Электроакустический преобразователь

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09783 кч 5 .В 06 В 1/О ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНЕДОМСТВО СССРОС 11 АТЕНТ СССР 1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯПАТЕНТУ я смеще ил и рав ющие н злучаюакрепл(56) Авторское свидетельство СССР М. 221403, кл. В 06 В 1/06, 1967.Авторское свидетельство СССР М 1419749, кл. В 06 В 1/00, 1986,(57) Использование: в качестве источника механических колебаний для жидких, твердых и газообразных сред в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, Сущность Изобретение относится к электроакустике и может быть использовано в качестве источника механических колебаний для жидких, твердых игазообразных сред в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот,Целью изобретения является увеличение мощности, отдаваемой во внешнюю механическую нагрузку, при одновременном снижении в преобразователе собственных энергетических потерь.На фиг.1 схематически показан предложенный электроакустический преобразователь с упругим элементом, выполненным в виде слоев упругого материала, и излучающей накладкой, выполненной в виде жесткого поршня, а такке поперечное сечение акустического резонатора в плоскости размещения пьезоэлемента. иг.2 показан вариант выполнени ей накладки в виде неподвижн ной по внешнему контуру дефор изобретения: преобразователь содержит акустический резонатор с полостьо и кре пежным элементом, систему подвески акустического резонатора, упругий элемент пьезоэлемент и излучающую накладку. Акустический резонатор выполнен криволинейным вдоль своей продольной оси и с продольными разрезами, в стенках крепежный элемент жестко соединен с излучающей механических смещений вдоль продольной оси резонатора, а упругий элемент размещен между системой подвески и подвижнь- ми относительно нее резонатором и излучающей накладкой. 3 з,п. ф-лы, 4 ил,мируемой мембраны и упругого элемента в виде изогнутых плоских пружин,На фиг,3 показан вариант выполнения излучающей накладки в виде наконечника ультразвукового инструмента,На фиг,4 показаны направлени ний стенки резонатора, моменты с нодействующая сила, действу а акустический резонатор.Устройство (фиг,1) содержит акустиче ский резонатор 1 с полостью 2, расположен-С)0 ной в узловой области механическихсмещений резонатора, и закрепленный в этои полости пьезоэлемент 3. Акустический контакт между резонатором 1 и пьезоэлементом 3 осуществляется по сопряженным1.Ъ поверхностям выступов 4 полости 2 за счет натяга, Натяг обеспечивается выбором размеров полости, выступов, пьезоэлемента и статической деформации контактирующих элементов, Резонатор 1 выполнен криволи. нейным вдоль своей продольной оси Стенка 5 резонатора 1 имеет продольные разрезы 6. Такая форма выполнения резонатора позволяет, с одной стороны, более равномерно и механически сильнее нагрузить пьезоэлемент, что приводит к увеличению коэффициента связи между пьезоэлементом и резонатором, с другой стороны, с помощью продольных разрезов устраняются тангенциальные механические напряжения, в стекке резонатора, что приводит к увели чению изгибающих моментов, действующих на отдельную полоску стенки резонатора.Крепежный элемент 7, расположенный в узловой области механических смещений резонатора 1, позволяет осуществлять его 15 подвижное крепление в система подвески 8 без существенного снижения механической добротности резонатора 1, Система подвески 8 резокатора 1 обеспечивает возмокность возвратно-поступательного движения . 20 резонатора 1 вдоль своей продольной оси, Крепежный элемент 7 жестко соединен с излучающей накладкой 9, Между системой подвески 8 и подвижными относительно неерезонатором 1 и излучающей накладкой 9размещен упругий элемент 10, Электрическое напряжение к пьезоэлементу 3 подводится через провода электропитания 11,Акустический резонатор 1 может бытьвыполнен из любого твердого материала с 30малым поглощением звука (металл, стекло,керамика) и иметь колоколообразную, рупорообоазную или О-образную форму,Поперечное сечение полости 2 можетбыть круглым, квадратным или прямоугольным, Пьезоэлемент 3 может быть выполнениз любого пьезоактивного материала, например, пьезокерамического или монокристаллического, в виде одной пластины илипакета пластик круглой, квадратной или 40. прямоугольной формы. Причем резонатор,полость и пьезоэлемент должны быть выполнены симметричными относительноплоскости продольного осевого сечения резонатора во избежание возникновения в резонаторе паразиткых мод колебайий иснижения его акустической добротности,Крепекный элемент 7 может быть вы- .