SU547975A1 - Пьезоэлектрический преобразователь - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области технической акустики и может найти применение в ультразвуковых измерительных устройствах или в устройствах воздействи  ультразвуком .

Известны электроакустические преобразователи изгибных колебаний, состо щие из биморфкых элементов, содержащих пр моугольные металлические и пьезокерамические пластины, Пьезокерамические пластины в таких преобразовател х креп тс  к металлической пластине, котора   вл етс  в данном случае излучателем или приемником ультразвука.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству  вл етс  электроакустический преобразователь, работающий на изгибных колебани х, состо щий из биморфных эле(ч1ентов, в которых два противоположных кра  металлических пластин биморфных элементов акустически жестко закреплены, например, с помощью брусков, а в центре каждой металлической пластины приклеена пр моугольна  пьезоэлектрическа  пластина. Благодар  тому,

что в этих преобразовател х ширина металлической пластины мелщу закрепленными KpasiNin равпа 1,5 Я, 8 Пъезо9лектрич ч:кой пластины - 0,7 /{ ( длина изгибной волны в биморфном элементе на резонансной частоте преобразовател ) получаетс  высока  эффективность электроакустического преобразовани . В преобразователе металлические пластины жестко соединены между собой под углом 2агссо; ,где Я длина акустической волны в рабочей среде на резонансной частоте преобразовател . Этим обеспечиваетс  однолучева  диаграмма направленности.

Известный электроакустический преобразователь имеет недсютаточпый коэффициент электроакустической трансформации и паразитный резонанс на частоте, близкий к частоте основного резонанса продольных колебаний при ширине пьезоэлектрической пластины . При использовании таких преобразователей в эхо-локационных системах с импульным возбуждением излучающего преобразовател  в пьезоэлектрическом преобразователе возникают колебани  на нескольких резонансных частотах. Это ведетк потер м энергии, уменьшению чувствительности и искажению диаграммы направленности из-за излучени  в рабочую среду ультразвуковых волн по направлени м, не совпадающим с5

направлением излучени  на оснсеной резонансной частоте биморфного элемента.

Цель изобретени  - улучшение элекТроаак стических характеристик преобразовател  в импульсном режиме,

Зто достигаете   тем, что к центральной части металлической пластины прикреплены две пр моугольные пьезоэлектрические пластины противоположной пол ризации, причем электри чески пьезоэлектрические пластины соединены |5 параллельно, ширина металлической пластины между закрепленными кра ми равна ширине каждой пьезоэлектрической пластины, равной 0,6 Я , где  .. - длина изгибной волны

/VV/

В биморфном элементе на резонансной часто- 20 те преобразовател .

На фиг. 1 изображен биморфный элемент пьезоэлектрического преобразовател ; на фиг. 2 - распределение амплитуд смещений по поверхности биморфного элемента на ре- 25 зонансной частоте и направлени  к аксимального излучени .

Биморфный элемент содержит пр моугольную металлическую пластину 1, жестко закрепленную металлическими брусками 2. К ме-зо таллической пластине 1 прикреплены пьезокерамические пластины 3,4 противоположна пол ризации. Элемент герметизирован корпусом 5, а электрическое переменное питающее напр жение подаетс  через контакты 6. 35

Пьезоэлектрический преобразователь работает следующим образом.

В режиме излучени  через контакты 6 на пьезоэлектрические пластины подаетс  возбуждающее электрическое напр жение.40

Из-за геометрической асимметрии: данной колебательной системы и разных жестк.остей по обе стороны пьезоэлектрических пластинок противоположной пол ризации 3,4 в биморфном элементе возбуждаютс  изгибные 45 колебани . Дл  хорошего возбуждени  изгибных колебаний по ширине биморфного элемента его длина должна значительно превышать щирину. При э-том условии св зь между изгибными колебани ми по ширине и длине эле- 50 мента  вл етс  значительно ослабленной, и узловые линии изгкгбных колебаний по ширине распредел ютс  параллельно большей тороне пр моугольной пластины. Резонансна  частота определ етс  геометрическими 55 азмерами (в основном шириной) элемента. аспределение амплитуд колебаний по ширие элемента преобразовател  на его резоансной частоте показано на фиг. 2,а. При аспределе:нии четырех полуволн изгибных60

колебаний по ширине элемента синфазные поверхности излучаемых ультразвуковых волн получаютс  наклоненными под углами оС , где оС агссоьЯо/Лн, длина ультразвуковой волны в рабочей среде на резонансной частоте преобразовател , и параллельными больщеГ стороне пр моугольника . Направлени  максимумов диаграммы направленности (фиг. 2,6) показаны ос ми OOj и ООп. Ширина лучей диаграммы на- . правленности в рассматриваемой плоскости определ етс  размерами В , В перпундикул рной плоскости ширина диаграммы направленности определ етс  длиной секции.

Резонансные колебани  в системе возникнут при условии сопр жени  форм колебаний пьезокерамических и металлической пластинк

Наилучшее возбуждение изгибных колебаний происходит при колебани х пьезокерам ческих пластинок на второй резонансной частоте , соответствующей ширине одной пьезокерамической пластинки, равной 0,бЛл) и при колебани х металлической пластинки на четвертой резонансной частоте, при которой ширина металлической пластины равна 2 /{ . При этом по ширине пьезокерамической пластинки распредел етс  три узла изгибных колебаний, а по ширине металлической пластинки укладываетс  п ть узлов изгибных колебаний.

Однолучева  диаграмма направленности преобразовател  получаетс  при расположени нескольких биморфных элементов один к другому под углом 2о1гссо&Яд/ , При этом в раскрыве преобразовател  формируетс  плоока  акустическа  волна, а диаг рамма напра&ленности определ етс  геометрическими размерами раскрыва.

В режиме приема выдерживаютс  аналогичные фазовые соотношени  и поэтому диаграмма направленности остаетс  такой же, как и в режиме излучени .

В предложенном .преобразователе продольные колебани  по ширине пьезокерамических 1пластинок отсутствуют, так как при подаче питающего напр жени  одна пьезокерамическа пластина сужаетс , а друга  раст гиваетс , и поэтому суммарна  ширина пьезоэлектрических пластинок остаетс  посто нной. В элементе существует только резонанс изгибных колебаний. Этим исключаютс  потери энергии из-за паразитного резонанса и увеличиваетс  коэффициент электроакустического преобразовани  в случае импульсного возбуждени  пьезоэлектрического преобразовател . Использованием двух пьезопластинок противоположной пол ризации в псезоэлектрическом преобразователе достигаетс  больший коэффициент электроакус1ической трансформации .

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1, Пьезоэлектрический преобразователь состо щий из биморфных элементов, содержащий пр моугольные пьезоэлектрические пластины и металлические пластины, кра  которых акустически жестко закреплены, например, с помощью брусков, отличающийс  тем, что, с целью улучщени  электроакустических характеристик преобразовател  в импульсном режиме, в

   центральной части каждой металлической пластины прикреплены две пр моугольные пьезоэлектрические пластины проти&оноло сгной пол ризации, электрически соединенные параллельно.
2. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что щирина металлической пластины между закреплейным кра ми равна 2 Д , а каждой пьезоэлектрической пластины 0,6 Ад, где Я - Длина изгибной волны в биморфном элемеврге на резонансной частоте преобразовател .

   -Т

   Т

   . 1

   ff

   (7л

   .2