RU18655U1 - Ультразвуковой пьезокерамический излучатель - Google Patents
Ультразвуковой пьезокерамический излучатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU18655U1 RU18655U1 RU2000132927/20U RU2000132927U RU18655U1 RU 18655 U1 RU18655 U1 RU 18655U1 RU 2000132927/20 U RU2000132927/20 U RU 2000132927/20U RU 2000132927 U RU2000132927 U RU 2000132927U RU 18655 U1 RU18655 U1 RU 18655U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultrasonic transducer
- active zone
- ultrasonic
- resonant frequency
- matching
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Ультразвуковой пьезокерамический излучатель, представляющий собой ультразвуковой преобразователь, содержащий соединенные стяжным элементом отражающую накладку, активную зону из пьезокерамических кольцевых пластин, разделенных контактными электродами, и излучающую накладку, соединенную с согласующим промежуточным элементом, отличающийся тем, что активная зона ультразвукового преобразователя удовлетворяет соотношениюгде h- ширина активной зоны УЗ-преобразователя;f- резонансная частота УЗ-преобразователя;С - скорость распространения звуковой волны по пьезоматериалу активной зоны,а согласующий элемент удовлетворяет условиюf=(0,93-0,97)f,где f- резонансная частота согласующего промежуточного элемента;f- резонансная частота УЗ-преобразователя.
Description
2000132927
-о . -г
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ
Полезная модель относится к области получения или передачи механических колебаний дозвуковой, звуковой или сверхзвуковой частоты и может быть использовано в любых техпроцессах, идущих с применением ультразвука.
Известны ультразвуковые пьезокерамические преобразователи типа Ланжевена 1-3. Этот тип преобразователей представляет собой мозаику, набранную из кусков кварца у-среза и заключенную между двумя металлическими пластинами.
Недостатками пьезокерамических преобразователей данного типа являются нетехнрлогичность конструкции, обусловленная сложностью сборки и малая мощность.
Известен также излучатель типа «сэндвич 4, наиболее близкий к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту. Он представляет собой ультразвуковой преобразователь, содержащий соединенные стяжным элементом (например, болтом или шпилькой) отражающую накладку, активную зону, состоящую из кольцевых пьезокерамических пластин, разделенных контактными электродами, и излучающую накладку, соединенную с согласующим промежуточным элементом (волноводом, бустером), передающим акустические волны к акустическому инструменту.
Излучатели типа «сэндвич свободны от недостатков излучателей типа Ланжевена, описанных выше. Они просты в сборке и изготовлении, однако на повышенных частотах (свыше 20 кГц) резко возрастают потери в активной зоне, что приводит к повышенному разогреву пьезокерамического материала и снижению электроакустической эффективности УЗ-излз ателя в целом.
М. Кл. В06 в 3/00
Поставленная задача решена за счет того, что в ультразвуковом ньезокерамическом излучателе, представляющем собой УЗ-преобразователь, содержащий соединенные стяжным элементом отражающую накладку, активную зону из пьезокерамических кольцевых пластин, разделенных контактными электродами, и излзчающую накладку, соединенную с согласующим промежуточным элементом, ширина активной зоны УЗпреобразователя удовлетворяет соотношению:
где с - скорость распространения звуковой волны по пьезоматериалу активной зоны;
fп - резонансная частота УЗ-преобразователя, а согласующий промежуточный элемент удовлетворяет условию:
f,.,. 0,93-0,97f,
где fс.э - резонансная частота согласующего элемента;
fn - резонансная частота УЗ-преобразователя.
Ограничение на ширину активной зоны в зависимости от частоты возбуждаемых колебаний и материала пьезокерамики введено в силу следующих соображений.
Конструирование пьезокерамических излучателей предполагает в качестве одного из базовых допущений излучаюшую плоскость, а не излучающий объем. При конструировании учитываются свойства пьезоматериала - плотность, скорость распространения звуковой волны, модуль Юнга и т. п., но как активный излучающий элемент выбирается плоскость (обычно в центре активной зоны).
