RU187662U1

RU187662U1 - Piezoelectric Acoustic Damper

Info

Publication number: RU187662U1
Application number: RU2018126989U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Чижиков; Владимир Яковлевич Молчанов; Александр Ильич Чижиков
Original assignee: Сергей Иванович Чижиков
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2019-03-14

Abstract

Полезная модель относится к элементам поглощения отраженных объемных акустических волн в прозрачных звукопроводах.The utility model relates to absorption elements of reflected volumetric acoustic waves in transparent sound ducts.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение температуры устройства. The technical result of the proposed utility model is to reduce the temperature of the device.

Полезная модель реализуется следующим образом. Генератор 3 создает электрический импульс и передает его пьезопреобразователю 4, который преобразует его в акустический сигнал, который распространяется по звукопроводу 8. Акустический пучок 7 (представляющий собой совокупность акустических сигналов, полученных от пьезопреобразователя 4), отражаясь от входной оптической грани 2 (одновременно являющейся отражающей акустической гранью) и проходя по звукопроводу 8, взаимодействует с входным световым лучом 1 с образованием дифрагированного луча 11, выходящим через выходную оптическую грань 9 совместно с недифрагированным лучом 10. При этом акустический пучок 7 отражается от выходной оптической грани 9 (одновременно являющейся отражающей акустической гранью) и улавливается пьезоэлектрическим акустическим демпфером. Акустические волны вызывают возникновение на больших поверхностях пьезопластины 6 электрических зарядов противоположного знака. В результате возникновения разности потенциалов между соответствующими электродами, между ними возникает электрический ток, проходящий через электрическую нагрузку 5. В результате энергия акустических волн преобразуется в тепловую энергию в электрической нагрузке 5, т.е. удаленно от звукопровода 8. Таким образом, облегчается поддержание заданного температурного режима акустооптического устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

The utility model is implemented as follows. The generator 3 generates an electric pulse and transmits it to the piezoelectric transducer 4, which converts it into an acoustic signal, which propagates through the sound duct 8. The acoustic beam 7 (which is a set of acoustic signals received from the piezoelectric transducer 4), reflected from the input optical face 2 (which is also reflective acoustic face) and passing through the sound pipe 8, interacts with the input light beam 1 with the formation of the diffracted beam 11, which leaves the output optical face 9 together with the undiffracted beam 10. In this case, the acoustic beam 7 is reflected from the output optical face 9 (which at the same time is the reflective acoustic face) and is captured by the piezoelectric acoustic damper. Acoustic waves cause the appearance on the large surfaces of the piezoelectric plate of 6 electric charges of the opposite sign. As a result of the potential difference between the respective electrodes, an electric current flows between them through the electric load 5. As a result, the energy of the acoustic waves is converted into thermal energy in the electric load 5, i.e. remotely from the sound duct 8. Thus, it is easier to maintain a given temperature regime of the acousto-optical device. 2 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к элементам поглощения отражённых объёмных акустических волн в прозрачных звукопроводах.The utility model relates to absorption elements of reflected volumetric acoustic waves in transparent sound ducts.

Уровень техникиState of the art

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является поглотители, описанные в источнике Романовский М.Н. Проектирование фильтров на ПАВ: руководство к практическим занятиям и самостоятельной работе по дисциплине «Интегральные устройства радиоэлектроники». – Томск: ТУСУР, 2016, 21 с., с.12. В разделе 6 «Материалы ВШП и поглотителей» описаны демпферы и материалы, используемые в них. Демпферы представляют собой средства подавления отражения акустических волн в звукопроводах. В качестве материала акустических демпферов можно применять материалы на основе эпоксидных смол, а также элементоорганических каучуков и их смесей. Наиболее технологичными из них и обладающими хорошими поглощающими свойствами являются кремнийорганические компаунды. Толщина демпферов обычно находится в пределах (0,1÷0,8) мм. Для устранения отражений акустический демпфер размещают на торце звукопровода или на участке рабочей поверхности непосредственно за преобразователем. The closest technical solution (prototype) is the absorbers described in the source Romanovsky M.N. Designing filters for SAWs: a guide to practical exercises and independent work on the discipline "Integrated Radio Electronics Devices". - Tomsk: TUSUR, 2016, 21 p., P. 12. Section 6, “IDT Materials and Absorbers,” describes dampers and the materials used in them. Dampers are a means of suppressing the reflection of acoustic waves in sound ducts. As the material of acoustic dampers, materials based on epoxy resins, as well as organoelement rubbers and their mixtures can be used. The most technologically advanced of them and having good absorbing properties are organosilicon compounds. The thickness of the dampers is usually in the range (0.1 ÷ 0.8) mm. To eliminate reflections, an acoustic damper is placed at the end of the sound duct or on a portion of the working surface directly behind the transducer.

