Главная > Электроакустика
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

Другие типы пьезоэлектрических элементов электроакустических аппаратов

Подробное рассмотрение характеристик чувствительности и ознакомление с расчетными формулами для множества существующих в настоящее время пьезоприборов невозможно в рамках настоящей книги. Приведем только качественное рассмотрение

некоторых возможностей, предоставляемых пьезоэлементами для создания электроакустических аппаратов различного назначения.

Пьезоэлемент в виде круглой пластинки кварца -среза. Такая пластинка изображена на рис. 4.52а. Она обладает продольным пьезоэффектом. Часто используется как в приемниках, так и в излучателях ультразвука. Иногда применяется с металлическими накладками, толщина которых подбирается так, чтобы вместе с пьезоэлементом составилась резонансная система для продольных колебаний в направлении оси симметрии, настроенная на нужную частоту.

Пьезокварцевая мозаика (рис. 4.526). Такой пьезоэлемент приходится составлять из отдельных кусков (пластинок) А-среза кварца, когда требуется получить пучок плоских волн» Так как в природе однородный кварцевый кристалл большого размера встречается редко, то приходится пьезоэлемент собирать как мозаику из кусков, не имеющих дефектов кристаллического строения.

Пьезоэлемент из турмалина. Обычно это небольшого размера цилиндрик, в котором используется пьезоэффект, возникающий при всестороннем сжатии. Такой пьезоэлемент удобен для осуществления приемников звука, не обладающих направленностью (рис. 4.52в).

Кольцевой пьезоэлемент из пластин сегнетовой соли (рис. 4.52г). Пластины сегнетовой соли собирают в кольцо заданного диаметра. Сборка производится с помощью склейки и заливки пластин в полимеризующуюся водостойкую пластмассу. Собственная частота определяется величиной диаметра кольца и скоростью распространения звука в таком сборном кольце так же, как в магнитострикционном кольцевом излучателе (см. параграф 4.13). Сегнетовый кольцевой пьезоэлемент может быть армирован наружным металлическим кольцом или двумя кольцами — наружным и внутренним. Это увеличивает механическую прочность конструкции и позволяет управлять частотной характеристикой кольцевого пьезоэлемента.

Биморфный пьезоэлемент из сегнетовой соли Две пластинки из сегнетовой соли среза 45° склеиваются так, что их электрические оси направлены в противоположные стороны, как показано на рис. 4.525. Если на электроды, приклеенные к наружным поверхностям этой двойной пластинки, подать напряжение, то одна пластинка будет стремиться растянуться, а другая сжаться.

Так как пластины склеены и не могут сдвигаться относительно друг друга, то произойдет изгиб такого пьезоэлемента. Под действием изгибающей нагрузки пьезоэлемент будет поляризоваться.

Биморфные пьезоэлементы используются во многих устройствах: пьезомикрофонах, адаптерах граммофонных проигрывателей, приемниках вибраций.

Рис. 4.52. (см. скан) Пьезоэлементы: а — кварц -среза, б - кварцевая мозаика; в — турмалин; г - кольцевой, из пластин сегнетовой соли; биморфный, из сегнетовой соли; ячейка из сдвоенных биморфных элементов;

Ячейка из двух биморфных элементов применяется в пьезомикрофонах (рис. . Размеры ячейки невелики (площадь обкладок благодаря чему такая ячейка действует как приемник акустического давления ненаправленного типа до частот порядка 7000—8000 Гц. Чувствительность такой ячейки состав ляет при емкости ячейки Микрофон обычно состоит из нескольких ячеек и имеет общую емкость

(см. скан)

На основе биморфного пьезоэлемента можно построить также микрофон с мембраной. Один из таких микрофонов изображен схематически на рис. 4.52ж. Его чувствительность — при емкости Большая емкость такого микрофона по сравнению с емкостью конденсаторного микрофона позволяет отнести от него входной каскад усиления на значительное расстояние и соединить с усилителем кабелем без большой потери чувствительности.

Пьезоэлементы из керамики. Пьезоэлементы из керамических материалов могут быть самой различной конфигурации. Пьезоэффект в таком элементе определяется тем, в каком направлении элемент поляризован. Направление поляризации

устанавливается конструктором электроакустического аппарата ото выбору. Простейшим пьезокерамическим элементом является пластинка, поляризованная в направлении ее толщины и работающая на сжатие. При (приложении усилий к узким торцам такой пластинки в ней возникает поперечный пьезоэффект, вдвое меньший продольного. Поперечный пьезоэффект с успехом может применяться в аппаратах, в которых (пьезоэлемент находится иод большим постоянным сжимающим усилием. Сжатие (пьезоэлемента в направлении начальной поляризации вызывает поляризацию обратного знака, и при большом значении сжимающих напряжений эта обратная поляризация может вызвать деполяризацию и потерю чувствительности пьезоэлемента. При поперечном сжатии пластинки происходит увеличение ее толщины и пьезоэффект имеет направление то же, что и начальная поляризация.

