Пъезоэлектрический преобразователь крутильных колебаний

Пъезоэлектрический преобразователь крутильных колебаний

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсних

Соц юалнстнчесин х республик (li) 71 l 705 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву —. (22)Заявлено 11 07 77 (2l) 2508451/18-10 с присоединением заявки %в (23) Приоритет

Опубликовано 25.01.80. бюллетень Ре 3

Дата опубликования описания 28.01.80 (51)М. Кд.

Н 04 Q 17/00

66 демы юабретеиий н еткрьихй (53) УДК 534.232 (088.8) (72) Авторы изобретения

Й.Б.дныюв и H.Ï.Ñåðåáðëííèêîâà

Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.Ульиюва (Ленина) {7!) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

К РУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в установках, предназначенных для исследования свойств жидких и газообразных сред, например в ультразвуковых вяз5 козиметрах, в частности, глубоководных.

Известны преобразователи крутильных колебаний, основанные на использовании пьезоэлектрических элементов, выполненных из пьеэокерамики в виде цилиндров

1О со сложной системой поляризуюшкх и возбуждающих электродов (1). Однако такие преобразователи обладают невысокой эф-фективностью из-аа неравномерной поляризации, сложны в изготовлении.

Наиболее близким по технической cymности является преобразователь крутиль ных колебаний, состояший из плоского пьезокерамнческого кольца с электродами и накладками (2). Однако этот преобразователь предназначен для технологических целей и оказывается неудобным при измере-. нии вязкости или других свойств жидких сред из еа его относительно больших габаритов.

Целью изобретения является снижение габаритов преобразователя.

Указанная цель достигается благодаря тому, что преобразователь снабжен вторым плоским пьезокерамичеоким кольцом с электродами, образующим с первым r; кольцом биморфную систему, а накладки . выполнены в виде колец, придающих преобразователю форму тора кругового поперечного сечения, причем средняя окруж ность тора совпадает со средней окруж постыл биморф юй системы.

На фиг.l показана конструкция предлагаемого преобразователя: на фиг.2 и фиг,З - конструкция преобразователя с крепежными элементами.

Преобразователь состоит из двух склеенных по торцам пьезокерамических колец

3., 2 с согласпым направлением поляризации. К электродам колец 3 с помошью проводников 4 подводится возбуждающее электрическое напряжение> причем элек711705 4 узловых диаметров. Эти частоты определяются по формуле: .Щц 2Р

3 троды соединены так, что наружные из них имеют потенциал одного знака, а внутренние - другого знака. Образованное таким образом биморфное кольцо имеет четыре кольцевые накладки 5, 6, 7, 8, склеенные с ним. Накладки могут быть выполнены из металлов, сплавов и керамики. Наружные поверхности накладок имеют двойную кривизну и образуют после их приклейки к биморфному кольцу тор кругового поперечного сечения, Для достижения максимальной эффективности тор может быть выполнен целиком из пьезоактивного материала. B этом случае однако возрастают технологические трудности в изготовлении преобразователя.

В представленном на фиг.1 схематическом изображении преобразователя используются пьезокерамические кольца с осевой поляризацией, аналогично тому, как это осуществляется в цилиндрических пьезокерамических преобразователях.

Работа устройства происходит следук щим образом. При подаче возбуждающего электрического напряжения на электроды устройства в биморфном кольце возникает крутящий момент, который приводит к крутильным колебаниям тора. При перемеиен ной форме внешних поверхностей накладок преобразователь не возбуждает в среде звуковых волн, возбуждаются лишь вязкие .волны, т.е. преобразователь является чисто крутильным.

Резонансная частота колебаний х определяется крутильной жесткостью и эффективной плотностью материала кольца. Йля материалов накладок, близким по своим свойствам к пьезокерамике, резонансная частота может быть подсчитана по фомуле: где Q - средний радиус кольца, — модуль Юнга пьезокерамики, Я - ее плотность, т.е. для одной и той же частоты радиус преобразователя будет в несколько раз меньше, чем для известных. Преобразователь может быть также выполнен способным работать на ряде резонансных частот - частотах 0,1,2,... и т.д. мод, характеризующихся соответствующим -числом где j = 012...

Возбуждение преобразователя на высших модах может быть осуществлено из,р вестными способами, применяемыми при возбуждении высших мод радиальных ко лебаний в цилиндрических преобразовате лях, например, путем противофазного возбуждения дуговых элементов кольца.

Закрепление преобразователя может быть осуществлено наиболее просто с помощью гибкого подвеса.

Более жесткое закрепление преобразователя колеблющегося на нулевой моде, до2 стигается использованием тонкого метал:лического стержня, вставленного в отверстие в торе и жестко соединенного с ним в центральной точке, как показано на фиг,2, В зависимости от требований к креплению может быть использова ю два или три аналогичных стержня, расположенных под углами друг к другу в средней плоскости тора.

Закрепление. преобразователя, колеблющегося на первой моде, иллюстрируется на фиг.3. Металлическая пластинка встав- . ляется в разрез тора по диаметральной узловой плоскости и жестко скрепляется с ним. Крепление этого типа обеспечив ет минимальные вносимые потери колебательной энергии. формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь крутильных колебаний, состоящий из плоского пьеазкерамического кольца с электродами и накладками, о т л и ч а ю— ш и и с я тем, что с целью снижения габаритов, он снабжен вторым плоским пьезокерамическим кольцом с электродами, образующим с первым кольцом биморфную систему, а накладки выполнены в виде колец, придающих преобразователю форму тора кругового поперечного сечения причем средняя окружность тора совпадает со средней окружностью биморфной системы, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Бергман JI. Ультразвук. М. Изд.И.Л.

1956, с, 97-98, 306-308.

2. Источники мощного ультразвука

"Наука", 1967, с 295-306.