Пьезоэлектрический преобразователь

Пьезоэлектрический преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 547975 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.07.75 (21) 2153038/10 (51) M. Кл.в

Н 04 К 17/00

В 06 В 1/06 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано25.02.77. Бюллетень № 7 (45) Дата опубликования описанпя12.07,77

Государственный комитет

Совета Мнннстров СССР по делам нзобретеннй и открытий (53) УДК 534.232 (088.8 ) В. И. Домаркас и А, И. Петраускас. !

«» .,:г ",;,(Каунасский политехнический ННсТН имени AfiTBiIBcQ Оненк с

I (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

15

25

Изобретение относится к области технической акустики и может найти применение в ультразвуковых измерительных устройстВВх или в устройствах воздействия ультразвукомм, Известны электроакустические преобразователи изгибных колебаний, состоящие иэ биморфных элементов, содержащих прямоугольные металлические и пьезокерамические пластины, Пьеэокерамические пластины в таких преобразователях крепятся к металлической пластине, которая является в данном случае излучателем или приемником ультразвука.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является электроакусгический преобразователь

1 работающий на изгибных колебаниях, состоящий иэ биморфных элементов, в которых два противоположных края металлических пластин биморфнь|х элементов акустически жестко закреглены, например, с помощью брусков, а в центре каждой металлической пластины приклеена прямоугольная пьезоэлектрическая пластина. Благодаря тому, что в этих преобразователях ширина металлической пластины мех;ду эакрепл зннык и краями равна 1,5 3 „, а пъеэоэлектрич. ской пластины — 0,7 Я (где — длина изгибм ной волны в биморфном элементе на резонансной частоте преобразователя) получается высокая эффективность эле;г-роакустического преобразования. В црс обраэователе металлические пластины жестко соединены между собой под углом 2агссо; в,/g

v, i.äe длина акустической волны в рабочей среде на резонансной частоте преобразователя, Этим обеспечивается однолучевая диаграмма направленности.

Известный электроакусти .еский преобразователь имеет недостаточ гый коэффициент электроакустической трансформации и паразитный резонанс на частоте, близкий к частоте основного резонанса продольных колебаний при ширине пьезоэлектрической пластины. При использовании гаких преобразователей в эхо-локационных сисгемах с импульсным возбуждением излучающего преобразователя в пьезоэлектрическом преобразователе возникают колебания на нескольких ре54 79 75

4 колебаний по ширине элемента синфазные поверхности излучаемых ультразвуковых волу получаются наклоненными лод углами 0 — oc, где oc, = or ññîâ ÿ„/х„,л - длина ультразвуковой волны в рабочей среде на резонансной частоте преобразователя, и параллельными большей стороне прямоугольникаа. Направления максимумов диаграммы направленности (фиг, 2,б) показаны осями

00 и 00 . Ширина лучей диаграммы направленности в рассматриваемой плоскости

I определяется размерами АВ=А В, В лерпундикулярной плоскости ширина диаграммы направленности определяется длиной секции.

Резонансные колебания в системе возникнут лри условии сопряжения форм колебаний пьезокерамических и металлической пластинки.

Наилучшее возбуждение изгибных колебаний происходит при колебаниях пьезокерами ческих пластинок на второй резонансной частоте, соответствующей ширине одной пьезокерамической пластинки, равной 0,6 Д и лри колебаниях металлической пластинки на четвертой резонансной частоте, лри которэй ширина металлической пластины равна

2 Л . При этом rro ширине льезокерамичесм кой пластинки распределяется три узла из- гибнь>х колебаний, а лэ ширине металлической пластинки укладывается пять узлов изгибных колебаний.

Однолучевая диаграмма направленности преобразователя получается лри расположении нескольких биморфных элементов один к другому под углом 2orccoaa,È,„, При этом в раскрыве преобразователя формируется плоская акустическая волна, à диат рамма направленности определяется геометрическими размерами раскрыва.