Недостатком прототипа является постепенное повышение температуры демпфера и основного устройства за счёт преобразования энергии акустических волн в тепловую. Стабилизация температурного режима является необходимым условием корректной работы устройств, использующих звуковые волны, в особенности акустооптических.The disadvantage of the prototype is the gradual increase in temperature of the damper and the main device due to the conversion of the energy of acoustic waves into heat. Stabilization of the temperature regime is a prerequisite for the correct operation of devices using sound waves, especially acousto-optical.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение нагрева устройства, возникающего при поглощении УЗ-волны, поскольку локальный нагрев кристалла приводит к изменению, как акустических и фотоупругих, так и оптических свойств, и как следствие, к изменению выходных параметров прибора вплоть до разрушения. The technical result of the proposed utility model is to reduce the heating of the device that occurs when the ultrasonic wave is absorbed, since local heating of the crystal leads to a change in both acoustic and photoelastic and optical properties, and as a result, to a change in the output parameters of the device up to destruction.

Поставленный технический результат достигается за счёт того, что в пьезоэлектрическом акустическом демпфере, содержащем слой твёрдого материала, выполненный в виде пьезопластины с двумя поверхностями большей площади, одна из поверхностей предназначена для присоединения к звукопроводу, а другая расположена в противоположной от неё стороне, на большие поверхности пьезопластины нанесены электроды, причём электроды соединены с согласованной электрической нагрузкой; активная часть которой не имеет теплового контакта с рабочим телом прибора.The technical result is achieved due to the fact that in a piezoelectric acoustic damper containing a layer of solid material made in the form of a piezoelectric plate with two surfaces of a larger area, one of the surfaces is designed to connect to the sound duct, and the other is located on the opposite side from it, on large surfaces piezoelectric plates are applied electrodes, and the electrodes are connected with a coordinated electrical load; the active part of which does not have thermal contact with the working fluid of the device.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Полезная модель поясняется чертежом, на котором показано схематично устройство с использованием пьезоэлектрического акустического демпфера.The utility model is illustrated in the drawing, which shows schematically a device using a piezoelectric acoustic damper.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

На фигурах обозначены: входной световой луч 1, входная оптическая грань 2, генератор 3, пьезопреобразователь 4, электрическая нагрузка 5, пьезопластина 6, акустический пучок 7, звукопровод 8, выходная оптическая грань 9, недифрагированный луч 10, дифрагированный луч 11.The figures indicate: input light beam 1, input optical face 2, generator 3, piezoelectric transducer 4, electric load 5, piezoelectric plate 6, acoustic beam 7, sound duct 8, output optical face 9, non-diffracted beam 10, diffracted beam 11.

Наиболее распространёнными устройствами с применением пьезоэлектрического акустического демпфера являются ультразвуковые линии задержки и различные акустооптические устройства. Далее приведён пример применения пьезоэлектрического акустического демпфера в адаптивной дисперсионной оптической линии задержки.The most common devices using a piezoelectric acoustic damper are ultrasonic delay lines and various acousto-optical devices. The following is an example of the application of a piezoelectric acoustic damper in an adaptive dispersive optical delay line.

Основными элементами адаптивной дисперсионной оптической линия задержки являются генератор 3, пьезопреобразователь 4, звукопровод 8, пьезоэлектрический акустический демпфер.The main elements of an adaptive dispersive optical delay line are a generator 3, a piezoelectric transducer 4, a sound duct 8, a piezoelectric acoustic damper.

Генератор 3 выполнен с обеспечением подачи электрического сигнала на пьезопреобразователь 4 с обеспечением возможности их дальнейшего преобразования в акустический сигнал.The generator 3 is configured to provide an electrical signal to the piezoelectric transducer 4 with the possibility of their further conversion into an acoustic signal.

