RU155924U1 - Устройство для преобразования акустических волн в электроэнергию - Google Patents

Abstract

Устройство для преобразования акустических волн в электроэнергию, содержащее гладкие пьезокерамические пластины, отличающееся тем, что имеет основу в виде пластмассового каркаса, в котором жестко закреплены указанные пьезокерамические пластины, при этом на внешнюю сторону, обращенную к акустической волне, каждой пьезокерамической пластины нанесен слой полимера и тыльная сторона снабжена отводящим тонкопленочным проводником.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к способам преобразования звуковых колебаний в электрический сигнал, и может быть использована вблизи автострад, метрополитенов, железнодорожных путей, аэродромов, промышленных предприятий с повышенной интенсивностью шума (80-150 дБ).

Известен пьезоэлемент, который предназначен для использования в качестве ультразвукового преобразователя, состоящий из нескольких слоев пористой пьезокерамики, размещенных один на другом, с электродами, расположенными между ними. Каждый слой пористой пьезокерамики изготовлен путем протягивания пластиковой пленки сквозь сосуд, который содержит керамический шликер, смешанный с зернами полимера. Стопка из пленки впоследствии прессуется и обжигается. В пределах каждого слоя пористая пьезокерамика имеет перепад пористости, при этом на граничных поверхностях пористость минимальна для улучшения контакта с электродами [DE 4029972 А1, МПК H01L 41/083, H01L 41/277, H01L 41/22, H04R 17/00, опубл. 26.03.1992].

Недостатками известного технического устройства являются слоистое расположение пьезокерамики, так как при микродеформации амплитуда движение вышележащего слоя будет резкозатухающей, использование электродов для снятия электрических зарядов, и обжигание стопки, что ведет к уменьшению поверхностного заряда на пьезокерамике.

Известен дисковый пластинчатый пьезоэлектрический преобразователь, содержащий два биморфных пьезоэлектрических элемента, пассивные части которых сварены вместе, а пьезокерамические пластины через герметизирующую мембрану находятся в акустическом контакте с окружающей средой [US 5675556 А, МПК H04R 5/00, опуб. 107.10.1997].

Недостатками известного технического устройства являются недостаточная защищенность от ударных воздействий и недостаточная чувствительность, так как зажатый по кромке биморфный пьезоэлемент - простое, но неоптимальное конструктивное решение, снижающее эффективную поверхность пьезопреобразователя. Другие известные способы герметизации, например с помощью сильфона, также не обеспечивают достаточную ударозащищенность преобразователя.

Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в том, чтобы повысить эффективность и качество снятия поляризации (электрических зарядов) с пьезокерамических пластин и увеличить их эксплуатационные свойства.

Техническим результатом являться повышение эффективности и качества снятия поляризации (электрических зарядов) с пьезокерамических пластин, увеличение эксплуатационных свойств пьезокерамических пластин.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для преобразования акустических волн в электроэнергию, содержащим гладкие пьезокерамические пластины, новым является, что устройство имеет основу в виде пластмассового каркаса, в котором жестко закреплены указанные пьезокерамические пластины, при этом на внешнюю сторону каждой пьезокерамической пластины нанесен слой полимера, а тыльная сторона пьезокерамической пластины снабжена отводящим тонкопленочным проводником.

Поставленная задача решается тем, что поверхность пьезокерамических пластин выполнена гладкой форме (отсутствует в патенте DE 4029972), на поверхность пьезокерамических пластин методом распыления нанесен слой полимера, который повышает поглощающую характеристику пьезокерамических пластин (отсутствует в патентах US 5675556 и DE 4029972), использование тонкопленочного напыления, вместо электрода для снятия электрических зарядов (отсутствует в патентах US 5675556 и DE 4029972), установка пьезокерамических пластин в каркасе, где боковые грани пластин будут плотно зафиксированы, для обеспечения одноосной деформации пьезоматериала (отсутствует в патентах US 5675556 и DE 4029972).

Технический результат достигается за счет того, что: расположенные в каркасе пластины могут деформироваться лишь одноосно, что увеличивает эффективность поляризации и защищает устройство от внешних повреждений, использование гладкой формы с нанесенным полимером увеличивает характеристику поглощения энергии и увеличивает срок эксплуатации пьезокерамических пластин, также является более простым для обеспечения функционирования устройства, использование тонкопленочного проводника увеличивает эффективность снятия электрических зарядов за счет отсутствия потерь на сопротивление по сравнению с использованием электродов, где потери на снятие значительно больше.

На фиг. 1 изображен пластмассовый каркас 1 со вставленными пьезокерамическими пластинами 2 (например, кварцевые пластины), направленными внешней стороной (поверхностью) на звуковую волну.

На фиг. 2 изображена пьезокерамическая пластина 2 с нанесенным на нее слоем 3 полимера (например: полимер из силиконового каучука, изопренового каучука, или полиуретана, или другого подобного материала), отходящим тонкопленочным проводником 4 (например, выполненным в виде медного тонкопленочного напыления, нанесенного способом магнетронного распыления), стрелками показано направления распространения звуковых (акустических) волн.

Устройство для преобразования акустических волн в электроэнергию работает следующим образом.

Пьезокерамические пластины 2, жестко закрепленные в пластмассовом каркасе 1, поглощают акустические волны, лежащие в интервале 80-150 дБ. данный интервал обусловлен местом расположения устройства: автомагистрали, метрополитены, железнодорожные пути, аэродромы. Максимальное поглощение акустической волны обуславливается нанесением слоя 3 полимера на пластины 2. После поглощения акустической волны пластины 2 начинают совершать микроколебания, под действием которых на концах пластин образуется разность потенциалов, обусловленная прямым пьезоэлектрическим эффектом. Затем разность потенциалов снимается с пьезокерамических пластин 2 тонкопленочными проводниками 4, соединенных в общую электрическую схему. После, снятое напряжение, идет на основе снятия напряжения с солнечных батарей, а именно, полученное напряжение по проводам поступает на выпрямитель, после которого, полученная электроэнергия накапливается в аккумуляторе.

Claims (1)

1. Устройство для преобразования акустических волн в электроэнергию, содержащее гладкие пьезокерамические пластины, отличающееся тем, что имеет основу в виде пластмассового каркаса, в котором жестко закреплены указанные пьезокерамические пластины, при этом на внешнюю сторону, обращенную к акустической волне, каждой пьезокерамической пластины нанесен слой полимера и тыльная сторона снабжена отводящим тонкопленочным проводником.

   

Images