В режиме приема выдерживаются аналогичные фазовые соотношения и поэтому диаграмма направленности остается такой же, как и в режиме излучения, В предложенном преобразователе продольные колебания по ширине пьезокерамических пластинок отсутствуют, так как при подаче питающего напряжения одна пьезокерамическая пластина сужается, а другая растягивается, и поэтому суммарная ширина пьезоэлектрических пластинок остается постоянной.

В элементе существует только резонанс изгибных колебаний. Этим исключаются потезонансных частотах. Это ведет к потерям энергии, уменьшению чувствительности и искажению диаграммы направленности из-за излучения в рабочую среду ультразвуковых волн по направлениям, не совпадающим с 5 направлением излучения на основной резонансной частоте биморфного элемента.

Цель изобретения — улучшение электроаакустических характеристик преобразователя в импульсном режиме.

Это достигается тем, что к центральной части металлической пластины прикреплены две прямоугольные пьезоэлектрические пластины противоположной поляризации, причем электри чески пьезоэлектрические пластины соединены д параллельно, ширина металлической пластины между закрепленными краями равна 2/i при шим рине каждой пьезоэлектрической пластины, равной 0,6rr, где Л вЂ” длина изгибной волны в бимэрфном элементе на резонансной часто- Ю те преобразователя.

На фиг. 1 изображен бимэрфный элемент пьезоэлектрического преобразователя; на фиг. 2 — распределение амплитуд смещений по поверхности биморфного элемента на ре- 25 зонансной частоте и направления максимального излучения, Биморфный элемент содержит прямоугольную металлическую пластину 1, жестко закрепленную металлическими брусками 2. К ме-ЗО таллической пластине 1 прикреплены льезокерамические пластины 3,4 противоположной поляризации. Элемент герметизирован корпусом 5, а электрическое переменное питающее напряжение подается через контакты 6. 35

Пьезоэлектрический преобразователь работает следующим образом.

В режиме излучения через контакты 6 на пьезоэлектрические пластины подается возбуждающее электрическое напряжение, 40

Из-за геометрической асимметрии, данной колебательной системы и разных жесткостей по обе стороны пьезоэлектрических пластинок противоположной поляризации 3,4 в биморфном элементе возбуждаются изгибные 45 колебания. Для хорошего возбуждения изгибных колебаний по ширине биморфного элемента его длина должна значительно превышать ширину. При этом условии связь между изгибными колебаниями по ширине и длине эле- 5О мента является значительно ослабленной, и узловые линии изгибных колебаний по ширине распределяются параллельно большей стороне прямоугольной пластины. Резонансная частота определяется геометрическими размерами (в основном шириной) элемента.

Распределение амплитуд колебаний ло ширине элемента преобразователя на его резонансной частоте показано на фиг. 2,а. При распределении четырех лолуволн изгибных 60 ри энергии из-за паразитногэ резонанса и увеличивается коэффициент электроакустического преобразования в случае импульсного возбуждения пьезоэлектрического преобразователя, Использованием двух пьезопластинок противоположной поляризации в пьезоэлектрическом преобразователе достигается больший

K ì">ôèrrèårrò электроакустической трансформаци к.

547975

A-A

3,Ф

Ф ормула изобретения

1. ПЬезоэлектрический преобразователь, состояший из биморфных элементов, содержаший прямоугольные пьезоэлектрические пластины и металлические пластины, края которых акустически жестко закреплены, например, с помошью брусков, о т л и— чаюшийся тем,что, сцельюулучшения электроакустических характеристик преобразователя в импульсном режиме, в центральной части каждой металлической пластины прикреплены две прямоугольные пьезоэлектрические пластины противоположной поляризации, электрически соединенные п араллельн о.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что ширина металлической пластины между эакреплейнымн краями равна 2Д, а каждой пьезаэлекъ

1р рической пластины 0,6 Х„„, где 3 - длина изгибной волны в биморфном элементе на резонансной частоте преобразователя.

547975 ф ф

Составитель E. Артамонова

Редактор Е, Гончар Техред M. Левицкая Корректор А. Грипенко

Заказ 1197/109 Тираж 825 П одписное

UHHHfIH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4