полнен в виде сплошного или полого стержня прямоугольного, круглого или любого 50другого сечения,Система подвески 8 мокет. быть выполнена в виде отрезка трубки, охватывающейс зазором крепежный элемент 7; или в виденескольких направляющих, контактирую. щих с крепежным элементом 7 через шариковые или роликовые подшипники.Для излучения акустических волн в кидкую или газообразную среды излучающаянакладка 9 может быть выполнена в видес жесткого поршня (фиг,1) или в виде неподвижно закрепленной по внешнему контуру деформируемой мембраны (фиг,2). Для введения механических колебаний в твердое тело или жидкость с целью ультразвуковой обработки материалов и деталей, а также для медицинских и технологических применений ультразвука, излучающая накладка может быть выполнена в виде наконечника ультразвукового инструмента (фиг,З), например, резца или активатора.Упругий элемент 10 может быть выполнен в виде слоев упругого материала (фиг,1, фиг,З) с малыми акустическими потерями, например, каучука, или в виде изогнутой плоской фиг,2), витой, тарельчатой пружин.Устройство работает следующим образом (см, фиг,1). Пьезоэлемент 3, установленный в полости 2 акустического резонатора 1 при подаче ка него переменного. электрического напряжения совершает механические колебания, которые через акустический контакт с выступами 4 обеспеченный натягом, передаются в акустический резонатор 1, При совпадении частоты возбуждающего электрического напряжения с собственной резонансной частотой акустического резонатора 1 в нем за счет большой акустической добротности возбуждаются изгибные колебания разрезных стенок 5, Причем все полоски стенки 5 колеблются синфазно, В результате синфазных колебаний разрезных стенок 5 возникает направленная вдоль продольной оси резонатора 1 равнодействующая сила РЕ= -Мпгде М - изгибающий момент, действующий на каждую полоску стенки,и - число полосок стенки резонатора;1 - расстояние от продольной оси резонатора. до стенки.Для направлений смещений стенки резонатора 1 соответственные моменты сил М и равнодействующая сила Г показаны на фиг,4.Сила Р является возбуждающей для колебаний резонатора 1 вдоль своей поодольной оси, Эту вторую колебательнук систему образуют массь 1 акустического резонатора, крепежного элемента и излучающей накладки, а также присоединенная масса и жесткость внешней механической нагрузки совместно с жесткостью упругого элемента, При раэенстве резонансных частот изгибных колебаний резонатора и колебаний си- стемы вдоль продольной оси резонато;а амплитуда смещений излучающей как;адкидостигает максимальной величины, а амплитуда изгибных колебаний резонатора изза связи колебательных систем снижается, Мощность колебаний, отдаваемая преобразователем во внешнюю механическую на грузку, при этом увеличивается, а собственные энергетические потери в преобразователе снижаются. Формула изобретения 10 1. Электроакустический преобразователь, содержащий акустический резонатор с полостью и крепежным элементом, расположенными в области узла механических смещений акустического резонатора; и пье зоэлемент, закрепленный с натягом в полости акустического резонатора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, в него дополнительно введены система подвески акустического резонатора, упругий элемент и излучающая 20 накладка, а акустический резонатор выполнен криволинейным вдоль своей продольной оси и его стенка имеет.продольные разрезы, причем крепежный элемент акустического резонатора жестко соединен с излучающей накладкой и подвижно закреплен в системе подвески акустического резонатора с возможностью механических смещений вдоль продольной оси акустического резонатора, а упругий элемент, размещен между системой подвески акустического резонатора и подвижными относительно нее акустическим резонатором и излучающей накладкой.2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что излучающая накладка выполнена в виде жесткого поршня.3. Преобразователь по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, чтоизлучающая накладка выполнена в виде неподвижно . закрепленной по внешнему контуру деформируемой мембраны,4. Преобразователь по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве излучающей накладки использован наконечник ультразвукового инструмента.Редакто син Зака 1294 Тираж ИИПИ Государственного комитета по и 113035, Москва, Ж, и комбин Ужгород Гроиаводсч Венно издател 9, 2; оставитель Е.Грищееехред М,Моргентал Подписноетениям и открытская наб., 4/5