RU208855U1

RU208855U1 - Составной электроакустический преобразователь

Info

Publication number: RU208855U1
Application number: RU2021119892U
Authority: RU
Inventors: Антон Станиславович Ветров; Алексей Владимирович Краснов; Федор Федорович Легуша; Герман Анатольевич Никитин; Сергей Иванович Пугачев; Евгений Юрьевич Рытов
Original assignee: АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "КОНЦЕРН "МОРСКОЕ ПОДВОДНОЕ ОРУЖИЕ - ГИДРОПРИБОР" (АО "Концерн "МПО-Гидроприбор")
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2022-01-18

Abstract

Полезная модель относится к области приборостроения, а именно к конструкциям составных электроакустических преобразователей, содержащих пьезокерамические активные элементы.Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в составном электроакустическом преобразователе, включающем блок активных пьезокерамических элементов, изготовленных из пьезокерамического материала ЦТСтБС-2, соединенных между собой своими торцевыми поверхностями с помощью слоя отвержденного эпоксидного клея, содержащего неорганический дисперсный наполнитель, включающий пьезокерамический материал системы цирконата-титаната свинца, согласно полезной модели пьезокерамические элементы соединены с помощью слоя отвержденного эпоксидного клея, содержащего неорганический дисперсный наполнитель, включающий пьезокерамический материал ЦТСтБС-2.Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы заявляемого преобразователя, обусловленное улучшением его электрофизических характеристик. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области приборостроения, а именно к конструкциям составных электроакустических преобразователей, содержащих пьезокерамические активные элементы.

В электроакустике, в том числе в гидроакустике, широкое применение находят составные электроакустические преобразователи, представляющие собой конструкции, основным компонентом которых является блок соединенных между собой активных пьезокерамических элементов (далее пьезоэлементы), изготовленных из керамики на основе цирконата-титаната свинца [см., например, RU2554591, RU2552591].

Указанные пьезоэлементы соединены друг с другом своими торцевыми поверхностями с помощью слоя отверждаемого в процессе полимеризации эпоксидного клея. В частности, в приведенных выше технических решениях использован эпоксидный клей марки ДМ-5-65.

Известен составной электроакустический преобразователь [ж. Морские интеллектуальные технологии. №4-1, (46), 2019, с. 178-181], выбранный в качестве ближайшего аналога.

Данный преобразователь содержит блок кольцевых пьезокерамических активных элементов, изготовленных из пьезокерамического материала системы цирконата-титаната свинца, а именно из материала ЦТСтБС-2.

Пьезоэлементы соединены друг с другом своими торцевыми поверхностями с помощью слоя отвержденного эпоксидного клея, содержащего в качестве одного из неорганических дисперсных наполнителей также относящийся к системе цирконата-титаната свинца пьезокерамический материал ЦТБС-3.

В рассматриваемом преобразователе за счет близости химической природы материала пьезоэлементов и материала, используемого в составе эпоксидного клея неорганического дисперсного наполнителя, удалось достигнуть высокой стабильности электрофизических характеристик, о чем свидетельствует малый разброс значений электрофизических характеристик преобразователей в пределах одной изготавливаемой партии.

Проблемой, решаемой при реализации заявляемой полезной модели, является повышение эффективности работы электроакустического преобразователя за счет улучшения его электрофизических характеристик.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, в составном электроакустическом преобразователе, включающем блок активных пьезокерамических элементов, изготовленных из пьезокерамического материала ЦТСтБС-2, соединенных между собой своими торцевыми поверхностями с помощью слоя отвержденного эпоксидного клея, содержащего неорганический дисперсный наполнитель, включающий пьезокерамический материал системы цирконата-титаната свинца, согласно полезной модели пьезокерамические элементы соединены с помощью слоя отвержденного эпоксидного клея, содержащего неорганический дисперсный наполнитель, включающий пьезокерамический материал ЦТСтБС-2.

Материал ЦТСтБС-2, используемый для изготовления пьезоэлементов, обладает совокупностью свойств, обеспечивающих его успешное применение в электроакустике.

За счет использования в заявляемом преобразователе слоя отвержденного эпоксидного клея обеспечивается неразъемное прочное соединение активных пьезокерамических элементов друг с другом.

Принципиально важным в заявляемой полезной модели является то, что пьезокерамический материал, входящий в состав наполнителя эпоксидного клея, имеет ту же химическую природу и тот же химический состав, что и пьезокерамический материал, из которого изготовлены пьезоэлементы, при этом и в том, и в другом случае использован материал ЦТСтБС-2.

Как показали экспериментальные исследования, за счет наличия в заявляемом преобразователе слоя вышеописанного эпоксидного клея достигается улучшение ряда его важных электрофизических характеристик.

Так, в ходе проведенных авторами сравнительных испытаний заявляемого преобразователя и преобразователя аналогичной конструкции с пьезоэлементами, также изготовленными из материала ЦТСтБС-2, но в котором использован эпоксидный клей с наполнителем ЦТБС-3 (ближайший аналог), при работе их в режиме излучения акустических колебаний в воздухе, были получены следующие результаты.

