PL181596B1

PL181596B1 - Electret-type vibration transducer

Info

Publication number: PL181596B1
Application number: PL31932697A
Authority: PL
Inventors: Ryszard Kacprzyk; Bozena Lowkis
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 2001-08-31
Also published as: PL319326A1

Abstract

1. Elektretowy przetwornik drgań, w postaci kondensatora, w którym przestrzeń między metalowymi elektrodami jest ściśle wypełniona warstwą elektretową i dielektryczną, znamienny tym, że przestrzeń między metalowymi elektrodami (3, 4) jest ściśle wypełniona co najmniej jedną warstwą elektretową (1) i co najmniej jednąwarstwą dielektryczną (2), przy czym jako warstwę dielektryczną (1) stosuje się dielektryk w postaci włókniny.1. Electret vibration transducer, in the form of a capacitor in which space between metal electrodes it is tightly filled with an electret layer and dielectric, characterized by that the space between the metal electrodes (3, 4) is strictly filled with what at least one electret layer (1) and at least one dielectric layer (2), but as a dielectric layer (1) a dielectric in the form is used nonwovens.

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektretowy przetwornik drgań, stosowany do przetwarzania i monitorowania wszelkich drgań mechanicznych, występujących na małych i dużych obiektach mechanicznych, w tym także monitorowania funkcji biologicznych (praca serca, oddychanie) organizmów żywych swobodnie ułożonych na przetwornikach.The subject of the invention is an electret vibration transducer, used to process and monitor all mechanical vibrations occurring on small and large mechanical objects, including the monitoring of biological functions (heartbeat, respiration) of living organisms freely placed on transducers.

Znane elektretowe i piezoelektryczne przetworniki drgań stanowią, tzw. duże mikrofony i hydrofony, które w postaci ceraty mogą być stosowane do monitoringu naturalnych rytmów ciała ludzkiego (kontrola oddechu, praca serca, etc.).Known electret and piezoelectric vibration transducers are the so-called large microphones and hydrophones, which in the form of an oilcloth can be used to monitor the natural rhythms of the human body (breath control, heart rate, etc.).

Elektretowy przetwornik drgań przedstawiony w artykule C. Hennion, J. Lewiner: A new principle for the design of condensor electret transducers. J. Acoust. Soc. Am. 1978 vol. 63 nr 4 s. 1229-1231, stanowi kondensator, w którym przestrzeń między metalowymi elektrodami jest ściśle wypełniona warstwą elektretową i warstwą dielektryczną. Warstwy stanowią materiały o strukturze ciągłej i dobiera się w ten sposób, że moduł sprężystości warstwy elektretowej zasadniczo różni się od modułu sprężystości warstwy dielektrycznej. Jeżeli kondensator warstwowy zostanie poddany działaniu ciśnienia, którego przyrost wynosi ΔΡ, wówczas zaobserwuje się zmianę napięcia na elektrodach kondensatora, którego wzrost wynosi Δϋ. Czułość elektretowego przetwornika drgań definiuje się jako iloraz przyrostu napięcia Δϋ do przyrostu ciśnienia ΔΡ i zależy ona od grubości warstw elektretowej i dielektrycznej, od ich modułów sprężystości, względnej przenikalności elektrycznej, jak również od efektywnej gęstości ładunku powierzchniowego σ elektretu od strony warstwy dielektrycznej, czyli na granicy warstw. Gęstości ładunku powierzchniowego σ oraz możliwie niska wartość modułu sprężystości jednej z warstw determinuje czułość przetwornika. Brak materiału posiadającego dobre właściwości elektretowe oraz mały moduł sprężystości ogranicza praktyczne wykorzystanie takich przetworników.Electret vibration transducer presented in the article by C. Hennion, J. Lewiner: A new principle for the design of condensor electret transducers. J. Acoust. Soc. Am. 1978 vol. 63 No. 4 pp. 1229-1231, is a capacitor in which the space between the metal electrodes is tightly filled with an electret layer and a dielectric layer. The layers are continuous materials and are selected such that the modulus of elasticity of the electret layer is substantially different from that of the dielectric layer. If a layered capacitor is subjected to a pressure whose increase is ΔΡ, then a voltage change at the capacitor electrodes will be observed, the increase of which is Δϋ. The sensitivity of an electret vibration transducer is defined as the quotient of the voltage increase Δϋ to the pressure increase ΔΡ and it depends on the thickness of the electret and dielectric layers, their modulus of elasticity, relative electric permeability, as well as the effective surface charge density σ of the electret from the side of the dielectric layer, i.e. layer boundary. The surface charge densities σ and the possibly low value of the elastic modulus of one of the layers determine the sensitivity of the transducer. The lack of material with good electret properties and a low modulus of elasticity limit the practical use of such transducers.

Przedmiotem wynalazku jest elektretowy przetwornik drgań, w postaci kondensatora, w którym przestrzeń między metalowymi elektrodami jest ściśle wypełniona warstwą elektretową i dielektryczną.The subject of the invention is an electret vibration transducer, in the form of a capacitor, in which the space between the metal electrodes is tightly filled with an electret and dielectric layer.

Istota wynalazku polega na tym, że przestrzeń między metalowymi elektrodami jest ściśle wypełniona co najmniej jedną warstwą elektretową i co najmniej jedną warstwą dielektryczną. Jako warstwę dielektryczną stosuje się dielektryk w postaci włókniny. Jako warstwę dielektryczną stosuje się również dielektryk w postaci pianki. Jako warstwę dielektryczną stosuje się też warstwę elektretową w postaci włókniny, a warstwy elektretowe połączone sąThe essence of the invention consists in that the space between the metal electrodes is tightly filled with at least one electret layer and at least one dielectric layer. A non-woven dielectric is used as the dielectric layer. A foam dielectric is also used as the dielectric layer. A non-woven electret layer is also used as the dielectric layer, and the electret layers are joined

181 596 tak, że na granicy styku warstw występuje ładunek tego samego znaku. Jako warstwę dielektryczną stosuje się również warstwę elektretowąw postaci pianki.181 596 so that the charge of the same sign is present at the interface of the layers. An electret layer in the form of a foam is also used as the dielectric layer.