Из пьезокерамичеоких пластин могут быть набраны как пакетные, так и (биморфные пьезоэлементы. Большим достоинством пьезокерамических элементов является их большая емкость даже при небольших размерах. Диэлектрическая постоянная пьезокерамики очень велика так что пластинка плошадью в и толщиной обладает емкостью от 1500 до 3000 пФ. Это позволяет строить из пьезокерамики электроакустические аппараты весьма малых размеров, не помещая вблизи пьезоэлемента усилителя, и даже при значительной длине кабеля получать достаточную чувствительность аппарата.

Весьма распространенным видом пьезоэлемента из керамики является полый цилиндр. Электроды наносятся на внутреннюю и наружную боковые поверхности и элемент поляризуется в направлении радиуса. Такой пьезоэлемент может работать при равномерном сжатии в радиальном направлении или при сжатии вдоль образующей. Цилиндрические пьезоэлементы из керамики используются для измерительных гидроакустических и ультразвуковых приемников. Если цилиндр из пьезокерамики таков, что длина его окружности и высота малы по сравнению с длиной волны звука в керамике и окружающей среде, то под действием звукового давления на боковую поверхность он деформируется квазистатически и механические напряжения в нем не зависят от частоты.

Такой пьезоэлемент является приемником давления с частотнонезависимой характеристикой холостого хода:

толщина стенки цилиндра.

Используя тонкий полый цилиндр , можно получить значительное увеличение чувствительности по сравнению с обычным пакетным пьезоэлементом. Дело в том, что в пакетном пьезоэлементе на торец пластины действует сила а в такой же пластине, свернутой в цилиндр, Таким образом, цилиндр действует как механический трансформатор, увеличивающий механические напряжения в пластине в отношении

. В этом же отношении возрастает и чувствительность цилиндрического пьезоэлемента по сравнению с чувствительностью пластинки таких же размеров, как и развертка цилиндра. На основании ф-лы (3.130) параграфа 3.11 можно определить ход частотной характеристики чувствительности цилиндрического преобразователя, полагая, что размер соответствует половине длины развертки цилиндра, Резонанс цилиндрического элемента наступает при

Рассматривая цилиндрический пьезоэлемент, мы считали, что внутри его давления звука нет. Практически это достигается тем, что цилиндр герметизируется жесткими крышками-основаниями. При проверке наличия побочных резонансных частот следует подсчитать первую собственную частоту цилиндра, колеблющегося вдоль образующей. Если масса крышек мала, то вдоль образующей цилиндра укладывается около полуволны сжатия при резонансе. Для того чтобы учесть массу крышек, воспользуемся тем, что эквивалентная масса полуволнового стержня составляет половину его полной массы. Если масса крышек а эквивалентная масса стержня то понижение резонансной частоты произойдет в раз.

Цилиндричеокий пьезоэлемент может использоваться и в приемниках, имеющих приемную диафрагму. Конструкция такого приемника, в принципе, такая же, как и приемника с пакетным пьезоэлементом, изображенного на рис. 4.50. Цилиндрические или кольцевые пьезоэлементы используются также для излучения звука аналогично магнитострикционным кольцевым излучателям.

Упомянем еще, что кольцевые (или цилиндрические) пьезоэлементы могут использоваться ,и при более сложных формах колебаний. Разделив электроды на боковых поверхностях цилиндра на четыре части, как показано на рис. 4.52з, можно переключить их после поляризации так, чтобы соседние квадранты получали от возбуждающего генератора напряжения, обратные по фазе. В этом случае кольцо будет «колебаться с четырьмя узловыми линиями вдоль образующих. Присоединяя к такому кольцу диафрагму (рис. и опирая его диаметрально противоположной точкой на неподвижное основание, можно получить систему с низкой собственной частотой и большой чувствительностью.

Сферический пьезокерамический элемент. Стремление получить ненаправленный акустический приемник давления для широкого диапазона частот привело конструкторов к пьезокерамическому элементу в виде сферической оболочки. Равномерно поляризованная по радиусу однородная тонкая сферическая оболочка будет принимать давление акустических волн одинаково, независимо от направления их падения. Так как все же необходимо вывести провод от внутреннего электрода и укрепить сферу на каком-то держателе, то полной симметрии достигнуть невозможно. Современная технология позволяет получить из пьезокерамики цельные тонкие сферические колбы с узким горлом

самых различных диаметров, которые работают на всестороннее сжатие и с успехом «используются в измерительных приемниках давления.

Для того чтобы такой приемник не принимал вибраций от штатива или подвеса, к которому он крепится, между штативом и микрофоном помещают мягкую резиновую, экранированную снаружи гибким экраном вставку (трубку), через которую проходит вывод от внутреннего электрода сферы (рис. 4.52к).

1
Оглавление
email@scask.ru