Результат интеллектуальной деятельности: СОСТАВНОЙ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к конструкциям составных электроакустических преобразователей, содержащих пьезокерамические активные элементы.

В электроакустике, в том числе в гидроакустике, широкое применение находят составные электроакустические преобразователи, представляющие собой конструкции, основным компонентом которых является блок соединенных между собой активных пьезокерамических элементов (далее пьезоэлементы), изготовленных из керамики на основе цирконата-титаната свинца [см., например, RU2554591, RU2552591].

Указанные пьезоэлементы соединены друг с другом своими торцевыми поверхностями с помощью слоя отверждаемого в процессе полимеризации эпоксидного клея. В частности, в приведенных выше технических решениях использован эпоксидный клей марки ДМ-5-65.

Известен составной электроакустический преобразователь [ж. Морские интеллектуальные технологии. №4-1, (46), 2019, с. 178-181], выбранный в качестве ближайшего аналога.

Данный преобразователь содержит блок кольцевых пьезокерамических активных элементов, изготовленных из пьезокерамического материала системы цирконата-титаната свинца, а именно из материала ЦТСтБС-2.

Пьезоэлементы соединены друг с другом своими торцевыми поверхностями с помощью слоя отвержденного эпоксидного клея, содержащего в качестве одного из неорганических дисперсных наполнителей также относящийся к системе цирконата-титаната свинца пьезокерамический материал ЦТБС-3.

В рассматриваемом преобразователе за счет близости химической природы материала пьезоэлементов и материала, используемого в составе эпоксидного клея неорганического дисперсного наполнителя, удалось достигнуть высокой стабильности электрофизических характеристик, о чем свидетельствует малый разброс значений электрофизических характеристик преобразователей в пределах одной изготавливаемой партии.

Проблемой, решаемой при реализации заявляемого изобретения, является повышение эффективности работы электроакустического преобразователя за счет улучшения его электрофизических характеристик.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, в составном электроакустическом преобразователе, включающем блок активных пьезокерамических элементов, изготовленных из пьезокерамического материала ЦТСтБС-2, соединенных между собой своими торцевыми поверхностями с помощью слоя отвержденного эпоксидного клея, содержащего неорганический дисперсный наполнитель, включающий пьезокерамический материал системы цирконата-титаната свинца, согласно изобретению пьезокерамические элементы соединены с помощью слоя отвержденного эпоксидного клея, содержащего неорганический дисперсный наполнитель, включающий пьезокерамический материал ЦТСтБС-2.

Материал ЦТСтБС-2, используемый для изготовления пьезоэлементов, обладает совокупностью свойств, обеспечивающих его успешное применение в электроакустике.

За счет использования в заявляемом преобразователе слоя отвержденного эпоксидного клея обеспечивается неразъемное прочное соединение активных пьезокерамических элементов друг с другом.

Принципиально важным в заявляемом изобретении является то, что пьезокерамический материал, входящий в состав наполнителя эпоксидного клея, имеет ту же химическую природу и тот же химический состав, что и пьезокерамический материал, из которого изготовлены пьезоэлементы, при этом и в том, и в другом случае использован материал ЦТСтБС-2.

Как показали экспериментальные исследования, за счет наличия в заявляемом преобразователе слоя вышеописанного эпоксидного клея достигается улучшение ряда его важных электрофизических характеристик.

Так, в ходе проведенных авторами сравнительных испытаний заявляемого преобразователя и преобразователя аналогичной конструкции с пьезоэлементами, также изготовленными из материала ЦТСтБС-2, но в котором использован эпоксидный клей с наполнителем ЦТБС-3 (ближайший аналог), при работе их в режиме излучения акустических колебаний в воздухе, были получены следующие результаты.

В частности, усредненное значение тангенса угла диэлектрических потерь (tgα) у заявляемого преобразователя составило величину 0,003, в то время как у ближайшего аналога этот показатель составил величину 0,006;

усредненное значение резонансного промежутка (Δf=Fap-Fp) у заявляемого преобразователя составило величину 3,00, в то время как у ближайшего аналога этот показатель составил величину 2,42;

усредненное значение отношения напряжения на резонансе Up к напряжению на антирезонансе Uap (Up/Uap) у заявляемого преобразователя составило величину 806, в то время как у ближайшего аналога этот показатель составил величину 389.

То есть, в заявляемом преобразователе достигнуто улучшение ряда его важных электрофизических параметров.

Таким образом, техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности работы заявляемого преобразователя, обусловленное улучшением его электрофизических характеристик.

На чертеже представлен общий вид составного электроакустического преобразователя.

Преобразователь содержит блок активных пьезокерамических элементов 1 (позицией на чертеже обозначен один элемент), имеющих, в частности, форму плоской кольцевой шайбы.

Пьезокерамические элементы 1 изготовлены из выпускаемого промышленностью материала ЦТСтБС-2, представляющего собой твердый раствор системы цирконата-титаната свинца состава 0.98[(Pb_0,86Sr_0,07Ba_0,07)(Zr_0,535Ti_0,465)]O₃+0,02[ZnBiMn_1/4]O₃+0,65 мол % La₂O₃.

Каждый пьезоэлемент 1 снабжен расположенным на его торцевой поверхности электродом (на чертеже не показан), в частности, электродом из серебра. К каждому из электродов подведен электрический провод 2 (позицией на чертеже обозначен один провод). Указанные провода 2 соединены в электрическую цепь с возможностью подключения к источнику электрических сигналов.

Пьезоэлементы 1 соединены с помощью слоя 3 отвержденного в ходе полимеризации эпоксидного клея (позицией на чертеже обозначен один слой). Указанный эпоксидный клей, содержит неорганический дисперсный наполнитель, включающий пьезокерамический материал ЦТСтБС-2.

Состав эпоксидного клея содержит (в массовых долях) связующее, в частности, эпоксидную смолу ЭД-20 (100), отвердитель, в частности, малеиновый ангидрид (50), дисперсные неорганические наполнители: ЦТСтБС-2 (100), оксид алюминия (50), оксид цинка (10), а также катализатор отверждения, в частности, триэтаноламин (0,6).

Электроакустический преобразователь содержит также расположенные на противоположных торцах блока пьезоэлементов 1 тыльную и излучающую металлические накладки 4 и 5.

Электроакустический преобразователь содержит пассивные согласующие электроизолирующие керамические кольцевые элементы 6 (позицией на чертеже обозначен один кольцевой элемент), установленные на противоположных торцевых сторонах блока пьезоэлементов 1.

Между кольцевым элементом 6 и излучающей накладкой 5 установлено стальное кольцо 7, препятствующее возникновению сколов пьезоэлементов при армировании преобразователя.

Кольцевые элементы 6 с торцами блока пьезоэлементов 1, накладка 4 с соответствующим кольцевым элементом 6, накладка 5 с кольцом 7, кольцо 7 с соответствующим кольцевым элементом 6 соединены с помощью слоя эпоксидного клея, в частности, с помощью эпоксидного клея, используемого в слоях 3.

Накладки 4 и 5 и расположенные между ними пьезоэлементы 1, а также элементы 6 и 7, стянуты с помощью армирующего стержня 8, снабженного гайкой 9.

Работа электроакустического преобразователя показана на примере его функционирования в режиме излучения акустических колебаний.

При подаче напряжения на электроды пьезоэлементов 1 в них возбуждаются продольные акустические колебания, ориентированные по оси стержня 8, которые излучаются через накладку 5 в окружающую среду. В частности, указанные акустические колебания воспринимаются приемником (на чертеже не показан), входящим в состав измерительной аппаратуры.