В частности, усредненное значение тангенса угла диэлектрических потерь (tgα) у заявляемого преобразователя составило величину 0, 003, в то время как у ближайшего аналога этот показатель составил величину 0,006;

усредненное значение резонансного промежутка (Δ f=Fap-Fp) у заявляемого преобразователя составило величину 3,00, в то время как у ближайшего аналога этот показатель составил величину 2, 42;

усредненное значение отношения напряжения на резонансе Up к напряжению на антирезонансе Uap (Up/Uap) у заявляемого преобразователя составило величину 806, в то время как у ближайшего аналога этот показатель составил величину 389.

То есть, в заявляемом преобразователе достигнуто улучшение ряда его важных электрофизических параметров.

Таким образом, техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы заявляемого преобразователя, обусловленное улучшением его электрофизических характеристик.

На фигуре представлен общий вид составного электроакустического преобразователя.

Преобразователь содержит блок активных пьезокерамических элементов 1 (позицией на фигуре обозначен один элемент), имеющих, в частности, форму плоской кольцевой шайбы.

Пьезокерамические элементы 1 изготовлены из выпускаемого промышленностью материала ЦТСтБС-2, представляющего собой твердый раствор системы цирконата-титаната свинца состава 0.98[(Pb_0,86Sr_0,07Ba_0,07) (Zr_0,535Ti_0,465)]O₃+0,02[ZnBiMn_1/4]O₃+0,65 мол% La₂O₃.

Каждый пьезоэлемент 1 снабжен расположенным на его торцевой поверхности электродом (на фигуре не показан), в частности, электродом из серебра. К каждому из электродов подведен электрический провод 2 (позицией на фигуре обозначен один провод). Указанные провода 2 соединены в электрическую цепь с возможностью подключения к источнику электрических сигналов.

Пьезоэлементы 1 соединены с помощью слоя 3 отвержденного в ходе полимеризации эпоксидного клея (позицией на фигуре обозначен один слой). Указанный эпоксидный клей, содержит неорганический дисперсный наполнитель, включающий пьезокерамический материал ЦТСтБС-2.

Состав эпоксидного клея содержит (в массовых долях) связующее, в частности, эпоксидную смолу ЭД-20 (100), отвердитель, в частности, малеиновый ангидрид (50), дисперсные неорганические наполнители: ЦТСтБС-2 (100), оксид алюминия (50), оксид цинка (10), а также катализатор отверждения, в частности, триэта-ноламин (0,6).

Электроакустический преобразователь содержит также расположенные на противоположных торцах блока пьезоэлементов 1 тыльную и излучающую металлические накладки 4 и 5.

Электроакустический преобразователь содержит пассивные согласующие электроизолирующие керамические кольцевые элементы 6 (позицией на фигуре обозначен один кольцевой элемент), установленные на противоположных торцевых сторонах блока пьезоэлемнтов 1.

Между кольцевым элементом 6 и излучающей накладкой 5 установлено стальное кольцо 7, препятствующее возникновению сколов пьезоэлементов при армировании преобразователя.

Кольцевые элементы 6 с торцами блока пьезоэлементов 1, накладка 4 с соответствующим кольцевым элементом 6, накладка 5 с кольцом 7, кольцо 7 с соответствующим кольцевым элементом 6 соединены с помощью слоя эпоксидного клея, в частности, с помощью эпоксидного клея, используемого в слоях 3.

Накладки 4 и 5 и расположенные между ними пьезоэлементы 1, а также элементы 6 и 7, стянуты с помощью армирующего стержня 8, снабженного гайкой 9.

Работа электроакустического преобразователя показана на примере его функционирования в режиме излучения акустических колебаний.

При подаче напряжения на электроды пьезоэлементов 1 в них возбуждаются продольные акустические колебания, ориентированные по оси стержня 8, которые излучаются через накладку 5 в окружающую среду. В частности, указанные акустические колебания воспринимаются приемником (на фигуре не показан), входящим в состав измерительной аппаратуры.

Claims

Составной электроакустический преобразователь, включающий блок активных пьезокерамических элементов, изготовленных из пьезокерамического материала ЦТСтБС-2, соединенных между собой своими торцевыми поверхностями с помощью слоя отвержденного эпоксидного клея, содержащего пьезокерамический материал системы цирконата-титаната свинца в составе неорганического дисперсного наполнителя, отличающийся тем, что пьезокерамические элементы соединены с помощью слоя отвержденного эпоксидного клея, содержащего в составе неорганического дисперсного наполнителя в качестве материала системы цирконата-титаната свинца пьезокерамический материал ЦТСтБС-2 в количестве 100 массовых долей, при этом неорганический дисперсный наполнитель также содержит оксид алюминия в количестве 50 массовых долей и оксид цинка в количестве 10 массовых долей, а эпоксидный клей содержит эпоксидную смолу ЭД-20 в качестве связующего в количестве 100 массовых долей, малеиновый ангидрид в качестве отвердителя в количестве 50 массовых долей и триэтаноламин в качестве катализатора отверждения в количестве 0,6 массовых долей.