли ЕД-20 Експериментальне вивід співвідношення SnE/Srm, значалося, що квадратні перетворювачі мали най- на фіг 5 показаний графік залежності відносбільшу чутливість при співвідношенні площ п'єзоної чутливості трикутного перетворювача s/smakc елемента SnE і пластини Srm за рівнем 0,9 у від співвідношення SnE/Srm діапазоні 0,15 < ЭПЕ/ЭПЛ < 0,61 (співвідношення Запропонований перетворювач складається з ЭПЕ/ЭПЛ - 0,78 на фіг 4 відповідає граничному відметалевої пластини 1, виконаної у вигляді квадраношенню площ, коли коло SnE вписане в квадрат та, і прикріпленого до неї, наприклад, струмопроSrm), а трикутні - 0,22 < ЭПЕ/ЭПЛ < 0,48 (співвідновідним клеєм, дискового п'єзоелемента 2, причому шення SnE/Srm - 0,6 на фіг 5 відповідає граничноперетворювач додатково постачений трьома пему відношенню площ, коли коло SnE вписане в ретворювачами, один із яких 3, 4 ідентичний перрівносторонній трикутник Srm) Тому надалі бралишому і жорстко прикріплений до нього під кутом ся перетворювачі з дисковим п'єзоелементом діа60° до площини основного перетворювача Два метром 27мм, тому що вони мали оптимальну чуінших мають металеві пластини у вигляді рівнотливість Квадратні перетворювачі жорстко сторонніх трикутників 5, 6 і приєднані до них п'єзоприкріплювалися під кутом 60° один до одного за елементи 7, 8 Трикутні перетворювачі 5, 6, 7, 8 допомогою легкоплавкого припою, а до торців фіжорстко прикріплюються до торців фігури 1, 2, 3, 4, гури, що утворилася, також за допомогою легкощо утворилася Перетворювач 1 - 8 підключений плавкого припою приєднувалися трикутні перетводо генератора електричних коливань 9 рювачі Прототип і запропонований перетворювачі Перетворювач працює наступним чином жорстко закріплювалися на поворотному пристрої При приєднанні перетворювача 1 - 8 до генетак, що їхня випромінююча площина була паралератора електричних коливань 9, у перетворювачі льна площині поворотного пристрою До них підвиникають згинні коливання Сполучення металеключався генератор електричних коливань, привої пластини у вигляді рівностороннього трикутничому в запропонованому перетворювачі ка 1, 3 і дисковий п'єзоелементи 2, 4, металевої пієзоелементи підключалися паралельно Звукопластини у вигляді квадрата 5, 6 і дискового п'єзовий тиск і діаграма спрямованості знімалися за елемента 1, 8, а також збіг центра симетрії метадопомогою шумоміра ВШВ-003 Діаграма спрямолевої пластини 1 (3, 5, 6) з центром симетрії дисваності запропонованого перетворювача на частокового п'єзоелемента 2 (4, 7, 8) дозволяє ті 11,5кГц мала вигляд, як представлено на фіг 2, зменшити число резонансних частот в амплітуднопрототипу на частоті 11,72кГц - на фіг 3 Звуковий частотній характеристиці і збільшити добротність тиск вимірявся в напрямку максимальних пелюсткожного окремого перетворювача, оскільки при ків ДС перетворювачів Звуковий тиск пропоновацьому збігаються їхній центри мас Введення ного перетворювача на частоті 11,5кГц було 99дБ, трьох додаткових п'єзоелектричних перетворювапрототипу на тій же частоті - 70дБ чів і їхнє жорстке з'єднання одного з іншим дозволяє сформувати більш вузький фронтально спряТаким чином, чутливість запропонованого пемований пелюсток ДС і збільшити чутливість ретворювача значно вища, ніж чутливість протоперетворювача типу, а його ДС має вузький фронтально спрямоЗ фіг 2 і 3 видно, що запропонований пере ваний пелюсток 52306 б _8 З +1, 0 - і — „ ул зо' в. 'і/ / 2 Фіг. 130* f г \ као 1 Фіг. З 1 1,0 0,9 0,75 ISO* 0,25 0 0,2 Фіг, 2 0,4 ФІГ. 0,75 0,25 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 0,6 4 0,76 ЗШ/SE