Пьезоэлектрический преобразователь

Союз Советских Социалистицеских РеспубликОП ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЙЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ 1 ДЬСТВУ)22) Заявлено 09.07.7 5 (21) 2153038/ Н 04 К 17/00 В 06 В 1/06 иенцем за ки-с при осударственный комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий итет 43) Опубликовано 25,02,77. Б)олл УДК 534 (088,8 ь45) Дата опубликования описанця 12,07,77 В. И. Домаркас и Л, И. Петрауска 2) Лвторы изобретени 1) Заявител аунасский политехнический инсти ЪЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРЛЗОВЛТЕЛЬ что в этих преобразователях ширина металлической пластины мех;цу эакрепл)зины) икраями равна 1,5 Х, а пьезоэлектрическойпластины - 0,7 Я , (где Я - длина изгибм5 ной волны в бнморфном элементе на резонансной частоте преобразователя) получается высокая эффективность электроакустического преобразования. В црс обраэователеметаллические пластины жестко соединены О между собой под углом 2 агссо; я )а:в , 1 где одлина акустической волны в рабочеи средена резонансной частоте преобразователя,Этим обеспечивается однолучевая диаграмма направленности.5 Известный электроакусти .еский преобразователь имеет недостаточный коэффициентэлектроакустической трансформации и паразитный резонанс на частоте, близкий к частоте основного резонанса продольных коле- О баний при ширине пьезоэлектрической пластины. При использовании таких преобразователей в эхо-локационных системах с импульсным возбуждением излучающего преобразов ля в пьезоэлектрическом преобразовате ле возникают колебания на нескольких реческ в ул вах Извести ектроакустические прео х колебаний, состоящие нтов, содержащих прям ческие и пьезокерамиче зователи изгибн биморфных элем гольные металл з оу- сате обретение относится к области техн) акустики и может наити применение азвуковых измерительных устройств устройствах воздействия ультракие пластины, Пьеэокерамические пластины в таких преобразователях крепятся к металлической пластине, которая является в данном случае излучателем или приемником ультразвука.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является электроакустический преобразователь) работающий на изгибных колебаниях, состоящий из биморфных элементов, в которых два противоположных края металлических пластин биморфных элементов акустически жестко закреплены, например, с помощью брусков, а в центре каждой металлической пластины приклеена прямоугольная пьезоэлектрическая пластина. Благодаря тому,имени Лцтяпаса (5 нючкъсЧ547975 4колебаний по ширине элемента сицфазныеповерхности излучаемых ультразвуковыхволу получаются наклоненными под углами90 - эс, где сс = агссов Я/л,Ъ, - длинаультразвуковой волны в рабочей среде нарезонансной частоте преэбразователя, и параллельными большей стороне прямоугольника. Направления максимумов диаграммынаправленности (фиг, 2,б) показаны осями00 и ОО, Ширина лучей диаграммы направленности в рассматриваемой плоскостиопределяется размерами АВ=А В, В перпундикулярной плоскости ширина диаграммынаправленности определяется длиной секции,Резонансные колебания в системе возникнут при условии сопряжения форм колебанийпьезокерамических и металлической пластинки.Наилучшее возбуждение изгибных колебаний происходит при колебаниях пьезокерамических пластинок на второй резонансной частоте, соответствующей ширине одной пьезокерамической пластинки, равной 0,6 Л ипри кэлебаниях металлической пластинкица четвертой резонансной частоте, при которэй ширина металлической пластины равна2 д . При этом по ширине пьезокерамичесмкой пластинки распределяется три узла из-гибных колебаний, а пэ ширине металлической пластинки укладывается пять узлов изгибцых колебаний,Однолучевая диаграмма направленностипреобразователя получается при расположениинескольких биморфцых элементов один к другому под углом 2 огссэьх И При этом враскрыве преобразователя формируется плоская акустическая волна, а диаграмма направленности определяется геометрическими размерами раскрыва.