Пьезопреобразователь 4 выполнен с обеспечением возможности преобразования электрического сигнала, полученного от генератора 3, в акустический сигнал. Пьезопреобразователь 4 выполнен обычным образом для данного вида устройств. В частном случае пьезопреобразователь 4 может быть выполнен из пластины ниобата лития. Пьезопреобразователь 4 установлен на звукопроводе 8 с обеспечением такого расположения акустического пучка 7, которое обеспечивает возникновение брэгговской дифракции входного светового луча (оптического луча) 1 на акустическом пучке 7. The piezoelectric transducer 4 is configured to convert an electrical signal received from the generator 3 into an acoustic signal. The piezoelectric transducer 4 is made in the usual way for this type of device. In the particular case of the piezoelectric transducer 4 may be made of a plate of lithium niobate. The piezoelectric transducer 4 is installed on the sound pipe 8 with such an arrangement of the acoustic beam 7, which ensures the occurrence of Bragg diffraction of the input light beam (optical beam) 1 on the acoustic beam 7.

Звукопровод 8 может быть выполнен на основе различных кристаллов, используемых в акустооптике. Для обеспечения наиболее эффективного управления фемтосекундным излучением, а именно для достижения высокой эффективности дифракции, высокого спектрального разрешения и большего времени оптической задержки предлагается применять квазиколлинерную геометрию акустооптического взаимодействия в звукопроводе 8, выполненном из кристаллов каломели (Hg2Cl2) для инфракрасного диапазона спектра, парателлурита (TeO2) для видимой и инфракрасной частей спектра, фторида магния (MgF2) или дигидрофосфата калия, (KH2PO4)– KDP,– для ультрафиолетовой части спектра. Кроме того, возможно применение неколлинеарной геометрии в звукопроводе 8, выполненном из этих кристаллов или строго коллинеарной геометрии в звукопроводе 8, выполненном из кристаллов молибдата кальция (CaMoO4), TAS (Tl3AsSe3). Sound duct 8 can be made on the basis of various crystals used in acousto-optics. To provide the most effective control of femtosecond radiation, namely, to achieve high diffraction efficiency, high spectral resolution, and longer optical delay time, it is proposed to use the quasicoliner geometry of acousto-optic interaction in a sound pipe 8 made of calomel crystals (Hg2Cl2) for the infrared spectrum, paratellurite (TeO2) for the visible and infrared parts of the spectrum, magnesium fluoride (MgF2) or potassium dihydrogen phosphate, (KH2PO4) - KDP, - for the ultraviolet part of the spectrum pa In addition, it is possible to use non-collinear geometry in a sound pipe 8 made of these crystals or strictly collinear geometry in a sound pipe 8 made of crystals of calcium molybdate (CaMoO4), TAS (Tl3AsSe3).

Звукопровод 8имеет форму многоугольника с выходной оптической гранью 9 (одновременно является гранью акустического отражения), параллельной входной оптической грани 2 (одновременно является гранью акустического отражения). The sound path 8 has the shape of a polygon with an output optical face 9 (at the same time it is an acoustic reflection face) parallel to the input optical face 2 (at the same time it is an acoustic reflection face).

Пьезоэлектрический акустический демпфер состоит из пьезопластины 6 с электродами и подключённой к ним электрической нагрузкой 5 (например, омической).The piezoelectric acoustic damper consists of a piezoelectric plate 6 with electrodes and an electrical load 5 connected to them (for example, ohmic).

Пьезопластина 6 обеспечивает возможность преобразования звукового сигнала, полученного из звукопровода 8, в электрическоенапряжение. Пьезопластина 6выполнена обычным образом для данного вида устройств. В частном случае пьезопластина 8 может быть выполнена из ниобата лития. На больших поверхностях пьезопластины 6 размещены электроды, подсоединённые к электрической нагрузке 5. The piezoelectric plate 6 provides the ability to convert the audio signal received from the sound pipe 8, in the electrical voltage. Piezo plate 6 is made in the usual way for this type of device. In the particular case of piezoplastin 8 can be made of lithium niobate. On the large surfaces of the piezoelectric plate 6 placed electrodes connected to an electrical load 5.

