Пьезоэлектрический приемник звукового давления

О П И С А Н И Е 1 ц) 57819ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТО РСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Свита Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 30,10.77. Бюллетень Х (45) Дата опубликования описания 28.11. осударственныи комите овета Министров СССпо делам изобретений и открытий 3) УДК 534,612(72) Авторы изобрете льтневв, Г. Т. Левченко, А. А. Прел н В. А.1 Хрвнтевсннр"-. ена Ленина политехнический институ цм. 50-легйя ой Октябрьской социалистической рев йЫции Киевский орд Великявител 54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК ЗВДАВЛ ЕН ИЯ ОГО закреплентельно, ппадает чу занная сстью; в(2 Изобретение относится к пьезоэлектрцчест(им приемникам звукового давлеши и может быть использовано, например, в мцт(рофонах или в аэроакустических измерительных устройствах в авиационной и горнорудной промышленностях.Известны пьезоэлектрические приемники звукового давления 1, 2, 3, содержащие пьезокерамический преобразующий элемент и мембрану, механически жесп(о соединенную с пьезоэлементом в одной точке или ло всей поверхности в зависимости от выбранного способа преобразования полезной механической ерги мембран в поленй элсктрцчсскиц сигнал. Пьезоэлемент в таких приемниках представляет собой диск или пластину, что предопределяет конструктивное выполнение приемника звукового давления, а значит, и его возможности.Наиболее близким по технической сущности к предложенному является пьезоэлектрический приемнит( звукового давления (31, содержащий пьезоэлемент и мембрану. В таком устройстве с целью получения максимальнОГО выигрыша в чувствительности отношение диаметров пьезоэлемента и мембраны не превышают 0,85. Это объясняется тем, что прп большем увеличенци диаметра пьезоэлемента уменьшается тонкая периферийная область мембраны, создающая шарнирный эффект тя мембраны в корпусе. Следовавышается упругая жесткость Л иУ вствительность приемника - Р, свяР жесткостью мембраны Л зависимо 10 де У - электрическое напряжение на выходериемнцка;Р - акустическое давление на частоте (опринимаемого сигнала;С, - электроемкость пьезоэлемента;15 о - площадь мембраны;К 2 - коэффициент трансформации пьезоэлемента, определяемый как отношение суммарной действующей на элемент силы к вызванному ею электрическому напряженшо.20 В указанном случае коэффициент трансформации К 2 пропорционален толщине пьезоэлемента. Увеличение же толщины пьезоэлемента в свою очередь повышает жесткость 2 и тем самым ограничивает дальнейшее увели ченце чувствительности приемника акустического давления; к тому же уменьшается емкость СВ, которую необходимо увеличивать, так как максимум тепловых шумов смещается в этом случае в низкочастотную область 30 за пределы звл(ового диапазона. Таким обра25 30 35 40 зом, для получения оптимальных характеристик приемника необходимо увеличить площадь пьезоэлемента.Целью изобретения является повышение чувствительности приемника звукового давления.Цель достигается тем, что пьезоэлемент выполнен в форме плоской спирали с электродами, нанесенными на ее главные поверхности, одна из которых механически соединена с мембраной.Пьезоэлемент может быть выполнен многослойным. Подбирая ширину витка спирали, а значит, и число витков спирали при заданной толщине мембраны и пьезоэлемента можно управлять распределением механических деформаций в последнем. В том случае, когда в пьезоэлементе возникает чистый изгиб (нейтраль механических напряжений проходит через середину сечения), его необходимо выполнить в виде биморфа.На фиг.1 схематически изображен предлагаемый приемник в разрезе; на фиг. 2 - плоские пьезоспирали, жестко скрепленные в центре.Приемник акустического давления состоит из корпуса 1 и жестко скрепленной с ним тонкой мембраны 2, на поверхности которой закреплены (приклеены или припаяны) две выполненные из пьезокерамики и жестко скрепленные в центре плоские спирали Архимеда 3 и 4, на главные плоскости которых нанесены электроды 5, Ширину щели б между спиралями 3 и 4 выбирают из условия необходимой жесткости конструкции (ориентировочно 4 - 8 толщин мембраны). Пьезоспираль может быть выполнена также многослойной. Такую спираль изготовляют, например, из цирконаттитанат-бариевого или ниобат-бариевого шлпкера заливкой его в специальную форму с последующим нанесением металлизирующей пасты, обжигом и поляризацией в электрическом поле 1 - 2 кв/мм. Металлизирующая паста служит в таком случае и электродом, и склеивающим веществом.Приемник работает следующим образом, Под действием акустического давления частотой колебаний меньшей или равной резонансной частоте мембраны, последняя прогибается, вызывая в спирали деформации сжатия-растяжения и сдвига. Если ширина листа спирали больше трех ее толщин, основная доля энергии сигнала запасается в виде деформации сжатия-растяжения, что позволяет использовать пьезокерамическую спираль с электродами на главных плоскостях спирали с поляризацией ее по толщине.Предлагаемый приемник имеет повышенную чувствительность по сравнению с известными и может быть использован для работы на собственной резонансной частоте или на частотах ниже резонанса механической системы крепления пьезоэлементов (широкополосный прием). Формула изобретения 1. Пьезоэлектрический приемник звукового давления, содержащий пьезоэлемент и мембрану, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, пьезоэлемент выполнен в форме плоской спирали с электродами, нанесенными на ее главные поверхности, одна из которых механически соединена с мембраной,2. Приемник по п, п. 1, отл и ч а ю щи йся тем, что пьезоэлемент выполнен многослойным,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Уо 325720,кл. Н 04 К 17/00, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР Мо 32 б 751,кл. Н 04 К 17/02, 1972. 3. Авторское свидетельство СССР Уо 211901,кл, В ОбВ 1/Об, 1965./5 Гипография, пр, Сапупова,тактор Н. Коляд Изд. М 96 осударственного по делам 113035, Москва