Фактически же излучает волну каждая плоскость обьема пьезоактивного материала по ширине активной зоны, причем все они излучают колебания синфазно в соответствии с подачей возбуждающего электрического сигнала.
,
Очевидно, что, если взять две крайние плоскости активной зоны, то при распространении возбужденной волны от одной плоскости до другой происходит какое-то время, определяемое шириной активной зоны и скоростью распространения звуковой волны по материалу. Это время определяет фазовый сдвиг между волной, пришедшей от противоположного края активной зоны и волной, возбуждаемой излучающей плоскостью ближнего края активной зоны. В соответствие с фазовым сдвигом происходит наложение одной возбуждаемой волны на другую. Уровень затухания результирующего сигнала определяется для двух плоскостей достаточно просто:
А Sin(a)f + ф) + А Sinrof 2А Sin
(of+ cof+ ф
.Cos 2A.SinLf + Icos
2I 2j 2
Очевидно, что уровень затухания определяется косинусом половинного угла фазового сдвига. (При сдвиге в 180 сигналы оказываются в противофазе и фактически компенсируют друг друга).
С другой стороны, величина фазового сдвига может быть определена через ширину активной зоны и длину волны возбуждаемых в ней УЗколебаний
Если задать ограничение по величине потерь сигнала в активной зоне на уровне 10 % т.е. Cos ф 0,9 что соответствует ,86 рад, то
, 0,86 h с
- л г
г , и возникает естественное ограничение на ширину активной
зоны в зависимости от частоты возбуждаемых колебаний и материала пьезокерамики.
С другой стороны, передача акустических волн от ультразвукового пьезокерамического преобразователя к акустическому инструменту либо технологической нагрузке осуществляется с помощью промежуточных
27rf-h 2Tifh
А,с
согласующих элементов (волноводов, бустеров). При этом резонансная частота согласующего элемента должна соответствовать резонансной частоте УЗ-нреобразователя. Однако в процессе работы основные потери ультразвукового пьезокерамического излучателя сосредоточены в преобразователе частоты, там, где находятся пьезокерамические кольцевые пластины.
Поскольку потери в ультразвуковых пьезокерамических преобразователях составляют от 3 % до 7 % в зависимости от режима эксплуатации, наибольшая эффективность работы ультразвукового пьезокерамического излучателя в целом достигается при следз ющем соотношении частоты входящих в него преобразователя и согласующего промежуточного элемента:
Сущность технического решения поясняется чертежом, где изображена полуконструктивная схема заявляемого излучателя, состоящего из ультразвукового пьезокерамического преобразователя и согласующего промежуточного элемента, служащего для передачи акустических волн от УЗ-преобразователя к инструменту.
Ультразвуковой пьезокерамический преобразователь содержит: отражающую накладку 1, активную зону, выполненную из кольцевых пьезокерамических пластин 2, разделенных контактными электродами 3 и излучающую накладку 4. Отражающая накладка, активная зона и излучающая накладка соединены между собой болтом или шпилькой.
Излучающая накладка 4 соединена с промежуточным согласующим элементом 6, который предназначен для передачи акустических волн от ультразвукового пьезокерамического преобразователя к акустическому инструменту.
Работа ультразвукового пьезокерамического излучателя осуществляется следующим образом.
f,, 0,93-0,.
На контактные электроды 3 подается переменное напряжение, которое возбуждает в пьезокерамических кольцевых пластинах 2 акустическую волну, вследствие пьезоэлектрического эффекта. Параметры этой волны определяются возбуждающим напряжением, свойствами пьезоматериала, его геометрическими размерами. Возбужденная акустическая волна, распространяясь в обе стороны от активной зоны, проходит в одну сторону через отражающую накладку и, отражаясь от ее торца, возвращается через активную зону в излучающую накладку 4, где, накладываясь на прямую волну, усиливает ее и затем через промежуточный согласующий элемент 6, обеспечивающий кроме того крепление УЗ-излучателя, поступает к ультразвуковому волноводу - инструменту, обеспечивающему непосредственное технологическое воздействие на рабочую среду.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет за счет вводимых ограничений обеспечить более эффективное преобразование электрической энергии в энергию ультразвуковых колебаний, путем уменьшения потерь в активной зоне и более точного согласования частот преобразователя с согласующим промежуточным устройством.
