Стержневой пьезокерамический армированный преобразователь

Полезная модель относится к области проектирования электроакустической аппаратуры и может быть использована в гидроакустических антеннах, содержащих пьезокерамические преобразователи.
Известна многоэлементная антенна из пьезокерамических стержневых преобразователей, включающих в себя активный модуль - продольно поляризованные пьезоэлементы с электродами на торцах, фронтальную накладку, являющуюся общей излучающей поверхностью антенны, и электроизолирующие прокладки, размеры и толщина которых выбираются из условия предотвращения электрического пробоя промежутка между накладкой и модулями 1
Наиболее близким по количеству общих признаков к предлагаемой полезной модели является стержневой армированный преобразователь в составе гидроакустической антенны 2, содержащий активный модуль, включающий по крайней мере один продольно поляризованный цилиндрический пьезоэлемент, имеющий электроды на торцах и центральное отверстие, фронтальную и тыльную накладки, между которыми вкпеен активный модуль, электрически изолированный от них посредством изолирующих шайб и скрепленный с ними армирующей шпилькой. Фронтальная накладка, описанная в 2 является либо принадлежностью отдельного стержневого армированного преобразователя, либо является частью общей излучающей поверхности антенны
Недостатком известного пьезокерамического преобразователя является большой разброс значений резонансной частоты как за счет разброса неравномерности по толщине изолирующих шайб, которые, как правило, изготавливаются вырубанием из выпускаемого промышленностью тонкого стеклотекстолита, электротехнической листовой марки типа СТЭФ-1 с гостированным разбросом по толщине в пределах одного номинала, так и за счёт возрастания числа склеивающих слоев, что весьма актуально для высокочастотных преобразователей 3.
Задачей полезной модели является уменьшение разброса значений резонансных частот пьезокерамического преобразователя, и это особенно актуально при использовании их в многоэлементных антеннах.
Для решения поставленной задачи в известном стержневом армированном преобразователе, содержащем активный модуль, включающий по крайней мере один продольно поляризованный цилиндрический пьезоэлемент, имеющий электроды на торцах и центральное отверстие, при этом активный модуль вклеен между фронтальной и тыльной накладками, электрически изолирован от них и скреплен с ними армирующей шпилькой введен новые признаки, а именно: на поверхности фронтальной и тыльной накладок, обращенных к торцевым поверхностям активного модуля, нанесено электроизоляционное порошковое полимерное покрытие типа глазури в виде равнотолщинного слоя, толщина которого регламентирована и не превышает двух толщин клеевого шва, а электрическое напряжение пробоя слоя глазури на частоте 50 Гц при температуре 20° С не менее трехкратного рабочего электрического напряжения, подводимого к стержневому армированному преобразователю в режиме излучения.
Дополнительно аналогичное электроизоляционное покрытие в виде глазури для улучшения частотных характеристик стержневого армированного преобразователя может быть нанесено на боковую поверхность армирующей шпильки.
Техническим результатом от использования предложенной полезной модели является уменьшение разброса резонансных частот преобразователей и, как следствие, повышение их эффективности а, значит, и технологичности антенны в целом, уменьшение технологического задела при комплектовании преобразователей в антенну,а в итоге снижение трудозатрат и стоимости .
Достижение технического результата объясняется тем, что при нанесении электроизоляционного порошкового полимерного покрытия в виде глазури можно получить слой не превышающий двух толщин клеевого шва, который будет иметь заданную неравномерность и в тоже время выдерживать электрическое напряжение пробоя не менее трехкратного рабочего электрического напряжения, подводимого к преобразователю в режиме излучения.
Кроме того при использовании электроизоляционного покрытия уменьшается количество клеевых слоев, а, как следствие, происходит минимизация разбросов резонансных частот, повышается технологичность и эффективность. Применение электроизоляционного покрытия на боковой поверхности армирующей шпильки позволяет минимизировать внутренний диаметр центрального отверстия цилиндрического пьезоэлемента и повысить тем самым его активную поверхность, при этом одновременно снизить паразитные колебания шпильки, улучшить частотную характеристику преобразователя, и тем самым повысить его чувствительность.
Сущность полезной модели поясняется Фиг 1, на которой схематически показан предложенный пьезокерамический преобразователь.
Предложенный пьезокерамический преобразователь содержит активный модуль 1, вклеенный между фронтальной 2 и тыльной накладками, которая традиционно для высокочастотных стержневых армированных преобразователей, выполнена составной - непосредственно из цилиндрической шайбы 3 и шайбы rjY // f.5 гайки 4. На армирующую шпильку 5 нанесено электроизоляционное покрытие в
виде глазури 6. Преобразователь имеет электрические выводы 7. Поверхности, на которые нанесено электроизоляционное покрытие, помечены толстой линией. В предложенной конструкции активный модуль выполнен из нескольких цилиндрических пьезоэлементов в виде шайб 8. Электроды пьезоэлементов нанесены на их торцевые поверхности.
При изготовлении преобразователя сначала на армирующую шпильку 5, фронтальную накладку 2 и шайбу 3 наносят методом напыления электроизоляционное порошковое полимерное покрытие, которое после термической обработки превращается в глазурь. После этого производят склейку и электрический монтаж активного модуля 1 из пьезоэлементов 8, как показано на фиг.1, а далее выполняют армирование преобразователя посредством шайбы-гайки 4.
Предложенное устройство работает следующим образом. При подаче на преобразователь с помощью электрических выводов 7 электрического напряжения происходит преобразование электрической энергии в акустическую, а в режиме приёма соответственно - акустической в электрическую. На частоте возбуждения преобразователя звуковые волны распространяются в рабочей среде (воде), на которую нагружен преобразователь. Минимизация разбросов значений резонансных частот преобразователей в многоэлементной антенне позволяет значительно повысить ее эффективность в режиме излучения. Уменьшение паразитных колебаний шпильки приводит к улучшению частотной характеристики преобразователя и повышению его чувствительности в режиме приема.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет решить поставленную задачу, а именно уменьшить разброс значений резонансной частоты преобразователей, повысить их технологичность и эффективность.
.x//
4
Источники информации:
1.Гидроакустичекские преобразователи и антенны. Г.М. Свердлин. Л. 1980г., с.177-179.
2.Патент США N 3,525,091 по кл.НО4Р 17/00, 7/06.
3.Подводные электроакустические преобразователи. Справочник под редакцией В.В. Богородского. Л 1983г.,с. 181-183.