Патент на изобретение №2184622

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

(57) Реферат:

Использование: для получения колебаний дозвуковой, звуковой и сверхзвуковой частоты и может быть использовано в акустической аппаратуре для возбуждения акустических колебаний, а также в различных технологических установках и устройствах для возбуждения механических колебаний на поверхностях большой площади. Устройство содержит диэлектрическую пластину, размещенную между листовыми токопроводящими обкладками, подключенными к источнику постоянного тока и генератору электрических сигналов. Диэлектрическая пластина выполнена из аморфного диэлектрического материала с дипольной структурой. Токопроводящие обкладки подключены к источнику постоянного тока и генератору электрических сигналов с возможностью образования в диэлектрической пластине модулированного электрического поля, электрострикционно связанного с дипольной структурой. Технический результат: повышение стабильности частотной характеристики, расширение диапазона этой характеристики и расширение арсенала технических средств. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам общего назначения, предназначенным для получения колебаний дозвуковой, звуковой и сверхзвуковой частоты, и может быть использовано в акустической аппаратуре для возбуждения акустических колебаний, а также в различных технологических установках и устройствах для возбуждения механических колебаний на поверхностях большой площади.

Известно устройство, содержащее два взаимно перекрывающихся по площади проводника в виде полос, электрически изолированных один от другого слоем упругого материала (патент США 4690353, В 64 D 15/00, 1987 г.). Проводники последовательно соединены между собой. При прохождении импульсов тока через проводники возникает взаимное отталкивание проводников, вызванное взаимодействием магнитных полей противоположно направленных токов.

Недостаток устройства заключается в искажении спектра создаваемых колебаний относительно спектра подаваемых импульсов тока.

Известно также устройство для образования акустических волн, содержащее рабочий элемент из кристаллического пьезоэлектрического материала, имеющий по меньшей мере два участка поверхности, разделенные пограничным участком (международная заявка РСТ 92/18256, В 06 В 1/06, 1992 г.). На поверхности участков нанесена электропроводная фольга, кромки которой соединены с проводниками для подачи электрического напряжения. На фольге нанесена защитная маска, выполненная из диэлектрического материала, армированного волокнами. В рабочем элементе образованы каналы с расположенными в них перегородками. Под действием электрического поля, возникающего при подаче напряжения на фольгу, происходит деформирование пьезоэлектрического материала рабочего элемента за счет обратного пьезоэлектрического эффекта. С изменением подаваемого напряжения соответственно изменяется степень деформации пьезоэлектрического материала, в результате чего образуются акустические волны.

Недостатками устройства для образования акустических волн являются низкое качество звуковых колебаний и низкая прочность рабочего элемента, выполненного из кристаллического материала.

Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков является принятое за прототип, известное устройство для распространенного создания и приема акустических и механических колебаний (патент РФ 2033866, В 06 В 1/00, 1995 г.). Устройство содержит диэлектрическую пластину, размещенную между листовыми токопроводящими обкладками, подключенными к источнику постоянного тока и к генератору электрических сигналов. Диэлектрическая пластина выполнена из упругого магнитодиэлектрика, в качестве которого использован магнитомягкий или магнитотвердый намагниченный материал с линейными или нелинейными свойствами. Листовые токопроводящие обкладки выполнены из ферромагнитного материала. При протекании тока через токопроводящие обкладки между ними возникают силы взаимного отталкивания или притяжения, зависящие от магнитной проницаемости упругого магнитодиэлектрика. В результате обкладки совершают колебания синфазно электрическим сигналам. Колебания обкладок компенсируются упругостью магнитодиэлектрика.

Недостатком устройства-прототипа является низкая стабильность и узкий диапазон частотной характеристики.

Задача изобретения состоит в том, чтобы повысить стабильность частотной характеристики, расширить ее диапазон и расширить арсенал технических средств для получения колебаний дозвуковой, звуковой и сверхзвуковой частоты.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для получения акустических и механических колебаний, содержащем диэлектрическую пластину, размещенную между листовыми токопроводящими обкладками подключенными, к источнику постоянного тока и генератору электрических сигналов, согласно изобретению диэлектрическая пластина выполнена из аморфного диэлектрического материала с дипольной структурой. Токопроводящие обкладки подключены к источнику постоянного тока и генератору электрических сигналов с возможностью образования в диэлектрической пластине электрического поля, модулированного электрическими сигналами. Электрическое поле электрострикционно связано с дипольной структурой диэлектрической пластины.

Токопроводящие обкладки плотно прилегают к диэлектрической пластине.

Дипольная структура упорядочена с ориентированием диполей в направлении кратчайшего расстояния между токопроводящими обкладками.

Напряжение источника постоянного тока составляет не менее половины максимальной амплитуды колебаний напряжения электрических сигналов.

Устройство содержит электроизолирующий слой с пробойным напряжением выше пробойного напряжения диэлектрической пластины, размещенный между диэлектрической пластиной и токопроводящей обкладкой.

