PL59234B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 10.111.1970 59234 KI. 21 a2, 8 MKP H 04 r A }(DZ UKD Twórca wynalazku: prof. Wincenty Pajewski Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Podstawowych Problemów Techniki), Warszawa (Polska) Szerokopasmowy mikrofon piezoelektryczny i Przedmiotem wynalazku jest szerokopasmowy mikrofon piezoelektryczny, przeznaczony do po¬ miaru fal akustycznych, ultradzwiekowych i hy- perdzwiekowych, wytwarzanych w gazach, cie¬ czach i cialach stalych.Mikrofon uzywany jest do pomiaru cisnienia akustycznego fali i w zwiazku z tym jego wy¬ miary powinny byc male w stosunku do dlugosci fali, gdyz tylko wtedy napiecie elektryczne po¬ wstajace w mikrofonie jest proporcjonalne do cisnienia akustycznego i nie zalezy od czestotli¬ wosci padajace fali.Warunek ten jest trudny do spelnienia w przy¬ padku fal ultradzwiekowych o czestotliwosci wyz¬ szej od 200 kHz, rozchodzacych sie w gazie lub cieczy. W tym przypadku najkorzystniejszym roz¬ wiazaniem jest zastosowanie mikrofonu plaskiego o elemencie piezoelektrycznym wykonanym z cien¬ kiej plytki piezoelektrycznej, ustawionej prosto¬ padle do kierunku rozchodzenia sie fali. Taki mi¬ krofon ma plaska charakterystyke skutecznosci zalezna od grubosci elementu. Czestotliwosc gra¬ niczna oblicza sie ze wzoru X [1] gdzie fr = czestotliwosc graniczna v = szybkosc rozchodzenia sie fali aku¬ stycznej w osrodku x = grubosc elementu piezoelektrycznego 15 20 25 30 Tak obliczana czestotliwosc graniczna odpowiada rezonansowi grubosciowemu plytki piezoelektrycz¬ nej. Jednakze, ze wzgledu na ograniczone mozli¬ wosci wykonania plytki odpowiednio cienkiej, za¬ kres charakterystyki skutecznosci obecnie znanych mikrofonów jest ograniczony od góry.Celem wynalazku jest rozszerzenie zakresu cha¬ rakterystyki skutecznosci mikrofonu na wyzsze czestotliwosci.Cel ten osiagnieto przez wykorzystanie cienkich warstw krysztalu piezoelektrycznego pólprzewod¬ nikowego.Istota wynalazku polega na tym, ze cienka war¬ stwa krysztalu jest warstwa piezoelektryka pól- przewodzacego trwale polaczona z podstawa stozka wykonanego z materialu nieprzewodzacego, dzieki czemu wytwarza ona napiecie na elektro¬ dach pod wplywem padajacej fali akustycznej.Przyklad wykonania szerokopasmowego mikro¬ fonu piezoelektrycznego wedlug wynalazku zo¬ stanie omówiony w oparciu o rysunek, gdzie fig. 1 przedstawia charakterystyke skutecznosci mikro¬ fonu, a fig. 2 przedstawia przekrój przez mikrofon.Jedna elektrode mikrofonu wedlug wynalazku stanowi monokrysztal pólprzewodnika przyciety w formie stozka 3 zwróconego podstawa w kie¬ runku padajacej fali akustycznej. Ksztalt taki na¬ dawany jest dlatego, ze wtedy najkorzystniej przebiega wytlumienie fali, która przeszla przez warstwe piezoelektryka 2. 5923459234 Druga elektroda mikrofonu jest cienka warstwa metaliczna 1 nalozona na warstwe piezoelektry- ka 2 lub warstwe pólprzewodnika pozbawionego nosników pradu przez dyfuzje obcych jonów, a to w tym celu by zmniejszyc jego przewodnosc elek¬ tryczna. Cienka warstwa piezoelektryka 2 napy¬ lona lub otrzymana na drodze dyfuzji nalozona jest na podstawe stozka 3. Grubosc tej warstwy moze zmieniac sie od kilku Angstremów do kilku mikrometrów. Najkorzystniejszymi materialami pólprzewodnikowymi do wykonania stozka 3 sa siarczek kadmu CdS, selenek kadmu Cd Se, tle¬ nek cynkowy Zn O itp.Mikrofon wedlug wynalazku ma opisane powy¬ zej elektrody umieszczone wewnatrz obudowy 4 wykonanej z materialu izolacyjnego, najkorzyst¬ niej z policzterofluoroetylenu (nazwa handlowa teflon). Do wyjscia mikrofonu dolaczony jest kabel wspólosiowy.Odmiana szerokopasmowego mikrofonu piezo¬ elektrycznego jest mikrofon wykonany w ten spo¬ sób, ze stozek 3 wykonany jest z monokrysztalu nieprzewodzacego, a na jego podstawie napylona jest dodatkowo warstwa metalu przewodzacego, spelniajaca taka sama role jak elektroda stozko¬ wa w rozwiazaniu podstawowym. Na te dodatko¬ wa warstwe nalozono warstwe epitaksjalna piezo- 5 elektryczna o duzej opornosci wlasciwej. Zaleta konstrukcji mikrofonu szerokopasmowego wedlug wynalazku jest to, ze przez uzycie tych samych materialów na stozek 3 i warstwe piezoelektryka 2 osiaga sie dopasowanie opornosci akustycznej war- io stwy piezoelektryka do opornosci akustycznej stozka 3. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Szerokopasmowy mikrofon piezoelektryczny do 15 pomiaru fal akustycznych, ultradzwiekowych i hy- perdzwiekowych zawierajacy element piezoelek¬ tryczny ustawiony prostopadle do kierunku roz¬ chodzenia sie fali, znamienny tym, ze element pie¬ zoelektryczny stanowi cienka warstwa piezoelek- 20 tryka (2) trwale polaczona z podstawa stozka (3) wykonanego z materialu nieprzewodzacego lub o bardzo malej przewodnosci wlasciwej. o,oi om Q040,o6mai 0,2 frai^edst 2 ' 4 'ieio" (* Fi o 1 Fia?. PZG w Pab., zam. 1577-69, nakl. 250 egz. PL