Электрическая нагрузка 5 представляет собой средство для отведения энергии (тепловой) от звукопровода 8. В качестве электрической нагрузки 5 для данного вида устройств применяют активную (омическую) нагрузку. The electric load 5 is a means for diverting energy (thermal) from the sound pipe 8. As an electric load 5, an active (ohmic) load is used for this type of device.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Полезная модель реализуется следующим образом. Изготавливают звукопровод 8 из описанных выше материалов заданной конфигурации. На заданных гранях звукопровода 8 размещают пьезопроеобразователь 4 и пьезопластину 6 с электродами. К пьезопреобразователю 4 подключают генератор 3. К электродам подключают электрическую нагрузку 5, в частности согласованную, т.е. такую, характер электрического сопротивления которой позволяет поглотить максимальную долю энергии. Напротив входной оптической грани 2 звукопровода 8 располагают источник светового сигнала.The utility model is implemented as follows. A sound duct 8 is made of the above-described materials of a given configuration. On the given faces of the sound duct 8, a piezoelectric transducer 4 and a piezoelectric plate 6 with electrodes are placed. A generator 3 is connected to the piezoelectric transducer 4. An electric load 5, in particular a coordinated one, i.e. such, the nature of the electrical resistance of which allows you to absorb the maximum share of energy. Opposite the input optical face 2 of the sound duct 8, a light signal source is disposed.

Генератор 3 создаёт электрический импульс и передаёт его пьезопреобразователю 4, который преобразует его в акустический сигнал, который распространяется по звукопроводу 8. Акустический пучок 7 (представляющий собой совокупность акустических сигналов, полученных от пьезопреобразователя 4), отражаясь от входной оптической грани 2 (одновременно являющейся отражающей акустической гранью) и проходя по звукопроводу 8, взаимодействует с входным световым лучом 1 с образованием дифрагированного луча 11, выходящим через выходную оптическую грань 9 совместно с недифрагированным лучом 10. При этом акустический пучок 7 отражается от выходной оптической грани 9 (одновременно являющейся отражающей акустической гранью) и улавливается пьезоэлектрическим акустическим демпфером. Акустические волны вызывают возникновение на больших поверхностях пьезопластины 6 электрических зарядов противоположного знака. В результате возникновения разности потенциалов между соответствующими электродами, между ними возникает электрический ток, проходящий через электрическую нагрузку 5. В результате энергия акустических волн преобразуется в тепловую энергию в электрической нагрузке 5, т.е. удалённо от звукопровода 8. Таким образом, облегчается поддержание заданного температурного режима акустооптического устройства.The generator 3 generates an electric pulse and transmits it to the piezoelectric transducer 4, which converts it into an acoustic signal that propagates through the sound duct 8. The acoustic beam 7 (which is a set of acoustic signals received from the piezoelectric transducer 4), reflected from the input optical face 2 (which is also reflective acoustic face) and passing through the sound pipe 8, interacts with the input light beam 1 with the formation of the diffracted beam 11, which leaves the output optical face 9 together with the undiffracted beam 10. In this case, the acoustic beam 7 is reflected from the output optical face 9 (which at the same time is the reflective acoustic face) and is captured by the piezoelectric acoustic damper. Acoustic waves cause the appearance on the large surfaces of the piezoelectric plate of 6 electric charges of the opposite sign. As a result of the potential difference between the respective electrodes, an electric current flows between them through the electric load 5. As a result, the energy of the acoustic waves is converted into thermal energy in the electric load 5, i.e. remote from the sound duct 8. Thus, it is easier to maintain a given temperature regime of the acousto-optical device.

Таким образом, выполнение устройства описанным выше образом обеспечивает поддержание заданного температурного режима акустооптического устройства, за счёт преобразования энергии акустических волн в тепловую энергию удалённо от звукопровода 8.Thus, the implementation of the device in the manner described above ensures the maintenance of a given temperature regime of the acousto-optical device, due to the conversion of the energy of acoustic waves into thermal energy remotely from the sound pipe 8.

Claims

1. A piezoelectric acoustic damper containing a layer of solid material made in the form of a piezoelectric plate with two surfaces of a large area, one of the surfaces is designed to connect to the sound duct, and the other is located on the opposite side from it, electrodes are deposited on large surfaces of the piezoelectric plate, and the electrodes are connected to electrical load.

2. The piezoelectric acoustic damper according to claim 1, characterized in that the electrical load is made active.

3. The piezoelectric acoustic damper according to claim 1, characterized in that the electrical load is electrically coordinated.