PL54367B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest aku¬ styczny czlon opózniajacy z srodowiskiem opóz¬ niajacym, skladajacym sie ze szkla.Tego rodzaju naddzwiekowe czlony opózniajace w elektronice znajduja zastosowanie tam, gdzie wymagane sa opóznienia rzedu od 0,01 do 1 mili¬ sekundy, przy szerokosci pasma czestotliwosci az do wielu dziesiatków megaherców (MHz).W tego rodzaju czlonach opózniajacych sygnal elektryczny zostaje przetwarzany za pomoca ele¬ mentu piezoelektrycznego na drganie mechanicz¬ ne, a sygnal akustyczny, po uprzednim przejsciu przez cialo stale lub plyn, zostaje przetwarzany równiez przez element piezoelektryczny z powro¬ tem na sygnal elektryczny, przy czym sygnal ten w stosunku do pierwotnego sygnalu doznaje po¬ zadanego opóznienia. W ciele stalym predkosc roz¬ chodzenia sie fal akustycznych jest 105 razy mniejsza niz fal elektromagnetycznych, tak ze na stosunkowo krótkim odcinku drogi mozna uzy¬ skac stosunkowo duze opóznienie.Czlony opózniajace znajduja zastosowanie mie¬ dzy innymi w elektronicznych maszynach mate¬ matycznych, w radiolokacji oraz w technice tele¬ wizyjnej. W dwóch systemach telewizji kolorowej sa stosowane czlony opózniajace, azeby mozna bylo skladac informacje kolorowosci sasiednich linii siatki obrazowej. Wymagany przy tym czas x opóznienia wynosi mniej wiecej 64 mikrosekun¬ dy przy 625 liniach obrazu i czestotliwosci 50 Hz. 10 Przy wchodzacych w gre czestotliwosciach 4,43 MHz i wymaganej szerokosci pasma czestotliwo¬ sci okolo 2 MHz szklo jest najodpowiedniejszym srodowiskiem opózniajacym. Ponadto przy zmia¬ nie temperatury nie powinno nastepowac pogor¬ szenie obrazu.Oznacza to, ze czas opóznienia w okreslonym systemie telewizji kolorowej nie moze odbiegac od wartosci znamionowej o wiecej niz 0,05 mi¬ krosekundy, a w innym systemie nawet nie o wie¬ cej niz 0,01 mikrosekundy. Przy normalnym prak¬ tycznym zastosowaniu nalezy brac pod uwage wa¬ hania temperatur w granicach okolo 30°C, a to oznacza, ze bezwzgledna wartosc temperaturowego ct musi tez 15 wspólczynnika czasu opóznienia, tzn.I TCT byc mniejsza niz okolo 25 X 10—6°C lub 5 X 10-6OC.Dla pamieci akustycznej w elektronicznych ma- 2(J szynach matematycznych dopuszczalny tempera¬ turowy wspólczynnik czasu opóznienia w duzej pamieci moze wynosic co najwyzej 2 X 10—6/°C.Równiez tlumienie drgan akustycznych w czlo¬ nie opózniajacym nie powinno byc duze. Wspól- 25 czynnik jakosci mechanicznej Q szkla, przeznaczo¬ nego na czlony opózniajace odbiorników telewizyj¬ nych musi wynosic co najmniej 2000, a dla szkla przeznaczonego na czlony opózniajace duzych pa¬ mieci w elektronicznych maszynach matematycz- 30 nych — co najmniej 5000. Wspólczynnik jakosci 5436754367 mechanicznej Q jest odwrotnoscia tg8, przy czym o jest katem fazowym pomiedzy mechanicznym naprezeniem