П’єзоелектричний перетворювач

П'єзоелеісгричний перетворювач, що складається з металевої пластини і жорстко приєднаного до неї п'єзоелемента, який відрізняється тим, що металева пластина має форму рівностороннього трикутника, п'єзоелемент - диска, причому центр симетрії диска збігається з центром симетрії трикутника, а співвідношення площ п'єзоелемента S|-E І пластини Srm задовольняє умові 0,22 < S n E /S m СО Ю 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 А 61 В 5/02, 15 06 97) Недоліком цього п'єзоелектричного перетворювача є «розщеплена» діаграма спрямованості (див Евтютов А П , Митько В Б Инженерные расчеты в гидроакустике - Л Судостроение, 1988), а також його недостатня чутливість Відомий п'єзоелектричний перетворювач згинних коливань по авт св СРСР № 379291 (кл У 06 В 1/06, 1969), що містить прямокутні пластину і дві жорстко прикріплені до неї п'єзоелектричні пластини Недоліком цього перетворювача є також «розщеплена» діаграма спрямованості і невисока чутливість 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 шля 53953 хом сполучення металевої пластини у вигляді рівностороннього трикутника і дискового п'єзоелемента, взаємного їхнього розташування, а також знаходження оптимального співвідношення площ дискового п'єзоелемента, і трикутної металевої пластини Це дозволяє одержати фронтально спрямований пелюсток діаграми спрямованості (ДС), а також збільшити чутливість 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, п'єзоелемент диска, причому центр симетрії диска збігається з центром симетрії трикутника, а співвідношення площ п'єзоелемента S|-E І пластини Srm задовольняє умови 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 одержання фронтально спрямованого пелюстка ДС, а також збільшення чутливості перетворювача Саме таке виконання перетворювача забезпечує одержання фронтально спрямованого пелюстка ДС, а також збільшення чутливості перетворювача Винахід пояснюється кресленнями, де - на фіг 1 показаний загальний вид п'єзоелектричного перетворювача - на фіг 2 показана ДС запропонованого перетворювача - на фіг 3 показана ДС прототипу - на фіг 4 показаний графік залежності відносної чутливості S/SMAKC ВІД співвідношення SnE/Srm Запропонований перетворювач містить металеву пластину 1 у вигляді рівностороннього трикутника, до якої прикріплений, наприклад, струмопровідним клеєм, дисковий п'єзоелемент 2 Перетворювач 1, 2 приєднаний до генератора електричних коливань З Перетворювач працює наступним чином При приєднанні перетворювача 1, 2 до генератора електричних коливань 3, у перетворювачі виникають згинні коливання Сполучення трикутної форми металевої пластини 1 і дискового п'єзоелемента 2 дозволяє одержати фронтально спрямований пелюсток ДС Виконання металевої пластини 1 у вигляді рівностороннього трикутника, а також збіг и центра симетрії з центром симетрії дискового п'єзоелемента 2, дозволяють зменшити число резонансних частот в амплітудно-частотнш характеристиці і збільшити добротність перетворювача, оскільки при цьому збігаються їхні центри мас З фіг 2 і 3 видно, що запропонований перетворювач має один фронтально спрямований пелюсток, а прототип - «розщеплену» ДС Встановлений експериментально 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 Були виготовлені 4 п'єзоелектричних перетворювачі з дисковими п'єзоелементами діаметром 15, 20, 27 і 35мм і товщиною 0,3мм із пєзокераміки ЦТС-19 з електродами на торцях диска і трикутних металевих пластин зі сторонами 60 і товщиною 0,3мм із напівтвердої латуні Л63 Був також виготовлений п'єзоелектричний перетворювач (прототип) із двома прямокутними п'єзоелементами зі сторонами ЗО і 60мм і товщиною 0,3 мм із пьезокерамики ЦТС-19 і прямокутною металевою пластиною зі сторонами 60 і товщиною 0,3мм із напівтвердої латуні Л63 П'єзоелементи і металева пластина з'єднувалися клеєм на основі епоксидної смоли ЕД-20 Трикутні і прямокутний перетворювачі закріплювалися в кутах пластини і додатково посередині кожної сторони на поворотному пристрої До них підключався генератор електричних коливань, звуковий тиск і діаграма спрямованості вимірювалися за допомогою шумоміра ВШВ-003 Діаграма спрямованості трикутного перетворювача на частоті 2,65кГц мала вигляд, як представлено на фіг 2, прямокутного частоті 1,96кГц - на фіг 3 Звуковий тиск вимірювався в напрямку максимальних пелюстків ДС перетворювачів Чутливість запропонованого перетворювача і прототипу вимірювалася при різних значеннях SnE/Srm Результати вимірів наведені на фіг 4, звідки видно, що максимальна чутливість (за рівнем 0,9) досягається при SnE/Srm від 0,22 до 0,48 (співвідношення ЭПЕ/ЭПЛ - 0,6 на фіг 4 відповідає граничному відношенню площ, коли коло ЗПЕ вписане в рівносторонній трикутник S|-E) Звуковий тиск запропонованого перетворювача з дисковим п'єзоелементом діаметром 27мм (ЭПЕ/ЭПЛ - 0,31) на частоті 2,65кГц був 94дБ, прототипу на тій же частоті - 70дБ Як видно з фіг 2 і 3, запропонований перетворювач має один фронтально спрямований пелюсток ДС, а прототип - «розщеплену» ДС (тобто два пелюстки) Чутливість запропонованого перетворювача також значно вища, ніж чутливість прототипу 53953 ФІГ. 1 + 1 0 , \» s /Яг vio \ U' \ 6 0 90* 60' зо» 0' / ^^*~ Фіг. 2 Фіг. З 1 0 , 0 9 , 0 7 , 5 0 5 , 0,2 0 4 , Фіг. 4 ' 6 Ш1 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044) 236 - 47 - 24