RU2716287C1

RU2716287C1 - Electroacoustic transducer

Info

Publication number: RU2716287C1
Application number: RU2019107073A
Authority: RU
Inventors: Владимир Борисович Комиссаренко
Original assignee: Владимир Борисович Комиссаренко
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2020-03-11

Abstract

FIELD: acoustics.SUBSTANCE: invention relates to acoustics. Acoustic piezoceramic transducer has a cylindrical housing in which there is a membrane around the circumference, having a flat and central convex part, in the base of which a bimorph piezoelectric unit with two piezoceramic disks connected by supply conductors, above the convex part of the membrane is fixed. Acoustic reflective screen with circular acoustic holes above flat part of membrane is fixed on housing by holders. At the same time reflecting acoustic screen is located above annular acoustic holes located on lateral sides of housing and above flat and convex parts of membrane, on outer side of acoustic reflective shield there is convex coordinator of acoustic oscillations.EFFECT: technical result is increased acoustic pressure, efficiency, increased reliability and service life, increased strength of housing.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к пьезокерамическим электроакустическим преобразователям, работающим в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот. Электроакустический преобразователь разработан для применения в акустических фазированных решетках (ФАР) устройств дальнего действия и может применяться в акустической локации, акустических обнаружителях, устройствах приема и передачи информации отпугивания хищных животных, грызунов и птиц, остронаправленных резонансных микрофонах, научных исследованиях и других целях.The invention relates to piezoceramic electro-acoustic transducers operating in the range of sound and ultrasonic frequencies. The electro-acoustic transducer is designed for long-range acoustic phased arrays (PAR) applications and can be used in acoustic locations, acoustic detectors, devices for receiving and transmitting information to scare away predatory animals, rodents and birds, pointed resonance microphones, scientific research, and other purposes.

Известен электроакустический преобразователь, (патент на полезную модель) RU 182040 U1, который включает в себя диафрагму, имеющую плоскую кольцевую часть и выпуклую центральную часть, биморфный пьезоэлемент с двумя пьезокерамическими дисками, соединенными по периферии с основанием выпуклой части диафрагмы, отличающийся тем, что диафрагма по наружной окружности соединена с основанием выпуклого держателя, нависающего над диафрагмой, в которой выполнено кольцевое отверстие, состоящее из фрагментов, разделенных перемычками.Known electro-acoustic transducer, (patent for utility model) RU 182040 U1, which includes a diaphragm having a flat annular part and a convex central part, a bimorph piezoelectric element with two piezoceramic disks connected at the periphery with the base of the convex part of the diaphragm, characterized in that the diaphragm on the outer circumference it is connected to the base of the convex holder hanging over the diaphragm, in which an annular hole is made, consisting of fragments separated by jumpers.

Недостатком этого технического решения является применение в качестве акустического отражательного экрана внутренней части выпуклого держателя, который в совокупности с выпуклой центральной и плоской частями диафрагмы, образуют круговой рупор с недостаточно малым углом раскрыва, что не позволяет оптимально согласовать энергию акустических колебаний с воздушной средой и получить необходимое акустическое давление. Кольцевые отверстия для выхода акустических колебаний, расположенные над плоской кольцевой частью диафрагмы, не позволяют оптимально использовать всю поверхность рупора, что тоже приводит к потере акустического давления.The disadvantage of this technical solution is the use as an acoustic reflective screen of the inner part of the convex holder, which together with the convex central and flat parts of the diaphragm, form a circular horn with an insufficiently small aperture angle, which does not allow to optimally coordinate the energy of acoustic vibrations with the air and obtain the necessary acoustic pressure. The annular openings for the exit of acoustic vibrations located above the flat annular part of the diaphragm do not allow optimal use of the entire surface of the horn, which also leads to a loss of acoustic pressure.

Акустические кольцевые отверстия являются местом проникновения для повреждения тонкостенной диафрагмы, что ограничивает область применения электроакустического преобразователя.Acoustic annular holes are a place of penetration for damage to a thin-walled diaphragm, which limits the scope of the electro-acoustic transducer.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и решаемой задаче, является электроакустический преобразователь, описанный в патенте на изобретение RU 2647509 С1, содержащий цилиндрический корпус, расположенные в нем круглый биморф с двумя пьезоэлементами, скрепленный с выпуклой мембраной над ним и общим плоским кольцевым держателем, снабженным над выпуклой мембраной акустическим отражательным экраном с периферийными узлами соосного крепления его к цилиндрическому корпусу.The closest to the claimed invention in terms of technical nature and the problem to be solved is an electro-acoustic transducer described in patent RU 2647509 C1, comprising a cylindrical body, a circular bimorph with two piezoelectric elements located therein, fastened with a convex membrane above it and a common flat ring holder, equipped with an acoustic reflective screen above the convex membrane with peripheral nodes of coaxial mounting it to the cylindrical body.

