HU190757B - With piezoelectric ceramic operating transducer of the ultrasonic sound - Google Patents

With piezoelectric ceramic operating transducer of the ultrasonic sound Download PDF

Info

Publication number
HU190757B
HU190757B HU110584A HU110584A HU190757B HU 190757 B HU190757 B HU 190757B HU 110584 A HU110584 A HU 110584A HU 110584 A HU110584 A HU 110584A HU 190757 B HU190757 B HU 190757B
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
ceramic
plate
piezoelectric ceramic
transducer
thickness
Prior art date
Application number
HU110584A
Other languages
Hungarian (hu)
Other versions
HUT38011A (en
Inventor
Csaba Gyarmati
Karoly Elek
Laszlo Balazs
Original Assignee
Koeporc Elektronikai Alkatresz Es Mueszaki Keremaiagyarto Vallalat,Hu
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koeporc Elektronikai Alkatresz Es Mueszaki Keremaiagyarto Vallalat,Hu filed Critical Koeporc Elektronikai Alkatresz Es Mueszaki Keremaiagyarto Vallalat,Hu
Priority to HU110584A priority Critical patent/HU190757B/en
Publication of HUT38011A publication Critical patent/HUT38011A/en
Publication of HU190757B publication Critical patent/HU190757B/en

Links

Landscapes

  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

A találmány tárgya piezoelektromos kerámiával működő ultrahang átalakító, amely unimorf típusú, fegyverzettel (3) borított kerámialemezt (1) és annál vastagabb fémlemezt (2) tartalmazó piezokerámia átalakítóval van ellátva. Lényege, hogy a fémlemez (2) vastagsága legalább ötszöröse a kerámialemezének (1). 190757 -1-The present invention relates to a piezoelectric ceramic ultrasonic transducer having a unimorphic type of piezoceramic transducer (1) covered with armor (3) and a thicker metal plate (2). The essence is that the thickness of the metal plate (2) is at least five times that of the ceramic plate (1). 190757 -1-

Description

A találmány tárgya piezoelektromos kerámiával megvalósított unimorf ultrahang átalakító, amely adóként és vevőként levegőben való alkalmazásra szolgál és unimorf típusú, fegyverzettel borított kerámialemezt és annál vastagabb fémlemezt tartalmazó piezokerámia átalakítóval van ellátva.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an unimorphic ultrasonic transducer with piezoelectric ceramic for use as a transmitter and receiver in air and equipped with a piezoceramic transducer of unimorphic type with an armored ceramic plate and a thicker metal plate.

A szilárd és cseppfolyós közegben működő ultrahang átalakítókkal ellentétben a levegőben működtetett átalakítók hajlítási rezgéseket végeznek. Ezekkel jobb illesztés érhető el a szilárd és cseppfolyós anyagokénál jóval kisebb akusztikus impedanciájú levegőhöz.Unlike ultrasonic transducers operating in solid and liquid media, airborne transducers perform bending vibrations. These provide a better fit for air with a much lower acoustic impedance than solid and liquid materials.

A levegőben működtetett ultrahang átalakítók ismert megoldásaiban két hasonló vastagságú lemezt ragasztanak össze. Ha mindkettő piezokerámiából készült, akkor bimorf elemnek, ha az egyik piezokerámia, a másik fémes anyagú, akkor unimorf elemnek szokás az ultrahang átalakító aktív elemét nevezni. Unimorf elemes átalakító ismerhető meg a 3 849 679 és a 3 638 052 ljsz. USA szabadalmi leírásokból, valamint az Arch. of Acoust. folyóirat 1982/7 számában közölt ,An improved piezoelectric ceramic transducer című cikkből (szerzői V.N. Bindal ée Chandra). Működésének lényege, hogy a kerámiára feszültséget kapcsolva az igyekszik méreteit megváltoztatni, a ráragasztott másik i lemez azonban ebben akadályozza, nyiróerök ébrednek, Így a lemez meghajlik. Az összeragasztott lemezpár mechanikai rezonanciafrekvenciájával megegyező frekvenciájú váltófeszültséget kapcsolva a piezokerámiára, az jóval nagyobb amplitúdójú rezgéseket végez, Így levegőben jóval nagyobb hangnyomást eredményez, mintha például csak vastagsági rezgések keletkeztek volna.In known solutions of air-operated ultrasound transducers, two plates of similar thickness are bonded together. If both are made of piezoceramics, then a bimorph element, while one is made of piezo-ceramic and the other is metallic, is called an unimorphic active element of the ultrasound transducer. Unimorphic battery converters can be found in Nos. 3,849,679 and 3,638,052. U.S. Patents; and Arch. of Acoust. 1982/7, An improved piezoelectric ceramic transducer (by V.N. Bindal and Chandra). The essence of its operation is that when it is applied to the ceramic, it tends to resize, but the other adhesive plate i interferes with this, shear forces awaken, so the plate bends. Applying alternating voltage at the same frequency as the mechanical resonance frequency of the bonded sheet pair to the piezoceramic produces vibrations of much greater amplitude, thereby producing a much higher sound pressure in the air than, for example, only thickness vibrations.

