Пъезоэлектрический преобразователь крутильных колебаний

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветснихСоциалистическихреспублик(72) Авторы изобретения Й.Б.Дианов и Н,П,Серебрянникова Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И,Ульянова (Ленина)(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в установках, предназначенных для исследования свойств жидких и газообразных сред, например в ультразвуковых вяз 5 козиметрах, в частности, глубоководных.Известны преобразователи крутильных колебаний, основанные на использовании пьезоэлектрических элементов, выполненных из пьеэокерамики в виде цилиндров10 со сложной системой поляризуюшнх и возбуждающих электродов И. Однако такие преобразователи обладают невысокой эффективностью из-аа неравномерной поляризации, сложны в изготовлении,Наиболее близким по технической суп- ности является преобразователь крутиль ных колебаний, состоящий из плоского пьезокерамического кольца с электродами и накладками 2. Однако этот преобразователь предназначен для технологических целей и оказывается неудобным при измере-. нии вязкости или других свойств жидких сред изза его относительно больших габаритов.целью изобретения является снижение габаритов преобразователя.Указанная цель достигается благодаря тому, что преобразователь снабжен вторым плоским пьезокерамичеоким кольцом с электродами, образующим с первым г. кольцом биморфную систему, а накладки .выполнены в виде колец, придающих преобразователю форму тора кругового поперечного сечения, причем средняя окруж- ность тора совпадает со средней окруьностью бнморфной системы,На фиг.1 показана конструкция предлагаемого преобразователя; на фиг,2 и фиг,З - конструкция преобразователя с крепежными элементами.Преобразователь состоит из двух склеенных по торцам пьезокерамических колец 3., 2 с согласпым направлением поляризации. К электродам колец 3 с помощью проводников 4 подводится возбуждающее электрическое напряжение причем элеквнутренние - другого знака. Образованное таким образом биморфное кольцо имеет четыре кольцевые накладки 5, 6, 7, 8, склеенные с ним. Накладки могут быть выполнены из металлов сплавов и керамики. Наружные поверхности накладок имеют двойную кривизну и образуют после их приклейки к биморфному кольцу тор .О кругового поперечного сечения, Для достижения максимальной эффективности тор может быть выполнен целиком из пьезоактивного материала. В этом случае однако возрастают технологические трудности .15 в изготовлении преобразователя.В представленном на фиг.1 схематическом изображении преобразователя используются пьезокерамические кольца с осевой поляризацией, аналогично тому, как 20 это осуществляется в цилиндрических пьезокерамических преобразователях.Работа устройства происходит следук- щим образом. При подаче возбуждающего электрического напряжения на электроды устройства в биморфном кольце возникает крутящий момент, который приводит к кру-, тильным колебаниям тора. При переменен ной форме внешних поверхностей накладок преобразователь не возбуждает в среде 0 звуковых волн, возбуждаются лишь вязкие. преобразователь является чиоР 2 юо где" 0,1,2Возбуждение преобразователя на высших модах может быть осуществлено известными способами, применяемыми привозбуждении высших мод радиальных колебаний в цилиндрических преобразователях, например, путем противофазного возбуждения дуговых элементов кольца.Закрепление преобразователя можетбыть осуществлено наиболее просто с помощью гибкого подвеса.Более жесткое закрепление преобразователя колеблющегося на нулевой моде, достигается использованием тонкого металлического стержня, вставленного в отверстие в торе и жестко соединещюго с нимв центральной точке, как показано нафиг.2. В зависимости от трекреплению может быть исполили три аналогичных стержня,ных под углами друг к другуплоскости тора.Закрепление. преобразователя, колеблющегося на первой моде, иллюстрируетсяна фиг.Э, Металлическая пластинка встав- .ляется в разрез тора по диаметральнойузловой плоскости и жестко скрепляетсяс ним. Крепление этого типа обеспечивет минимальные вносимые потери колебательной энергии.Формула изобретенияПьезоэлектрический преобразователькрутильных колебаний, состоящий из плоского пьеазкерамического кольца с электродами и накладками, о т л и ч а ю -ш и й с я тем, что с целью снижениягабаритов, он снабжен вторым плоскимпьезокерамическим кольцом с электродами,4 образующим с первым кольцом бнморфнуюсистему, а накладки выполнены в виде колец, придающих преобразователю форму тора кругового поперечного сечения, причемсредняя окружность тора совпадает софо средней окружностью биморфной системы,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Бергман Л. Ультразвук, М, Изд,И,Л.1956, с, 97-98, 306-308.2. Источники мощного улэгразвука."Наука ", 19 67, с, 29 5 306,бований кьзоваю дварасположенв средней волны, т.е то крутилРезо нщ ьным, гсная ч та колебаний р ной. жесткостью и 35 ью материала кольакладок, близким к пьезокерамике, режет быть подсчитана49 определяеэффективноца. Йля мпо своимзонанснаяпо фомуле тся крутиль й плотност атериалов н свойствамчастот где 0 - средний радиус кольца,- модуль Юнга пьезокерамики,р - ее плотность,т.е. для одной и той же частоты радиупреобразователя будет в несколько разменьше, чем для известных. Преобразотель может быть также выполнен спасоным работать на ряде резонансных частот - частотах 01,2, . и т.д. мод, характеризующихся соотве;гствующим числ б 3 711705 4троды соединены так, что наружные из узловых диаметров. Эти частоты определяних имеют потенциал одного знака, а ются по формуле