Источники информации:
1.Е. Кикучи Ультразвуковые преобразователи. М: Издательство «Мир, 1972,424с.
2.Заявка ФРГ № 2711306 МКИ В06В 3/00
3.Заявка Японии №56-18265 МКИ В06В 3/00
4.С.С. Волков, Б.Я. Черняк Сварка пластмасс ультразвуком. М.: Химия, 1986 г, 256 с.
уию{}(:)
- (
Claims (1)
- Ультразвуковой пьезокерамический излучатель, представляющий собой ультразвуковой преобразователь, содержащий соединенные стяжным элементом отражающую накладку, активную зону из пьезокерамических кольцевых пластин, разделенных контактными электродами, и излучающую накладку, соединенную с согласующим промежуточным элементом, отличающийся тем, что активная зона ультразвукового преобразователя удовлетворяет соотношению
где hа.з - ширина активной зоны УЗ-преобразователя;
fп - резонансная частота УЗ-преобразователя;
С - скорость распространения звуковой волны по пьезоматериалу активной зоны,
а согласующий элемент удовлетворяет условию
fс.э=(0,93-0,97)fп,
где fс.э - резонансная частота согласующего промежуточного элемента;
fп - резонансная частота УЗ-преобразователя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000132927/20U RU18655U1 (ru) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | Ультразвуковой пьезокерамический излучатель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000132927/20U RU18655U1 (ru) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | Ультразвуковой пьезокерамический излучатель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU18655U1 true RU18655U1 (ru) | 2001-07-10 |
Family
ID=48278364
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000132927/20U RU18655U1 (ru) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | Ультразвуковой пьезокерамический излучатель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU18655U1 (ru) |
-
2000
- 2000-12-26 RU RU2000132927/20U patent/RU18655U1/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6772490B2 (en) | Method of forming a resonance transducer | |
GB2035009A (en) | Transducer horns | |
US7262542B2 (en) | Ultrasound radiation device into a material | |
JP3062170B2 (ja) | 音響変換装置 | |
RU18655U1 (ru) | Ультразвуковой пьезокерамический излучатель | |
US6072263A (en) | Surface acoustic wave transducing device | |
JP3708226B2 (ja) | 流速測定装置 | |
RU2224250C2 (ru) | Ультразвуковой низкочастотный композиционный преобразователь с переключением типа волн | |
JP3538817B2 (ja) | 複数周波数発射可能な水中送受波装置 | |
JPH09271098A (ja) | 電気音響変換器 | |
JP2004312394A (ja) | パラメトリックスピーカ用電気音響変換器およびパラメトリックスピーカ | |
SU547975A1 (ru) | Пьезоэлектрический преобразователь | |
JPH1114649A (ja) | 流速測定装置 | |
JPS63234949A (ja) | 超音波トランスデユ−サ | |
SU845129A1 (ru) | Акустический преобразователь | |
SU1378929A1 (ru) | Пьезоэлектрический преобразователь | |
US5760523A (en) | Surface acoustic wave transducing device | |
JP2002281584A (ja) | 超音波トランスデューサ | |
JPH0832110B2 (ja) | 超音波探触子 | |
JP2812309B2 (ja) | 板状振動体及び板状振動体を用いた送波器 | |
SU491413A1 (ru) | Электроакустический преобразователь | |
JP2972857B2 (ja) | 屈曲振動型送受波器アレイ | |
RU2127474C1 (ru) | Ультразвуковой преобразователь на изгибных колебаниях для газовых сред | |
SU460897A1 (ru) | Способ возбуждени изгибных колебаний в инструменте | |
SU685354A1 (ru) | Резонансный электромеханический преобразователь |