Az Ismert unimorf elemes ultrahang átalakítók hátrányos jellemzője, hogy a rezonanciafrekvencia a méretektől függően erősen változhat, és az átalakító hatásfoka nem mindig megfelelő.A known disadvantage of known unimorphic elemental ultrasonic transducers is that the resonance frequency may vary greatly depending on the size, and the efficiency of the converter is not always adequate.

A találmány célja a fenti hátrányos jellemzők kiküszöbölése.The object of the invention is to eliminate the above disadvantages.

Felismertük, hogy a kitűzött cél elérésének eszköze az unimorf elem méretarányainak megfelelő választása. A szakirodalom, Így az előbb említett cikk, vagy N.T. Adelman és Y. Stavsky .Flexural-exteneional behaviour of composite piezoelectric circular plates című, a J. Acoust. Soc. Am. folyóirat 1980 márciusi számának 819. oldalán megjelent cikke arról tanúskodik, hogy a kerámia és a fém vastagságának arányát szokásosan a 0,35...0,5 értéktartományban választották meg, vagyis a fémlemez vastagsága legfeljebb háromszorosa a kerámialemezének. Felismerésünk szerint-az ultrahang átalakító kialakításának legelőnyösebb módja az olyan unimorf elem, amelyben a kerámia vastagsága kicsi a fémlemez vastagságához képest.It has now been discovered that the means of achieving the desired goal is to select the appropriate proportions of the unimorph element. The literature, Thus the above article, or N.T. Adelman and Y. Stavsky, Flexural-exteneural behavior of composite piezoelectric circular plates, J. Acoust. An article by Soc. Am., Published in March 1980, page 819, shows that the ratio of the thickness of the ceramic to the metal is usually in the range of 0.35 to 0.5, i.e. the thickness of the metal plate is up to three times that of the ceramic plate. It has been found that the most preferred way of designing the ultrasonic transducer is a unimorphic element in which the thickness of the ceramic is small compared to the thickness of the metal plate.

A találmány feladata a felismerés hasznosításával az eddigieknél jobban kézbentartható rezonanciafrekvenciával jellemzett, nagy hatásfokú, unimorf elemmel működő ultrahang átalakító létrehozása.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a highly efficient, unimorphic ultrasonic transducer, characterized by a more manageable resonance frequency, utilizing recognition.

A kitűzött feladat megoldására olyan piezoelektromos kerámiával működő ultrahang átalakítót hoztunk létre, amely unimorf típusú, fegyverzettel borított kerámialemezt és annál vastagabb fémlemezt tartalmazó piezokerámia átalakítóval van ellátva, és a találmány szerint a fémlemez vastagsága legalább ötszöröse a kerámialemezének.To accomplish this object, we have provided an piezoelectric ceramic ultrasonic transducer provided with an unimorphic type piezoceramic transducer comprising an armored ceramic plate and a metal plate thicker and, according to the invention, at least five times the thickness of the metal plate.

