Электроакустическое устройство

Электроакустическое устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано при разработке широкополюсных акустооптических или акустозлектронных устройств, работающих в диапазоне метровых и дециметровых волн. Сущность изобретения: в устройстве, содержащем пьезопреобразователь и полосовую согласующую цепь из емкостных и индуктивных элементов, первый со стороны пьезопреобразователя элемент полосовой согласующей цепи, выполненный в виде индуктивности LZ, включен последовательно с пьезопреобразователем, а ее величина определена из уравнения (fo2)/2 #fo2, где lmZ(fo2) - мнимая часть входного сопротивления пьезопреобразователя на частоте fo2. 3 ил. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 03 Н 7/38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4685073/10 (22) 27.04.89 (46) 07,08.92. Бюл, N. 29 (71) Киевский государственный университет им. Т. Г. Шевченко (72) Б. Н. Цурочка и А, В, Юрченко (56) Кажис P.-Й, Ультразвуковые информационно-измерительные системы. — Вильнюс: Мокслас, 1986, с. 69-71, рис. 3.28. (54) ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано при разработке широкополюсных акустооптических или акустоэлектронных устройств, работаюИзобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано при разработке широкополосных акустооптических или акустоэлектронных устройств, работающих в диапазоне метровых и дециметровых волн.

Известно широкополосное акустооптическое устройство, содержащее несколько

:пьезопреобразователей различной толщины, соединенных с согласующими цепямй, ., работающими в узких соседних частотных диапазонах.

Недостатком этого устройства является необходимость изготовления пьезопреобразователей различной толщины.

Известно также устройство, содержащее пьезопреобразователь и согласующую цепь в виде Г-образного звена фильтра низких частот. Й2„» 1753586 Al щих в диапазоне метровых и дециметровых волн. Сущность изобретения: в устройстве, содержащем пьезопреобразователь и полосовую согласующую цепь из емкостных и индуктивных элементов, первый со стороны пьезопреобразователя элемент полосовой . согласующей цепи, выполненный в виде индуктивности Q, включен последовательно с пьезопреобразователем, а ее величина определена из уравнения L2--ImZ(fp2)/2 xfo2, где ImZ(fo2) — мнимая часть входного сопротивления пьезопреобразователя на частоте

foz. 3 ил. 1 табл.

Недостатком такого устройства является невозможность синтеза согласующей цепи. оптимальной по Фана, т.е. обеспечивающей получение минимального коэффициента стоячей волны (КСВ), при произвольной полосе согласования.

Наиболе близким техническим решением является электроакустйческое устройство, содержащее пьезопреобраэователь и полосовую согласующую цепь из емкостных и индуктивных элементов, причем первый со стороны преобразователя элемент полосовой согласующей цепи, выполненный в виде индуктивности Lz, включен параллельно преобразователю, а его величина определена из соотношения

1 2 = 1/(2 Л 101) Co = 1/2X f01Imy (fO>), 1753586 где Imy(fo>) — мнимая часть входной проводимости пьезопреобразователя на частоте fp>.

При этом резонансные частоты колебательных контуров полосовой цепи выбраны равными частоте fo> (частоте резонанса динамической ветви эквивалентной схемы пьеэопреобраэователя), которая определена из уравнения

max Rey(f)= Rey(fp1), где Rey(f) — действительная часть входной проводимости пьеэопреобразователя на произвольной частоте;

Rey(fo1) — действительная часть входной проводимости пьезопреобразователя на частоте fo>, а механическая добротность 01 найдена иэ уравнения

0< = fo>/Ю, причем диапазон частот b, f> определен по графику зависимости Rey(f) по уровню 1/2 от максимального.

В этом устройстве оказывается возможным, рассчитав параметры эквивалентной схемы преобразователя R - 1/Rey(fot). С =

=1/2z(fo1)RQ> и1 = 1/(2 лf p>)C, синтезировать полосовую согласующую цепь, оптимальную по Фана, т.е. обеспечить ее максимальную широкополосность.