В данном изобретении применен плоский акустический отражательный экран, что обеспечило значительное увеличение акустического давления, увеличение КПД.In this invention, a flat acoustic reflective screen was used, which ensured a significant increase in acoustic pressure, an increase in efficiency.

Однако, наличие акустических отверстий над общим плоским кольцевым держателем, названным ранее в полезной модели диафрагмой, приводит к вышеуказанным недостаткам.However, the presence of acoustic holes over a common flat ring holder, previously referred to as a diaphragm in a utility model, leads to the above disadvantages.

Техническая задача: увеличение акустического давления излучаемых колебаний, уменьшение потребляемого тока, увеличение КПД, сужение диаграммы направленности, усиление защиты корпуса и внутренней части акустического преобразователя от внешних механических воздействий, применение в режиме излучения и приема акустических колебаний, унификация формы корпуса для применения электроакустического преобразователя в фазированных акустических волновых каналах (ФАК), оптимизировать габариты для осуществления пулевого бронирования.Technical task: increasing the acoustic pressure of the emitted oscillations, reducing the current consumption, increasing the efficiency, narrowing the radiation pattern, strengthening the protection of the housing and the inside of the acoustic transducer from external mechanical influences, using acoustic waves in the mode of receiving and receiving acoustic vibrations, unifying the shape of the housing for using the electro-acoustic transducer in phased acoustic wave channels (FAK), optimize dimensions for bullet reservation.

Согласно изобретению, электроакустический преобразователь содержит цилиндрический корпус, в котором по окружности закреплена мембрана, имеющая плоскую и центральную выпуклую часть, в основании которой прикреплен биморфный пьезоблок с двумя пьезокерамическими дисками соединенными питающими электрическими проводниками, над всей поверхностью плоской и выпуклой частями мембраны, закреплен акустический отражательный экран, одновременно являющийся крышкой корпуса, на котором с внешней стороны установлен выпуклый согласователь акустических колебаний с воздушной средой.According to the invention, the electro-acoustic transducer comprises a cylindrical body in which a membrane is fixed around the circumference, having a flat and central convex part, at the base of which a bimorph piezoblock with two piezoceramic disks connected by supplying electrical conductors is attached, an acoustic reflective is fixed over the entire surface of the flat and convex parts of the membrane. a screen that is also a housing cover, on which a convex acoustical acoustical coordinator is installed on the outside eskih vibrations with air environment.

Конструктивно узлы крепления корпуса обеспечивают соединение двух или нескольких электроакустических преобразователей один над другим, в одном направлении, на расстоянии половины длины волны акустических колебаний для формирования фазированного акустического волнового канала (ФАК), обеспечивающего излучение и прием акустических колебаний с узкой диаграммой направленности.Structurally, the attachment points of the housing provide the connection of two or more electro-acoustic transducers one above the other, in the same direction, at a distance of half the wavelength of acoustic waves to form a phased acoustic wave channel (FAC), which provides radiation and reception of acoustic waves with a narrow radiation pattern.

На ФИГ. 1 показано внутреннее устройство электроакустического преобразователя.In FIG. 1 shows the internal structure of an electro-acoustic transducer.

Электроакустический преобразователь содержит цилиндрический корпус 1, закрепленную в нем по окружности мембрану с плоской 2 и выпуклой 3 частью, в основании которой прикреплен биморфный пьезоблок с двумя пьезокерамическими дисками 4, соединенными с питающими электрическими проводниками 5, на корпусе 1, над всей поверхностью плоской 2 и выпуклой 3 частями мембраны закреплен акустический отражательный экран 6, образующий с поверхностью мембраны круговой рупор, раскрыв которого выходит к акустическим отверстиям 8, расположенным по бокам корпуса 1, На внешней стороне акустического экрана 6 установлен выпуклый согласователь 7 акустических колебаний с воздушной средой.The electro-acoustic transducer comprises a cylindrical body 1, a membrane fixed thereon with a flat 2 and convex 3 part, at the base of which a bimorph piezoblock with two piezoceramic disks 4 connected to the supplying electrical conductors 5 is attached, on the housing 1, over the entire surface of the flat 2 and a convex 3-part membrane fixed acoustic reflective screen 6, forming a circular horn with the surface of the membrane, the opening of which goes to the acoustic holes 8 located on the sides of the body mustache 1, On the outer side of the acoustic screen 6 is installed a convex coordinator 7 of acoustic vibrations with the air.