В режиме приема выдерживаются аналогичные фазовые соотношения и поэтому диаграмма направленности остается такой же,как и в режиме излучения,В предложенном преобразователе продольные колебания по ширине пьезокерамическихпластинок отсутствуют, так как при подачепитаюшего напряжения одна пьезокерамическаяпластина сужается, а другая растягивается, и поэтому суммарная ширина пьезоэлектрических пластинок остается постоянной.В элементе сушествует только резонанс изгибцых колебаний, Этим исключаются потезонансных частотах. Это ведет к потерямэнергии, уменьшению чувствительности и искажению диаграммы направленности из-заизлучения в рабочую среду ультразвуковыхволн по направлениям, не совпадаюшим с 5направлением излучения на основной резонансной частоте биморфного элемента.Цель изобретения - улучшение электроаакстических характеристик пре образователяв импульсном режиме. 10Это достигается тем, что к центральной части металлической пластины прикреплены двепрямоугольные пьезоэлектрические пластиныпротивоположной поляризации, причем электри -чески пьезоэлектрические пластины соединены 5параллельно, ширина металлической пластинымежду закрепленными краями равна 2 Я при шимрине каждой пьезоэлектрической пластины, равной 0,6 Я , где й - длина изгибной волныв биморфном элементе ца резонансной частоте преобразователя.ттНа фиг. 1 изображен бимэрфцый элементпьезоэлектрического преобразователя; нафиг, 2 - распределение амплитуд смещенийпо поверхности биморфцого элемента ца резонансцой частоте и направления максимального излучения,Биморфцый элемент содержит прямоугольную металлическую пластину 1, жестко закрепленную металлическими брусками 2, К ме-З 0таллической пластине 1 прикреплены пьезокерамические пластины 3,4 противэположнсйполяризации. Элемент герметизирован корпусом 5, а электрическое переменное питающее напряжение подается через контакты 6. 35Пьезоэлектрический преобразэвательработает следуюшим образом.В режиме излучения через контакты 6на пьезоэлектрические пластины подаетсявозбуждающее электрическое напряжение, 40Из-за геометрической асимметрии, даннойколебательной системы и разных жесткостей по обе стороны пьезоэлектрических пластинок противоположной поляризации 3,4 вбиморфном элементе возбуждаются изгибные 45колебания. Для хорошего возбуждения изгибных колебаний по ширине биморфного элемента его длина должна значительно превышатьширину. При этом условии связь между изгибными колебаниями по ширине и длине элемента является значительно ослабленной,и узловые линии изгибных колебаний по ширине распределяются параллельно большейстороне прямоугольной пластины, Резонансная частота определяется геометрическими 55размерами (в основном шириной) элемента.Распределение амплитуд колебаний по ширине элемента преобразователя на его резонансной частоте показано ца фиг. 2,а. Прираспределении четырех полуволн изгибных 00 ри энергии из-за паразитцого резонанса иувеличивается коэффициент электроакустического преобразования в случае импульсноговозбуждения пьезоэлектрического преобразователя, Использованием двух пьезопластинокпротивоположной поляризации в пезоэлектрическэм преобразователе достигается большийкээ")фициецт электроакустической трансформаци ц.1. Пьезоэлектрический преобразователь, состоящий из биморфных элементов, содержащий прямоугольные пьезоэлектрические пластины и металлические пластины, края которых акустически жестко закреплены, например, с помощью брусков, о т л и - чающийся тем,что, сцельюулучщения электроакустических характеристик преобразователя в импульсном режиме, в центральной части каждой металлической пластины прикреплены две прямоугольные пьезоэлектрические пластины противаоложной поляризации, электрически соединенные параллельно.2, Преобразователь по п. 1, о т л ич а ю ш и й с я тем, что щирина металлической пластины между эакреплейнымн краями равна 2 Д, а каждой пьезоэлекзф 1 р рической пластины 0,6 Х, где я- длина изгибной волны в биморфном элементе на резонансной частоте преобразователя.547975 ф 3 ЬСоставитель Е. Артамонова Редактор Е, Гончар Техред М. Левицкая Корректор А. Гриценко Заказ 1197/109 Тираж 815 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская набд. 4/5Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4