scinajacym i mechanicznym odksztal¬ ceniem, tzn. katem obcinania przy czestotliwos¬ ciach duzo mniejszych od czestotliwosci rezonan¬ sowej czlona opózniajacego.W handlu sa do nabycia niektóre szkla specjal¬ ne, które zadawalajaco spelniaja wymienione wy¬ zej wymagania, co najmniej przy zastosowaniu w odbiornikach telewizji kolorowej. Chodzi tu na przyklad o szkla majace sklad chemiczny podany w tablicy 1.Tablica 1 1.SiO, PbO Ktcr< Na,0 BaO 1 s&o, 50 wag.% 40 9 * "- — 1 0,3 „ 2. 74,7 mol % 50 wag.% 16,1 8,5 — 0,6 0,1 41 9 — — „ 0,1 „ 75 mol % 16,5 6,5 — — 0,03 „ W czasie prób, które doprowadzily do niniejsze¬ go wynalazku, okazalo sie jednakze, ze te znane szkla sa specjalnie wrazliwe na ich uprzednia ob¬ róbke termiczna, tzn. ze temperaturowy wspól¬ czynnik czasu opóznienia hartowanego, a zatem szybko studzonego, szkla rózni sie znacznie od temperaturowego wspólczynnika szkla powoli stu¬ dzonego. Prowadzi to do produktu, którego nie da sie odtworzyc. Na przyklad u jednego z poda¬ nych w tablicy 1 szkiel, w obszarze temperatur od 20 do 80°C sredni wspólczynnik temperaturo¬ wy wynosil przed obróbka cieplna + 15 X 10—V°C, a po obróbce cieplnej + 0 X 10—8/°C. Obróbka cieplna polegala na tym, ze szklo w ciagu okolo 10 minut bylo ogrzewane do temperatury o okolo 50°C wyzszej od temperatury przemiany, a na¬ stepnie studzone z szybkoscia mniej wiecej 1 l/2°C/min. inna wazna wlasnoscia szkla, które przy swym zastosowaniu odgrywa role jako srodowisko opóz¬ niajace w akustycznych czlonach opózniajacych, jest tak zwana histereza. Jezeli tego rodzaju szklo zostanie ogrzane do temperatury w granicach od 60 do 80°C, i bedzie wygrzewane w tej tempera¬ turze w ciagu wiecej niz jednej godziny, to oka¬ zuje sie, ze po ochlodzeniu do temperatury po¬ kojowej czas opóznienia t na ogól zwieksza sie w sposób niedozwolony, na przyklad o 10 czesci na 105. Ta zmiana czasu opóznienia t znika stop¬ niowo po kilku dniach. 10 29 35 Wynalazek niniejszy stwarza akustyczny czlon opózniajacy, którego osrodek opózniajacy sklada sie ze szkla, w którym sredni temperaturowy wspólczynnik czasu opóznienia w granicach tem¬ peratur od 20 do 80CC nie tylko jest wyjatkowo maly, a mianowicie rzedu co najwyzej okolo 10 X 10—6/°C, ale ponadto jest prawie niewrazli¬ wy na uprzednia termiczna obróbke szkla. Po¬ dana wyzej obróbka termiczna tego szkla, w za¬ kresie temperatur od 20 do 80°C, powoduje spa¬ dek wspólczynnika temperaturowego co najwy¬ zej o 5 X lO-6/^.Histereza powoduje czasowo zmiane czasu opóz¬ niania co najwyzej 3 czesci na 105. Wspólczynnik jakosci mechanicznej Q dla fal obcietych przy¬ biera wartosci wynoszace co najmniej 5000. Wresz¬ cie predkosc rozchodzenia sie w tym szkle fal akustycznych jest stosunkowo mala i zmienia sie tylko nieznacznie wraz ze skladem chemicznych (2400—2600 m/sek).Wedlug wynalazku akustyczny czlon opózniaja¬ cy, którego srodowisko opózniajace sklada sie ze szkla, zawierajacego jako skladniki dwutlenek krzemu (Si02), tlenek olowiawy (PbO) i tlenki metali alkalicznych, odznacza sie tym, ze szklo ma nastepujacy sklad w mol.0/©: Si02 PbO 70—78 15—30, przy czym co najwyzej 5 mol.