Однако использование такого устройства приводит к тому, что средняя частота полосы согласования f

смещается вниз по отношению к частоте полуволнового резонанса пьезопреобразователя fp, что понижает диапазон согласованных частот устройства. Кроме того, по мере повышения диапазона его рабочих частот, использование такого устройства становится невозможным. Это связано с тем, что первым элементом синтезированной согласующей цепи является индуктивность Lz, включенная параллельно емкости Со преобразователя (фиг. 1). Паразитная индуктивность подводящих проводов L

Со, разрушает структуру согласующей цепи в виде полосового фильтра. Поэтому применение данного устройства оказывается возможным только в том случае, если влиянием индуктивности L

Целью изобретения является повышение диапазона согласованных частот.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем пьезопреобразователь и полосовую согласующую цепь из емкостных и индуктивных элементов, согласно изобретению первый со стороны пьезопреобразователя элемент полосовой согласующей цепи, выполненный в виде индуктивности Lz, включен последовательно с пьезопреобразователем, à его величина определена из уравнения -2 = ImZ(fo2)/2Х т02, 5 где l>Z(fpz) — мнимая часть входного сопротивления пьезопреобразователя на частоте 02 причем резонансные частоты колебательных контуров полосовой согласующей цепи

10 выбраны равными частоте fog, которая определена из уравнения

max ReZ(f) = ReZ(foz), где ReZ(f) -действительная часть входного сопротивления пьезопреобразователя на произвольной частоте;

15 ReZ(fm) — действительная часть входного сопротивления пьезопреобразователя на частоте fm, а механическая добротность Ог найдена из уравнения 02 = for/ Л f2, причем диапазон частот Ь fg определен по графику зависимо20 сти ReZ(f ) поуровню1/2отмаксимального.

Однако при синтезе такой цепи в укаэанной связи с пьезопреобразователем заявляемое устройство проявляет новые свойства, что приводит к повышению диапа25 зона согласованных частот; Действительно, дуальная структура согласующей цепи требует представления нагрузки (пьезопреобразователю) эквивалентной схемой в виде параллельного колебательного контура, 30 подключенного к этой цепи через последовательную емкость Сг. Частота резонанса этого контура foz оказывается выше частоты

1о (в прототипе) на 5-25%, что иллюстрируется таблицей, в которой даны нормирован35 ные расчетные значения fpi и fpz, найденные по результатам. В последнем столбце помещены данные, полученные для сдвиговых пьезопреобразователей из ОИЬОз, работающих на ТеОг (a= 0,178) и SION (a= 0,398).

40 Таким образом, рассчитав параметры эквивалентной схемы преобразователя 1 (фиг. 2).

С2 = 1/(2 Ю то) h;

Вэ = ReZ(fm);

45 С 02/27cfmRa, Lf =1/(2mfpg) С1, можно синтезировать оптимальную по Фано согласующую цепь 2 со средней частотой полосы согласования fop = fm > fp1, что при50 водит к повышению диапазона согласованных частот.

Кроме того, паразитная индуктивность проводов L>p включается в индуктивность первого элемента согласующей цепи Lz

55 (фиг, 2), что снимает ограничение на верхнюю рабочую частоту устройства, связанное с наличием Lnp.

1753586

На фиг. 1 изображена согласующая цепь, которая вместе с элементами эквивалентной схемы пьезопреобразователя образует в известном устройстве структуру полосового фильтра; на фиг. 2 — структура, синтезируемая в предлагаемом решении; 5 на фиг, 3 — измеренные частотные зависимости KCB экспериментальных акустооптических устройств, соответствующих предлагаемому решению (кривая 1) и известному (кривая 11). 10

Электроакустическое устройство (фиг.

