Электроакустический преобразователь

Изобретение относится к пьезокерамическим электроакустическим преобразователям, работающим в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот. Электроакустический преобразователь разработан для применения в акустических фазированных решетках (ФАР) устройств дальнего действия и может применяться в акустической локации, акустических обнаружителях, устройствах приема и передачи информации отпугивания хищных животных, грызунов и птиц, остронаправленных резонансных микрофонах, научных исследованиях и других целях.

Известен электроакустический преобразователь, (патент на полезную модель) RU 182040 U1, который включает в себя диафрагму, имеющую плоскую кольцевую часть и выпуклую центральную часть, биморфный пьезоэлемент с двумя пьезокерамическими дисками, соединенными по периферии с основанием выпуклой части диафрагмы, отличающийся тем, что диафрагма по наружной окружности соединена с основанием выпуклого держателя, нависающего над диафрагмой, в которой выполнено кольцевое отверстие, состоящее из фрагментов, разделенных перемычками.

Недостатком этого технического решения является применение в качестве акустического отражательного экрана внутренней части выпуклого держателя, который в совокупности с выпуклой центральной и плоской частями диафрагмы, образуют круговой рупор с недостаточно малым углом раскрыва, что не позволяет оптимально согласовать энергию акустических колебаний с воздушной средой и получить необходимое акустическое давление. Кольцевые отверстия для выхода акустических колебаний, расположенные над плоской кольцевой частью диафрагмы, не позволяют оптимально использовать всю поверхность рупора, что тоже приводит к потере акустического давления.

Акустические кольцевые отверстия являются местом проникновения для повреждения тонкостенной диафрагмы, что ограничивает область применения электроакустического преобразователя.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и решаемой задаче, является электроакустический преобразователь, описанный в патенте на изобретение RU 2647509 С1, содержащий цилиндрический корпус, расположенные в нем круглый биморф с двумя пьезоэлементами, скрепленный с выпуклой мембраной над ним и общим плоским кольцевым держателем, снабженным над выпуклой мембраной акустическим отражательным экраном с периферийными узлами соосного крепления его к цилиндрическому корпусу.

В данном изобретении применен плоский акустический отражательный экран, что обеспечило значительное увеличение акустического давления, увеличение КПД.

Однако, наличие акустических отверстий над общим плоским кольцевым держателем, названным ранее в полезной модели диафрагмой, приводит к вышеуказанным недостаткам.

Техническая задача: увеличение акустического давления излучаемых колебаний, уменьшение потребляемого тока, увеличение КПД, сужение диаграммы направленности, усиление защиты корпуса и внутренней части акустического преобразователя от внешних механических воздействий, применение в режиме излучения и приема акустических колебаний, унификация формы корпуса для применения электроакустического преобразователя в фазированных акустических волновых каналах (ФАК), оптимизировать габариты для осуществления пулевого бронирования.

Согласно изобретению, электроакустический преобразователь содержит цилиндрический корпус, в котором по окружности закреплена мембрана, имеющая плоскую и центральную выпуклую часть, в основании которой прикреплен биморфный пьезоблок с двумя пьезокерамическими дисками соединенными питающими электрическими проводниками, над всей поверхностью плоской и выпуклой частями мембраны, закреплен акустический отражательный экран, одновременно являющийся крышкой корпуса, на котором с внешней стороны установлен выпуклый согласователь акустических колебаний с воздушной средой.

Конструктивно узлы крепления корпуса обеспечивают соединение двух или нескольких электроакустических преобразователей один над другим, в одном направлении, на расстоянии половины длины волны акустических колебаний для формирования фазированного акустического волнового канала (ФАК), обеспечивающего излучение и прием акустических колебаний с узкой диаграммой направленности.

На ФИГ. 1 показано внутреннее устройство электроакустического преобразователя.

Электроакустический преобразователь содержит цилиндрический корпус 1, закрепленную в нем по окружности мембрану с плоской 2 и выпуклой 3 частью, в основании которой прикреплен биморфный пьезоблок с двумя пьезокерамическими дисками 4, соединенными с питающими электрическими проводниками 5, на корпусе 1, над всей поверхностью плоской 2 и выпуклой 3 частями мембраны закреплен акустический отражательный экран 6, образующий с поверхностью мембраны круговой рупор, раскрыв которого выходит к акустическим отверстиям 8, расположенным по бокам корпуса 1, На внешней стороне акустического экрана 6 установлен выпуклый согласователь 7 акустических колебаний с воздушной средой.

Электроакустический преобразователь работает следующим образом. По электрическим питающим проводникам 5 переменное напряжение резонансной частоты поступает на пьезокерамические диски биморфного пьезоблока 4, возбуждая в нем механические колебания, которые одновременно передаются выпуклой части 3 и плоской части 2 мембраны, возбуждающих в воздушной среде акустические колебания, сдвинутые по фазе. Акустический отражательный экран, направляя акустические колебания от средины выпуклой части мембраны 3 к плоской ее части 2, фазирует акустические колебания, повышая акустическое давление на выходе акустических отверстий 8 расположенных по бокам корпуса 1.

В силу того, что размеры акустического отражательного экрана 6 меньше длины волны акустических колебаний, то они его огибают и распространяются вдоль оси электроакустического преобразователя.

Для получения оптимально узкой диаграммы направленности и более лучшего согласования акустических колебаний с воздушной средой на наружной поверхности акустического отражательного экрана 6 устанавливается выпуклый согласователь 7.

Примечание. При необходимости максимального уменьшения габаритов - электроакустического преобразователя выпуклый согласователь можно не устанавливать.

Конструкция электроакустического преобразователя позволяет его применять в фазированных акустических волновых каналах (ФАК). Для этого два или несколько электроакустических преобразователя располагают один над другим в одном направлении на расстоянии половины длины волны акустических колебаний. При таком расположении, акустические колебания от электроакустических преобразователей оказываются сфазированными и распростроняются вдоль их оси, складываясь по амплитуде, что увеличивает акустическое давление, сужает диаграмму направленности, позволяет излучать и принимать акустические колебания.

На ФИГ. 2 показан внешний вид электроакустического преобразователя.

На ФИГ. 3 показан внешний вид компоновки двух электроакустических преобразователей в фазированном акустическом канале (ФАК).

Таким образом решена техническая задача.

Увеличено акустическое давление, уменьшен в два раза потребляемый ток, увеличен КПД, сужена диаграмма направленности, тонкостенная мембрана защищена от внешних механических воздействий. При необходимости акустический отражательный экран может изготовляться в виде бронированного щитка. Конструктивная возможность применения электроакустического преобразователя в фазированных акустических волновых каналах (ФАК) открывает широкие возможности в создании акустических фазированных решеток, остронаправленных резонансных микрофонов.

Акустический пьезокерамический преобразователь, содержащий цилиндрический корпус, в котором по окружности закреплена мембрана, имеющая плоскую и центральную выпуклую часть, в основании которой закреплен биморфный пьезоблок с двумя пьезокерамическими дисками, соединенными питающими проводниками, над выпуклой частью мембраны, на корпусе держателями закреплен акустический отражательный экран, отличающийся тем, что отражательный акустический экран расположен над кольцевыми акустическими отверстиями, находящимися на боковых сторонах корпуса и над плоской и выпуклой частями мембраны, на внешней стороне акустического отражательного экрана установлен выпуклый согласователь акустических колебаний.