^/o tlenku olowiawe- go (PbO) mozna zastapic co najmniej jednym z nastepujacych tlenkówr: MgO, BaO, CaO i SrO.Na20 + K20 Na20 najwyzej Sb208 + AssOa najwyzej 0—7 0,5 0,5 Najkorzystniej jest, gdy szklo ma podany ni¬ zej sklad chemiczny, gdyz wówczas wspólczynnik temperaturowy w zakresie temperatur od 20 do 80°C jest prawie równy zeru: SiO* PbO 73—76 18—27, przy czym co najwyzej 5 molJYo tlenku olowiawego (PbO) mozna zastapic co najmniej jednym z na¬ stepujacych tlenków MgO, BaO, CaO i SrO.Tablica 2 Sklad chemiczny Si02 PbO CaO BaO KzO Sb2Os V8h (m/sek) AJC(X lO-6/^) TA (X 10-r») ¦ l mol.% wag.°/o 74,5 23,7 1,5 0,3 250 + 44,9 52,9 1,4 0,8 Ol 4 1 2 • , mol.°/o wag.°/o 74,7: 21,0 4,0 0,3 2501 —u +1 46,6 48,6 3,9 0,9 ) 1 L 3 mol.°/o wag.°/o 75,0 18,2 6,5 0,3 250( i +: 48,6 43,9 6,6 0,9 | ) 5 y 1 4 mol.% 73,9 17,8 2,0 2,0 4,0 0,3 250 + wag.°/o 47,8 42,8 1,2 3,3 4,0 0,3 0 4 154367 Na20 + KjO Na,0 najwyzej Sb,0, 4- As,0, najwyzej 0—7 0,5 0,5 W celu zilustrowania istoty wynalazku w tabli¬ cy 2 zostaly podane przyklady szkiel wedlug wy¬ nalazku, które znajduja zastosowanie jako osrod¬ ki oprózniajace w akustycznym czlonie opóznia¬ jacym, a których sklady chemiczne sa podane w mol.*/« i wag.°/o. W tablicy tej podane zostaly rów¬ niez uzyskane nastepujace wlasnosci tych szkiel: a) predkosc rozchodzenia sie fal akustycznych Vsh w m/sek, b) zmiana ATC przy 20°C wspólczynnika tempe- At tAt w 10^V°C, c) zmiana czasu na 105. raturowego jako wynik obróbki cieplnej opóznienia TA w czesciach Dla porównania w tablicy 3 podane zostaly skla¬ dy chemiczne szkiel nie wedlug wynalazku, a któ¬ rych odpowiednie wlasnosci sa znacznie gorsze.Tablica 3 Sklad chemiczny Si02 PbO K20 Sb208 Vsh (m/sek) ATC (X 10-^/°C) TA(X 10-5) 5 mol.°/o | wag.°/o 75,0 16,1 8,6 0,3 50,1 39,9 9,0 1,0 2500 —10 +5 6 mol.°/oi | wag.% 82,2 7,5 10,0 0,3 64,6 21,9 12,3 1,2 2900 —20 i + 10 Podane przykladowo w tablicy 2 szkla wykazuja ten sam czas x opózniania w temperaturze 20°C co i w temperaturze 80°C. Nie oznacza to jednakze, ie dla kazdej temperatury w tych granicach wyka¬ zuja one ten sam czas opózniania, gdyz wspólczyn¬ nik temperaturowy jest w przyblizeniu liniowa funkcja temperatury, tak ze zmiana czasu opóznie¬ nia moze byc w przyblizeniu przedstawiona równa¬ niem: At — =C(T- ¦V gdzie C ma mniej wiecej wartosc +0,3X10-6/°C*.Dla podanych w tablicy 2 szkiel temperatura TQ wynosi okolo 50°C, ale za pomoca nieznacznych zmian w skladzie chemicznym szkla w obrebie granic wedlug wynalazku temperatura ta moze byc zwiekszona lub