Az adó rezonanciafrekvenciaján nagy pontossággal működő oszcillátor készíthető oly módon, hogy a kerámialemez egyik oldalán a fegyverzet két egymástól elválasztott részre van osztva, amelyek visszacsatoló áramkörbe vannak csatlakoztatva.An oscillator with high precision at the resonant frequency of the transmitter can be constructed by dividing the armament on one side of the ceramic plate into two separated parts, which are connected to a feedback circuit.

, A találmány szerinti ultrahang átalakítóban a vékony kerámialemez alkalmazása révén három területen jelentkeznek előnyök.In the ultrasonic transducer according to the invention, the use of a thin ceramic plate has three advantages.

A gyártás során az átalakító rezonanciafrekvenciája nagy pontossággal, könnyebben állítható be az ismert megoldásokhoz képest. Ebben ugyanis a fémlemez méretszórása jelenti az értékek szórását, vagyis olyan paraméter, amely a gyártás során nagy pontossággal tartható. így például tárcsa alak esetén a rezonanciafrekvencia egyenesen arányos a tárcsa vastagságával és fordítva az átmérő négyzetével.During manufacture, the resonant frequency of the converter can be adjusted with great precision and compared to known solutions. In this case, the standard deviation of the metal plate is the standard deviation of the values, which is a parameter that can be maintained with high accuracy during production. For example, in the case of a disc, the resonance frequency is directly proportional to the thickness of the disc and vice versa to the square of its diameter.

A fémlemez mechanikai jósági tényezője nagyobb, mint egy kerámiáé, nagyobb jóságú, kisebb sávszélességű, jobb hatásfokú átalakítók készíthetők, ha az átalakító nagyrészt fémből áll.The mechanical strength coefficient of the metal sheet is higher than that of a ceramic, and converters of greater goodness, lower bandwidth, and higher efficiency can be made if the converter is largely made of metal.

Végül a vékony kerámialemez alkalmazása két előnyt eredményez. Mivel a kerámia méretváltozása arányos a rákapcsolt elektromos térerővel, a szokásos tranzisztoros és integrált áramkörök meghajtó, illetve érzékelő elektronikáknál alkalmazott kis feszültségekkel is viszonylag nagy méretváltozás érhető el a kialakult nagyobb térerő következtében. A kis kerámiavastagságból adódó nagyobb kapacitás pedig kisebb impedanciájú adót illetve vevőt eredményez; tehát például a vevő kevésbé lesz zavarérzékeny.Finally, the use of a thin ceramic plate offers two advantages. Since the size change of the ceramic is proportional to the applied electric field strength, the small voltages used in the conventional transistor and integrated circuits for drive and sensor electronics can achieve relatively large dimensional changes due to the increased field strength. The higher capacity due to the low ceramic thickness results in a transmitter / receiver with a lower impedance; so, for example, the receiver will be less susceptible to interference.

A vevő feszültségérzékenysége (az adott hangnyomásra keletkezett feszültség egyenesen arányos a kerámia vastagságéval) kisebb lesz ugyan, de ez a feszültség jobban terhelhető a vevő kisebb impedanciája következtében: a vevő teljesítményér2ékenysége tehát nem csökken.The voltage sensitivity of the receiver (the voltage produced at a given sound pressure is directly proportional to the thickness of the ceramic) will be lower, but this voltage may be more heavily loaded due to the lower impedance of the receiver: thus the receiver sensitivity is not reduced.

A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti kiviteli alak kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen.The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, with reference to the accompanying drawings.

A rajzon az In the drawing it is 1. ábra Figure 1 a találmány szerinti átalakító kitakarólemezzel kialakított változatának vázlata, a the converter according to the invention is formed with a cover plate outline of version 2. ábra Figure 2 a találmány szerinti átalakító rezonéns kúppal kialakított változatának vázlata, a sketch of a resonant cone version of the transducer according to the invention, a

19σ19σ

3. ábra a piezoelektromos tulajdonságú kerámialemez vázlatos képe, míg aFigure 3 is a schematic view of a piezoelectric ceramic plate, while Figure

4. ábra a 3. ábrán látható kerámialemez illesztése visszacsatoló áramkörbe.Fig. 4 is an insertion of the ceramic plate of Fig. 3 into a feedback circuit.

