Резонансный однополуволновый акустический преобразователь
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВМ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 02.09.75(21) 2168617/18-10
Со оз Советских
Социалистическими
Республик (11),62l 134 (51) "М. Кл. с присоединением заявки Юе
Н 04 % 17/00
Государственный коинтет
Совета Мнннстров СССР оо делам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.08.785юллетеиь Хе 31 (45) Дата опубликования описания 11.07.78 (5З) УЙК 534.232 (088.8) (72) Автор изобретения
A. Н. Гальперина (71) Заявитель (54) РезонАнсный однополУволновый
АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ
Изобретение относится к электроакусттеке и ультразвуковой технике, может быть использовано в устройствах, содер
Ваших электроакустические преобразователи и концентраторы амплитуды колебаний, и предназначено для ультразвуковой обработки объектов.
Известны конструкции резонансных однополуволновых акустических преобра.зователей, содержапптх пьезоэлементы и то частотопонижающие накладки, из которых рабочая накладка одновременно является концентратором Я, (2) .
Однако пьезоэлементы s этих конструк 5 циях расположены в узловых областях (c преимущественным расположением центральных сечений пьезоэлементов в узловых сечениях); часть рабочей накладки используется для прикрепления преобраза 20 вателя к защитному кожуху, и,следователь но, участок рабочей накладки с уменьшаю щимся сечением занимает только часть четвертьволнового участка преобразоватеня, что в большинстве случаев не может 25 дать необходимый коэффициент усиления амплитуды колебаний.
Наиболее близким цо технической сущности к предложенному является однополуволновый преобразователь, содержащий активные пьезоэлементы, размещенные между узловым сечением преобразователя и его нерабочим торцом, и пассивные частотопонижающие накладки, одна из которых одновременно является концентрато ром, заканчивающимся собственно инстру ментом (31.
Однако в этом устройстве участки ра бочих накладок, на которых осуществлено
1 уменьшение площадей сечений, не превяе шают четвертьволновых i участков преобра зователей, а это в ряде случаев конструк тивно неприемлемо, например в некоторык ультразвуковых офгальмологических инст рументах, рассчитанных на частоту
44 кГц и выше, в которых длина участка преобразователя от рабочего конца инстру мента до утолщелня, которое может загораживать операционное поле, должна быть в ряде случаев не менее 3-4 см. Это
621134 устройство не может обеспечить достаточного усиления амплитуды иа рабочем конце преобразователя.
Цель изобретения - увеличение коэффициента усиления амплитуды колебаний.
Цель достигается, тем, что концентра5 тор выполнен превышающим четвертьволновый участок преобразователя.
На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство.
Преобразователь содержит пьезоэле1О менты 1 и 2, расположенные в четвертьволновом участке преобразователя, заключенном между узловым сечением 0-0 и выходным нерабочим торцом-А, нерабочую частотопонижающую накладку 3
15 и рабочую частотопонижающую накладку
4, являющуюся одновременно концентрата» ром амплитуды колебаний. Волновая длина участка рабочей накладки 4, на котором осуществлено уменьшение площадей се20 чений, например, по катеноидальному закону от площади входного сечения а-а указанного участка до площади выходного сечения иа рабочем конце В, превышает четвертьволновый участок преобразователя, за.включенный между рабочим концом В и узловым сечением 0-0 и равен, в частности, волновой длине, при которой коэффициент усиления амплитуды колебаний данного преобразователя является максимальным. При этом утолщенное сечение а-а рабочей накладки 4 отделено от рабочего конца В с учетом конструктивных условий или условий эксплуатации. Вся рабочая накладка 4, включающая основную часть концентратора, заключенную между сечениями а-а и с-с, и инструментальную часть, заключенную между сечением с-с и рабочим концом В, выполнена либо за единое це- 4о лое, либо . разьемом по сечению с-с.
При этом разъемные элементы могут быть изготовлены из разных или одинаковых материалов. Питание преобразователя от генератора подается с,помощью проводов
5 и 6 на контактные прокладки 7,. В и
О, расположенные между каждым пьезоэлементом и соответствующей накладкой и между пьезоэлементами. Небольшой фланец 10, расположенный в узловой об- -o ласти преобразователя, предназначен для присоединения к преобразователю защитного кожуха
Чтобы повысить КПД, преобразователя, рабочую накладку 4 целесообразно выпал- 55 нять без входного участка с постоянной площадью сечений, заключенного между пьезоэлементом 2 и сечением а-а, что сокрашает волновую длину между уэ-! ловым сечением преобразователя и пьезоэлементами. Кроме того, для некоторого дополнительного увеличения коэффициента усиления возможно небольшое (примерно в пределах 50%) увеличение площади инструментальной части в сечении с-с по сравнению с площадью основной части концентратора в этом же сечении.
Если требуется еще больше удалить утолщенную часть преобразователя.DT рабочего конца, то волновая длина участка рабочей накладки, на котором осуществлено уменьшение площадей сечений в заданных пределах, может быть выбрана несколько больше того значения волновой толщины, при которой коэффициент усиления достигает максимума, но так, чтобы при этом коэффициент усиления был бы больше, чем при выполнении уменьшения площадей сечений на четвертьволновом участке преобразователя. Кроме катеноидальной или экспоненциальнай формы учасч ка рабочей накладки, на котором выполнено уменьшение площадей сечений, возможно выполнение всего этого участка в общем случае сочетанием катеноидальных, экспоненциальных и конических участков между собой, а также сочетанием их с цилиндрическими участками. Предлагаемый резонансный преобразователь может быть выполнен с любым количеством пьезоэлементов (в том числе и с одним пьезоэлементом), а также в случае применения большего числа частотопонижающих накладок, в частности при наличии еще промежуточной накладки, расположенной между пьезоэлементами, Соединение элементов преобразователя между собой осуществляется любым известным способом, например стягиванием его с помощью винтового или болтового соединения, склеиванием и т. д.
Изобретение может быть использовано при разработке ультразвуковых преобразователей преимущественно малой мощности, КПД которых может не иметь первостепенного значения; когда требуется получить относительно большую амплитуду колебаний при возможно меньших продольных и поперечных размерах преоб разователей, следовательно, при достаточно большом коэффи.:иенте усиления и в
ro же время при достаточном удалении утолщенной части преобразователя от рабочего конца собственно инструмента преобразователя. Особенно эффективно применение таких преобразователей в миниатюрных ультразвуковых медицинских инструментах для офтальмологии, стоматологии и т. д.
621134
Составитель E. Артамонова
Редактор Т. Шагова . Техред А. Богдан Корректор Заказ 4678/54 Тираж 805 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Г ;а-,ечт, г, Ужгооол. чл и формула изобретении, Резонансный однополуволновый акустический преобразователь, содержащий актив-, ные пьезоэлементы, размещенные между узловым сечением преобразователя и его нерабочим торцом, и пассивные частотопонижаюшие накладки, одна из которых одновременно является концентратором, заканчивающимся собственно инструментом, отличающийсятем,что, с целью увеличения коэффициента усиления амплитуды колебаний, концентратор выполнен превышающим четвертьволновый участок преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Патент США ¹ 3368085, кл. 310-8.3, 1968. 2. Патент США № 3368086, кл. 310-9. 2, 1968, 3, Патент США № 3524085, кл. 310-8.2, 1970.