zmniejszona, zgodnie z wyma¬ ganym zakresem temperatur roboczych. Ponadto zachowanie sie temperaturowe piezoelektrycznego przetwornika albo tez warstw lutowia wymaga specjalnego dostosowania temperatury TQ. W ta¬ blicy 4 podano, w jaki sposób moze odbywac sie to dostosowywanie za pomoca nieznacznych zmian stosunku PbO/SiOf przy stalej zawartosci K20.Nie nalezy jednakze zalecac calkowitego lub cze- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 sciowego zastapienia tlenku potasowego KsO przez inny tlenek metalu alkalicznego, na przyklad przez Li20 lub Na,0, poniewaz pogorsza to bowiem sta¬ bilnosc szkla zarówno odnosnie obróbki termicznej (chlodzenia), jak i odnosnie opózniania termicznego (histerezy) przy stosunkowo niskich temperaturach; Zwlaszcza wskutek jednoczesnego wystepowania rozmaitych tlenków metali alkalicznych zwieksza sie ta niestabilnosc. Równiez pogarsza sie jakosc mechaniczna jezeli K20 zastapi sie innym tlen¬ kiem metalu alkalicznego. Okazalo sie, ze dopusz¬ czalne moze byc zanieczyszczenie przez Na20 w ilosci co najwyzej 0,5 mol.°/o.Stwierdzono równiez, ze czesciowe zastapienie PbO innym tlenkiem dwuwartosciowego metalu, a mianowicie tlenkami CaO, SrO, BaO, i MgO, az do ilosci 5 mol.°/o nie ma wplywu na akustyczne wlasnosci szkla. Tego rodzaju zastapienie moze byc nieraz korzystne dla polepszenia wlasnosci wyto- powych szkla. PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe Akustyczny czlon opózniajacy z srodowiskiem opózniajacym, skladajacym sie ze szkla, które jako skladniki zawiera dwutlenek krzemu Si02, tlenek olowiawy PbO i tlenki metali alkalicz¬ nych, na którego powierzchni umieszczone sa dwa przetworniki, przeznaczone do przetwarza¬ nia elektrycznego sygnalu wejsciowego na sy¬ gnal akustyczny oraz do przetwarzania tego sygnalu akustycznego na elektryczny sygnal wyjsciowy, znamienny tym, ze jego szklo ma nastepujacy sklad chemiczny w mol.e/o: Si02 PbO Na2 + KfO NafO najwyzej Sb2Os + As2Os najwyzej 70—78 15—30, 0—7 0,5 0,5 przy czym co najwyzej 5 mol^/o tlenku olowiawego (PbO) mozna zastapic co najmniej jednym z naste¬ pujacych tlenków: MgO, BaO, CaO i SrO.

2. Akustyczny czlon opózniajacy wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jego szklo ma nastepujacy sklad chemiczny w mol/1/©: SiQ2 PbO 73—76 18—27, przy czym co najwyzej 5 moL-% tlenku olowiawego (PbO) mozna zastapic co najmniej jednym z naste¬ pujacych tlenków: MgO, BaO, CaO i SrO. Na20 + K20 Na20 najwyzej Sb2Oa + As2Oa 65 najwyzej 0—7 0,5 0,554367 Tablica 4 Sklad chemiczny Si02 PbO K2C TQ (OC) 2 mol. °/o 75,6 20,1 4,0 0,3 7 wag. ia/o| mol. % wag. l?/o 47,8 47,3 4,0 0,9 74,7 21,0 4,0 [ 0,3 46,6 48,6 3,9 0,9 70 50 8 mol. °/o | wag. °/o 73,9 21,8 4,0 0,3 45,5 49,8 3,9 0,9 30 9 mol. °/o 73,0 22,7 4,0 0,3 wag. Vo 44,2 51,1 3,8 0,9 10 WDA-l. Zam. 1357/67. Nakl. 400 egz. PL