ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ELECTROACOUSTIC PIEZOCERAMIC TRANSDUCER

Изобретение относится к электроакустическим пьезоэлектрическим преобразователям, работающим на фиксированной частоте и может использоваться в качестве источника акустических колебаний с повышенным давлением, например, в системах звукового оповещения, пожарной и охранной организации, сигнализаторов в радио средствах различного назначения, излучателей акустических колебаний дальнего действия в акустических пушках.
Известен электроакустический пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, соосно последовательно скрепленные диффузор и пьезокерамический биморфный элемент (далее биморф), стойки между ним и корпусом (Лекции Интерфейсные электронные схемы. С. 47, рис. 40 Б. -
https://wwwgoog1e.ru/ur1?sa=t&rct=j&g=&esrc=s&sourse=web&cd=1&ved=0ahUKEwj-
3_r15tvOAhWF1ywKHduzBYsQFggdMAA&ur1=http%3A%2F%fep.tti.sfedu.ru%2Frussian%2Fkes%2Fsubjects%2FC_MST%2Flections.doc&usg=AFQjGNGU8SyVpcxiX311410yjOHNDFETkDg&sig2=ygAL9WLIMfXZ1elt1XleeA&cad=rit) Технический недостаток известного электроакустического пьезокерамического преобразователя: обладает слабым акустическим давлением излучаемых колебаний, низким коэффициентом полезного действия (КПД), согласно описания на резонансной частоте биморфа, значительная часть энергии поглощается эластичным материалом под биморфом.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и решаемой задаче является электроакустический пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, соосно последовательно скрепленные диффузородержатель, диффузор и пакет из двух сегнетоэлектрических биморфов с межбиморфным периферийным узлом скрепления (Жук М. Современная пьезоаппаратура.  Радио №3, 1947 г., рис 12.
Технический недостаток известного электроакустического преобразователя состоит в том, что биморфы работают с изгибом в одном направлении, что увеличивает их общую механическую мощность колебаний, но не производит сложение амплитуд биморфов. В результате низкого КПД невозможно получить высокое акустическое давление.
Техническая задача: значительно увеличить акустическое давление до значений не менее 120 децибел на метр на фиксированных акустических частотах за счет увеличения амплитуды механических колебаний, подводимых к вершине диффузора, улучшения КПД, увеличение дальности действия, акустического пьезокерамического преобразователя.
Согласно изобретению электроакустический пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, соосно последовательно скрепленные диффузородержатель, диффузор, пакеты, состоящие из двух пьезокерамических биморфов с периферийными узлами скрепления, скрепленные между собой внутренней центральной стойкой, с помощью внешних центральных стоек соединенные с одной стороны с корпусом устройства, с другой стороны с вершиной диффузора, пьезокерамические биморфы в пакетах, соединенные электрически таким образом, чтобы при подаче к ним переменных электрических колебаний резонансной частоты пьезокерамические биморфы изгибались в противоположных направлениях, увеличивая амплитуду механических колебаний диффузора. На фиг. 1 показан электроакустический пьезокерамический преобразователь, общий вид в осесимметричном сечении, он содержит корпус 1, соосно последовательно скрепленные диффузородержатель 2, диффузор 3 и два (возможно и более двух) пакета 4 и 8, состоящих из двух биморфов 5 с межбиморфными периферийными узлами скрепления 6, центральную, скрепляющую пакеты 4 и 8 стойку 9, центральную внешнюю стойку крепления 7 пакетов 4 и 8 с корпусом 1, центральную внешнюю стойку прикрепления 11, пьезокерамического биморфа 4 с вершиной диффузора 3, электрической цепи питания 10, пьезокерамических биоморфов 4 и 8 соединенную с ними таким образом, чтобы при подаче к пьезокерамическим биморфам 4 и 8 переменных электрических колебаний они изгибались в противоположных направлениях.
На фиг. 2 показаны изгибы пьезокерамических биморфов при положительном полупериоде переменных, электрических колебаний резонансной частоты, подаваемых по электрической цепи 10, векторы изгиба h и векторы смещения центральных точек пьезокерамических биморфов + h относительно нейтрального положения (при отрицательном полупериоде векторы изгиба h и векторы смещения центральных точек пьезокерамических биморфов - h в обратном направлении относительно нейтрального положения не показаны). На фиг. 3 показан фрагмент синусоиды колебаний вершины диффузора со значениями амплитуды, при положительном полупериоде, равной сумме (Σ+h), и амплитуды при отрицательном полупериоде, равной сумме Σ(-h). В исходном состоянии, Фиг. 1, пьезокерамические биморфы 5 в пакетах 4 и 8 находятся в нейтральном положении, параллельно друг к другу состоянии; вершина диффузора 3 занимает положение на уровне «0» Фиг. 3; электрические колебания не подаются по электрической цепи 10 к пьезокерамическим биморфам 5 и диффузор 3, не излучает акустические колебания. Электроакустический пьезокерамический преобразователь работает следующим образом. По электрической цепи 10, соединяющей пьезокерамические биморфы 5 пакетов 4 и 8, подаются переменные 4
электрические колебания резонансной частоты. В пьезокерамических биморфах 5 пакетов 4 и 8 возникают механические резонансные колебания, изгибающие пьезокерамические биморфы 5 в пакетах 4 и 8 в противоположных направлениях.
При положительном полупериоде векторы изгиба h направлены в противоположных направлениях и пакеты 4 и 8 становятся двояковыпуклыми. При этом амплитуды всех векторов + h складываются и направлены к вершине диффузора 3 задавая на нем положительную амплитуду, равную сумме векторов + h всех пьезокерамических биморфов, то есть Σ(+h).
При отрицательном полупериоде переменных электрических колебаний, пьезокерамические биморфы 5, в пакетах 4 и 8 становятся двояковогнутыми. При этом амплитуды векторов, складываясь, направлены от вершины диффузора, 3, задавая в нем отрицательную амплитуду, равную –h, всех пьезокерамических биморфов, то есть Σ(-h).
Таким образом, за счет увеличения амплитуды колебаний диффузора 3 на резонансной частоте пьезокерамических биморфов 5 пакетов 4 и 8 получено значительное увеличение звукового давления и КПД акустического преобразователя.
Практически установлено, что с понижением используемой частоты акустических колебаний необходимо увеличение амплитуды механических колебаний, подводимых к диффузору, что требует увеличение количества последовательно соединенных пакетов из пьезокерамических биморфов.