ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ELECTROACOUSTIC TRANSDUCER

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.