2) содержит пьезопреобразователь 1 и согласующую цепь 2 со структурой полосового фильтра, состоящую из емкостных и индуктивных элементов. Первый со стороны пье- 15 зопреобразователя элемент, выполненный в виде индуктивности L2, включен последовательно с пьезопреобразователем, а его величина определена по формуле

1-2 = ImZ(fo2)/2 к fo2 20 где lmZ(fp2) — мнимая часть входного сопротивления пьезопреобразователя на частоте т02

Резонансные частоты колебательных контуров паласовой согласующей цепи вы- 25 браны равными частоте аког, которая определена из уравнения

max ReZ(f) = FeZ(fo2), где ReZ(f) — действительная часть вхоцного сопротивления пьезопреобразователя на 30 частоте f;

ReZ(fp2) — действительная часть входного сопротивления пьезопреобразователя на частоте fo2.

Механическая добротность пьезопре- 35 образователя Q2 найдена по формуле Q2 = .

-fp2/A f2, причем диапазон частот Л f2 определен по графику зависимости ReZ(f) по уровню 1/2 от максимального.

Для проверки предлагаемого решения 40 был изготовлен экспериментальный образец устройства, содержащий сдвиговый и ьезоп реобразовател ь из LINb0q, приваренный к звукопроводу из ТеОг. и оптимальную согласующую цепь третьего порядка, 45 синтезированную при заданной максимально допустимой величине КСВ < 1,5 на входе устройства. Входное сопротивление пьезопреобразователя в частотном диапазоне

130 — 230 МГц было измерено измерителем 50 комплексных коэффициентов отражений

Р4-11. Найденные по приведенным формулам параметры эквивалентной схемы пьезопреобразователя составили fp2= 191 МГц, В = 4 = OM, Сг = 33 и Ф, 02 = 4,78. Измеренная величина индуктивности подводящих проводов длиной около =6 мм составила 5 н Гн, а величина индуктивности L2 = 100 нГн, Измеренная входная характеристика испытывавшегося устройства приведена на фиг, 3 (кривая 1). Там же приведена характеристика прототипа, изготовленного с тем же пьезопреобразователем (кривая II), Сделать это удалось только после уменьшения длины подводящих проводов до минимальной величины (около 1 мм). Это связано с тем, что величина L2 в этом случае составила

11,2 нГн, что лишь вдвое превышает величину паразитной индуктивности L p = 5 нГн.

Использование предлагаемого устройства позволило повысить верхнюю частоту полосы согласования на 11 по сравнению с известным за счет эффекта увеличения частоты аког (216 Мгц и 194 МГц).

Формула изобретения

Электроакустическое устройство, содержащее пьезопреобразователь и полосовую согласующую цепь из емкостных и индуктивных элементов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения диапазона согласованных частот, первый со стороны пьезопреобразователя элемент полосовой согласующей цепи, выполненный в виде индуктивности L2, включен последовательно с пьезопреобразователем, а его величина определена из уравнения:

12 = ImZ(fo2)/2л fo2, где lmZ(fo2) — мнимая часть входного сопротивления пьезопреобразователя на частоте ог, причем резонансные частоты колебательных контуроз полосовой согласующей цепи выбраны рэвн гми частоте fo2, которая определена из уравнения

max ReZ(f) = ReZ(fo2), где Ве7() — действительная часть входного сопротивления пьезопреобразователя на произвольной частоте;

ReZ(fo2) — действительная часть входного сопротивления пьезопреобразователя на чаСтстЕ fO2,, а механИческая добротность Q2 найдена из уравнения a2 = fo2/ Л 12, причем диапазон частот hf2 определен по графику зависимости ReZ(f) по уровню 1/2 от максимального, 1753586

fl р и м е ч а н и е. k — коэффициент электромеханической связи пьезопреобразователя, а- отношение волновых сопротивлений пьезопреобравателя и звукопровода. г (J фии. 2 оо у о юо ррах фиг.5

Составитель А. Юрченко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор B,Ïåòðàø

Редактор М.Блана р

Заказ 2774 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

4 ) I а в (С (