A találmány szerinti ultrahang átalakító felépítése hasonló az ismertekhez. Benne célszerűen kialakított üregeket tartalmazó 7 házhoz rögzítetten piezoelektromos anyagú 1 kerámialemez van megtámasztva, amelyhez 5 hajlékony kivezetések csatlakoznak. Ezek 4 csatlakozókkal kapcsolódnak. Az 1 kerámialemezen 2 fémlemez van, amelynek vastagsága a találmány értelmében legalább ötszöröse az alatta elhelyezkedő 1 kerámialemez vastagságának·The ultrasonic transducer according to the invention has a structure similar to those known in the art. Inside the housing 7, which is preferably formed of cavities, is fixed a ceramic plate 1 of piezoelectric material, to which flexible terminals 5 are connected. They are connected by 4 connectors. The ceramic plate 1 has a metal plate 2 which according to the invention is at least five times the thickness of the ceramic plate 1 below it.

A 2 fémlemez felett 6 kitakarólemez (1. ábra) vagy 8 rezonáns kúp helyezkedik el (2. ábra) az ismert megoldásokhoz hasonlóan. Felettük 9 szita biztosit védelmet a környezeti hatások ellen, amelyet 10 gyűrű rögzít.Above the metal plate 2 there is a cover plate 6 (Fig. 1) or a resonant cone 8 (Fig. 2) similar to the known solutions. Above them are 9 screens for protection against environmental influences, which are secured by 10 rings.

Az 1 keráraialemezen féraból készült 3 fegyverzet van (1. és 2. ábra), amely célszerűen két, egymással nem érintkező részre osztható (3. ábra), Így benne 3a csatolórész van. A 3 fegyverzet lehet az 1 kerámialemez mindkét oldalán osztatlan, de a 4. ábráb látható módon visszacsatolás hozható létre, ha aThe ceramic plate 1 has a male armor 3 (Figs. 1 and 2), which is preferably divided into two non-contacting portions (Fig. 3), thus having a coupling part 3a. The armor 3 may be undivided on both sides of the ceramic plate 1, but as shown in FIG.

3. ábra szerint egyik oldalon két részre oszlik. A visszacsatolás révén olyan oszcillátor jön létre, amely mindenkor az adó rezonanciafrekvenciáján működik.As shown in Figure 3, one side is divided into two parts. The feedback produces an oscillator which always operates at the resonance frequency of the transmitter.

A találmány szerinti átalakító működése sorén az unimorf elem első rezonanciafrekvenciájén jelentkező csomóvonalon van a 7 házhoz rögzítve és az átalakító hatásfokát (2. ábra) a 6 kitakarólemez, illetve (3. ábra) a 8 kúp javítja.During the operation of the transducer according to the invention, it is fixed to the housing 7 at the first resonance frequency of the unimorph element and the efficiency of the transducer (Fig. 2) is improved by the cover plate 6 and (Fig. 3) by the cone 8.

Az 1 vastagsági irányban polarizált, mindkét oldalán 3 fegyverzettel ellátott piezokerámia tárcsa elektromos vezetést biztosító ragasztóval a 2 fémlemezre van ragasztva.The thickness-polarized piezoceramic discs 3 on both sides are polished with a conductive adhesive on the metal plate 2.

A piezokerámia 3 fegyverzeteire az 5 hajlékony kivezetések csatlakoznak. Ha az 5 hajlékony kivezetésekre váltófeszültséget kapcsolunk, az unimorf elem hajlítási rezgó10 seket végez. A rezgés amplitúdója éles maximumokat mutat, ha a gerjesztő feszültség frekvenciája megegyezik az unimorf elem valamelyik saját mechanikai rezonanciafrekvenciájával. Ultrahangvevóként való alkalmazás esetén fordított folyamat játszódik le: a levegőben ultrahang hatására az 5 hajlékony kivezetéseken az ultrahang frekvenciájával azonos frekvenciájú váltófeszültség jelenik meg, amely az unimorf elem rezonanciafrek2q venciáin éles maximumokat mutat.The piezoceramic arms 3 are joined by flexible terminals 5. When ac voltage is applied to the flexible terminals 5, the unimorph element performs bending vibrations. The amplitude of the vibration shows sharp maxima if the frequency of the excitation voltage is equal to one of its own mechanical resonance frequencies. When used as an ultrasonic transducer, an inverse process takes place: in the air, ultrasound causes the flexible terminals 5 to have alternating voltages of the same frequency as the ultrasonic frequency, which shows sharp maxima on the resonance frequency of the unimorph.