Zastosowanie warstwy dielektrycznej o strukturze rozproszonej lub warstwy elektretowej o strukturze rozproszonej, w postaci włókniny czy pianki, pozwala znacznie zwiększyć czułość elektretowego przetwornika drgań pracującego na bazie kondensatora warstwowego.The use of a dielectric layer with a dispersed structure or an electret layer with a dispersed structure, in the form of a non-woven fabric or foam, allows to significantly increase the sensitivity of the electret vibration transducer operating on the basis of a layered capacitor.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny elektretowego przetwornika drgań, fig. 2 - sposób ułożenia warstwy elektretowej i warstwy elektretowej o strukturze rozproszonej, a fig. 3 - sposób ułożenia warstwy elektretowej o strukturze rozproszonej i dwóch warstw elektretowych o strukturze ciągłej.The subject of the invention is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows the cross-section of an electret vibration transducer, Fig. 2 - the method of arranging the electret layer and the electret layer with a dispersed structure, and Fig. 3 - the method of arranging the electret layer with a dispersed structure and two electret layers with continuous structure.

Przykład I. Elektretowy przetwornik drgań wykonany w kształcie litery U, składa się z warstwy elektretowej 1 w postaci folii wykonanej z dielektryku o wysokim module sprężystości oraz z warstwy dielektrycznej 2 w postaci włókniny. Wewnątrz warstwy elektretowej 1 jest osadzona elektroda gorąca 3 z wyprowadzeniami, zaś na zewnątrz warstwy dielektrycznej 2 jest elektroda ekranująca 4 z wyprowadzeniami. Elektretowy przetwornik drgań jest w osłonie zewnętrznej 5 w postaci koperty, nadającej konstrukcji przetwornika wymagane właściwości mechaniczne (trwałość, elastyczność) i środowiskowe (np. odporność na działanie płynów). Elektrody 3 i 4 w obszarze przetwornika są wykonane techniką parowania próżniowego. Zarówno elektrody 3 i 4 jak i warstwy elektretowa 1 oraz dielektryczna 2 są wzajemnie połączone mechanicznie. W przypadku warstw dielektrycznych wykonanych z termoplastów połączenie może być zrealizowane za pomocą punktowego lub liniowego zgrzewania cieplnego.Example 1 The U-shaped electret vibration transducer consists of an electret layer 1 in the form of a foil made of a dielectric with a high modulus of elasticity, and a dielectric layer 2 in the form of a non-woven fabric. Inside the electret layer 1 there is a hot electrode 3 with leads, and outside the dielectric layer 2 there is a shielding electrode 4 with leads. The electret vibration transducer is enclosed in an outer casing 5 in the form of an envelope which provides the transducer structure with the required mechanical (durability, flexibility) and environmental (e.g. resistance to fluids) properties. The electrodes 3 and 4 in the area of the transducer are made by vacuum evaporation. Both the electrodes 3 and 4 and the electret layer 1 and the dielectric layer 2 are mechanically interconnected. In the case of dielectric layers made of thermoplastics, the connection can be made by spot or line heat welding.

Przykład II. Elektretowy przetwornik drgań wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różni^^ że jako warstwę dielektryczną 2 ma warstwę elektretową2 w postaci pianki oraz elektrody 3 i 4 wykonane z folii metalowej.Example II. An electret vibration transducer made as in the first example, with the difference that the dielectric layer 2 has an electret layer 2 in the form of a foam and electrodes 3 and 4 made of a metal foil.

Przykład III. Elektretowy przetwornik drgań wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że między elektrodami 3 i 4 ma trzy warstwy elektretowe, przy czym warstwa elektretowa 1 ma strukturę ciągłą, natomiast warstwa 2 - rozproszoną w postaci włókniny.Example III. An electret vibration transducer made as in the first example, with the difference that between the electrodes 3 and 4 it has three electret layers, the electret layer 1 having a continuous structure, while the layer 2 - dispersed in the form of a non-woven fabric.

Elektretowy przetwornik drgań, według wynalazku ma postać elastycznej warstwy (ceraty) o grubości całkowitej 0,3 - 0,7 mm i wymiarach poprzecznych dobieranych stosownie do przeznaczenia.The electret vibration transducer, according to the invention, is in the form of a flexible layer (oilcloth) with a total thickness of 0.3 - 0.7 mm and transverse dimensions selected according to the intended use.

Fig.2 Fig.3Fig. 2 Fig. 3

181 596181 596

Fig-1Fig-1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 60 copies

Cena 2,00 zł.Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. Electret vibration transducer, in the form of a capacitor, in which the space between the metal electrodes is tightly filled with an electret and dielectric layer, characterized in that the space between the metal electrodes (3, 4) is tightly filled with at least one electret layer (1) and at least one dielectric layer (2), wherein a non-woven dielectric is used as the dielectric layer (1).

2. The electret transducer according to claim 1, A process as claimed in claim 1, characterized in that a dielectric in the form of a foam is used as the dielectric layer (2).

3. The electret transducer according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that an electret layer (2) in the form of a nonwoven fabric is used as the dielectric layer (2), the electret layers (1 and 2) being connected so that a charge of the same sign is present at the interface of the layers.

4. The electret transducer according to claim 1, The process of claims 1 and 3, characterized in that an electret layer (2) in the form of a foam is used as the dielectric layer (2).