Электроакустический преобразователь работает следующим образом. По электрическим питающим проводникам 5 переменное напряжение резонансной частоты поступает на пьезокерамические диски биморфного пьезоблока 4, возбуждая в нем механические колебания, которые одновременно передаются выпуклой части 3 и плоской части 2 мембраны, возбуждающих в воздушной среде акустические колебания, сдвинутые по фазе. Акустический отражательный экран, направляя акустические колебания от средины выпуклой части мембраны 3 к плоской ее части 2, фазирует акустические колебания, повышая акустическое давление на выходе акустических отверстий 8 расположенных по бокам корпуса 1.Electro-acoustic transducer operates as follows. Through the electrical supply conductors 5, an alternating voltage of the resonant frequency is supplied to the piezoceramic disks of the bimorph piezoblock 4, exciting mechanical vibrations in it, which are simultaneously transmitted to the convex part 3 and the flat part 2 of the membrane, which excite phase-shifted acoustic vibrations in the air. The acoustic reflective screen, directing the acoustic vibrations from the middle of the convex part of the membrane 3 to its flat part 2, phases the acoustic vibrations, increasing the acoustic pressure at the outlet of the acoustic holes 8 located on the sides of the housing 1.

В силу того, что размеры акустического отражательного экрана 6 меньше длины волны акустических колебаний, то они его огибают и распространяются вдоль оси электроакустического преобразователя.Due to the fact that the size of the acoustic reflective screen 6 is less than the wavelength of acoustic vibrations, they envelope it and propagate along the axis of the electro-acoustic transducer.

Для получения оптимально узкой диаграммы направленности и более лучшего согласования акустических колебаний с воздушной средой на наружной поверхности акустического отражательного экрана 6 устанавливается выпуклый согласователь 7.To obtain an optimally narrow radiation pattern and better coordination of acoustic vibrations with the air on the outer surface of the acoustic reflective screen 6, a convex coordinator 7 is installed.

Примечание. При необходимости максимального уменьшения габаритов - электроакустического преобразователя выпуклый согласователь можно не устанавливать.Note. If you need to minimize the size of the electro-acoustic transducer convex coordinator can not be installed.

Конструкция электроакустического преобразователя позволяет его применять в фазированных акустических волновых каналах (ФАК). Для этого два или несколько электроакустических преобразователя располагают один над другим в одном направлении на расстоянии половины длины волны акустических колебаний. При таком расположении, акустические колебания от электроакустических преобразователей оказываются сфазированными и распростроняются вдоль их оси, складываясь по амплитуде, что увеличивает акустическое давление, сужает диаграмму направленности, позволяет излучать и принимать акустические колебания.The design of the electro-acoustic transducer allows it to be used in phased acoustic wave channels (FAC). For this, two or more electro-acoustic transducers are placed one above the other in the same direction at a distance of half the wavelength of acoustic vibrations. With this arrangement, the acoustic vibrations from the electro-acoustic transducers turn out to be phased and spread along their axis, folding in amplitude, which increases the acoustic pressure, narrows the radiation pattern, and allows you to radiate and receive acoustic vibrations.

На ФИГ. 2 показан внешний вид электроакустического преобразователя.In FIG. 2 shows the appearance of an electro-acoustic transducer.

На ФИГ. 3 показан внешний вид компоновки двух электроакустических преобразователей в фазированном акустическом канале (ФАК).In FIG. 3 shows the appearance of the layout of two electro-acoustic transducers in a phased acoustic channel (FAK).

Таким образом решена техническая задача.Thus, the technical problem is solved.

Увеличено акустическое давление, уменьшен в два раза потребляемый ток, увеличен КПД, сужена диаграмма направленности, тонкостенная мембрана защищена от внешних механических воздействий. При необходимости акустический отражательный экран может изготовляться в виде бронированного щитка. Конструктивная возможность применения электроакустического преобразователя в фазированных акустических волновых каналах (ФАК) открывает широкие возможности в создании акустических фазированных решеток, остронаправленных резонансных микрофонов.Acoustic pressure is increased, current consumption is halved, efficiency is increased, radiation pattern is narrowed, thin-walled membrane is protected from external mechanical influences. If necessary, the acoustic reflective screen can be made in the form of an armored shield. The constructive possibility of using an electro-acoustic transducer in phased acoustic wave channels (FAC) opens up wide possibilities for creating acoustic phased arrays and highly directional resonant microphones.

Claims

An acoustic piezoceramic transducer comprising a cylindrical body in which a membrane is fixed around the circumference, having a flat and central convex part, at the base of which a bimorph piezoelectric block with two piezoceramic disks connected by supply conductors is fixed, above the convex part of the membrane, an acoustic reflective screen is fixed to the holders, characterized in that the reflective acoustic screen is located above the annular acoustic holes located on the sides body and above the flat and convex parts of the membrane, on the outer side of the acoustic reflective screen is installed a convex coordinator of acoustic vibrations.