Claims (2)

SZABADALMI IGÉNYPONTOKPATENT CLAIMS 25 1· Piezoelektromos kerámiával működő ultrahang átalakító, amely unimorf típusú, fegyverzettel borított kerámialemezt és annál vastagabb fémlemezt tartalmazó piezokerámia átalakítóval van ellátva, azzal jellemezve, hogy a fémlemez (2) vastagsága legalább ötszöröse a kerámialemezének (1).25 1 · Piezoelectric ceramic ultrasonic transducer equipped with a piezoceramic transducer of unimorphic type with an armored ceramic plate and a thicker metal plate, characterized in that the metal plate (2) is at least five times the thickness of the ceramic plate (1). 2. Az 1. igénypont szerinti ultrahang átalakító, azzal jellemezve, hogy a kerámialemez (1) egyik oldalán a fegyverzet (3) két egymástól elválasztott részre van osztva, amelyek visszacsatoló áramkörbe vannak csatlakoztatva.An ultrasonic transducer according to claim 1, characterized in that on one side of the ceramic plate (1) the armature (3) is divided into two separate parts, which are connected to a feedback circuit.
HU110584A 1984-03-20 1984-03-20 With piezoelectric ceramic operating transducer of the ultrasonic sound HU190757B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU110584A HU190757B (en) 1984-03-20 1984-03-20 With piezoelectric ceramic operating transducer of the ultrasonic sound

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU110584A HU190757B (en) 1984-03-20 1984-03-20 With piezoelectric ceramic operating transducer of the ultrasonic sound

Publications (2)

Publication Number Publication Date
HUT38011A HUT38011A (en) 1986-03-28
HU190757B true HU190757B (en) 1986-11-28

Family

ID=10952860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU110584A HU190757B (en) 1984-03-20 1984-03-20 With piezoelectric ceramic operating transducer of the ultrasonic sound

Country Status (1)

Country Link
HU (1) HU190757B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
HUT38011A (en) 1986-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4672591A (en) Ultrasonic transducer
EP1042822B1 (en) Piezoelectric transducer and method of use
Xu et al. Piezoelectric composites with high sensitivity and high capacitance for use at high pressures
US5303210A (en) Integrated resonant cavity acoustic transducer
US4885781A (en) Frequency-selective sound transducer
US4593160A (en) Piezoelectric speaker
US4051395A (en) Weight actuated piezoelectric polymeric transducer
US20130278111A1 (en) Piezoelectric micromachined ultrasound transducer with patterned electrodes
US3833825A (en) Wide-band electroacoustic transducer
US2895062A (en) Broad band electroacoustic transducer
US4072871A (en) Electroacoustic transducer
US4996713A (en) Electroacoustic piezoelectric transducer having a broad operating range
US3150347A (en) Underwater transducer element
US3209176A (en) Piezoelectric vibration transducer
HU190757B (en) With piezoelectric ceramic operating transducer of the ultrasonic sound
JP2985509B2 (en) Low frequency underwater transmitter
EP4047953A1 (en) Acoustic transducer
JPS6412111B2 (en)
US3309654A (en) Acoustic apparatus
JPS62249600A (en) Piezoelectric element
Xu Piezoelectric transducer inventions in the last two decades
US4037062A (en) Liquid crystal electromechanical transducer
US20230345170A1 (en) Microphones
JPS6065968A (en) Curved piezo-electric actuator
JP2517021B2 (en) Object moving device

Legal Events

Date Code Title Description
HU90 Patent valid on 900628
HMM4 Cancellation of final prot. due to non-payment of fee