Между токопроводящими обкладками размещены дополнительная диэлектрическая пластина и дополнительная токопроводящая обкладка.

Токопроводящие обкладки подключены к одному полюсу источника тока, а дополнительная токопроводящая обкладка подключена к противоположному полюсу источника тока.

Аморфный диэлектрический материал, имеющий дипольную структуру, и модулированное электрическое поле, наведенное в диэлектрической пластине источником постоянного тока и генератором электрических сигналов, обеспечивают получение акустических колебаний в диапазоне дозвуковых, звуковых и сверхзвуковых частот, а также механических колебаний, позволяют создавать громкоговорители и вибраторы в виде пленочных листов неограниченной длины и ширины, надежно работающие в условиях повышенной влажности и загазованности.

Плотное прилегание токопроводящих обкладок к диэлектрической пластине предотвращает искажение колебаний на всей поверхности диэлектрической пластины, повышает чистоту звука и стабильность колебаний.

Упорядочением дипольной структуры с ориентированием диполей в направлении кратчайшего расстояния между токопроводящими обкладками достигнута максимальная амплитуда колебаний за счет продольного деформирования диполей под действием модулированного электрического поля.

Превышением напряжения источника постоянного тока по отношению к половине максимальной амплитуды колебаний напряжения электрических сигналов предотвращено изменение направления электрического поля, что повышает чистоту звука.

Электроизолирующий слой с пробойным напряжением, превышающим пробойное напряжение диэлектрической пластины, позволяет повысить напряжение источника постоянного тока и амплитуду колебаний без электрического пробоя диэлектрической пластины.

Дополнительная диэлектрическая пластина увеличивает амплитуду колебаний токопроводящих обкладок за счет суммирования колебаний основной и дополнительной диэлектрических пластин.

Подключением токопроводящих обкладок к одному полюсу источника постоянного тока и дополнительной токопроводящей обкладки к его противоположному полюсу обеспечена безопасная эксплуатация устройства за счет изолирования от окружающей среды одного из полюсов источника тока.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1, 2, 3 изображены примеры осуществления изобретения с разным количеством дополнительных диэлектрических пластин; на фиг.4 – устройство с основной и дополнительной диэлектрическими пластинами в разрезе; на фиг.5 – график зависимости напряжения источника тока и напряжения генератора электрических сигналов от времени.

Устройство содержит диэлектрическую пластину 1, размещенную между листовыми токопроводящими обкладками 2, выполненными в виде фольги или напыленных слоев. Токопроводящие обкладки подключены к источнику 3 постоянного тока и генератору 4 электрических сигналов. Диэлектрическая пластина 1 выполнена из аморфного материала, например поливинилхлорида, с дипольной структурой 5, упорядоченной в направлении кратчайшего расстояния между токопроводящими обкладками 2. Напряжение U_п источника 3 постоянного тока превышает половину максимальной амплитуды колебаний напряжения электрических сигналов. Между токопроводящими обкладками 2 размещены дополнительная диэлектрическая пластина 6 и дополнительная токопроводящая обкладка 7. Между диэлектрической пластиной 1 и токоприводящей обкладкой 2, а также между дополнительной диэлектрической пластиной 6 и дополнительной токопроводящей обкладкой 7 размещен электроизолирующий слой 8, например лавсановый, с пробойным напряжением выше пробойного напряжения диэлектрической пластины 1.

Работает устройство следующим образом.

Перед началом работы устройства упорядочивают дипольную структуру 5 диэлектрической пластины 1 и дополнительной диэлектрической пластины 6, для чего диэлектрические пластины 1 и 6 помещают в направленное электрическое поле, нагревают до температуры, при которой диполи ориентируются в направлении кратчайшего расстояния между плоскостями этих пластин, и охлаждают, фиксируя упорядоченное положение дипольной структуры 5. При подаче напряжения U_п от источника постоянного тока и переменного напряжения U_c от генератора 4 на токопроводящие обкладки 2 и дополнительную токопроводящую обкладку 7 в диэлектрической пластине 1 и дополнительной диэлектрической пластине 6 возникает модулированное электрическое поле, под действием которого диполи упруго деформируются в продольном направлении в соответствии с изменением напряжения модулированного электрического поля. В результате возникают колебания диэлектрических пластин 1 и 6 и связанных с ними токопроводящих обкладок 2. Колебания дополнительной диэлектрической пластины 6 происходят синфазно с колебаниями диэлектрической пластины 1 и их амплитуды складываются. Электрический пробой диэлектрических пластин 1 и 6 предотвращается электроизолирующим слоем 8. Устройство безопасно в эксплуатации, поскольку обе внешние токопроводящие обкладки 1 подключены к одному полюсу источника 3 постоянного тока.

Формула изобретения

1. Устройство для получения акустических и механических колебаний, содержащее диэлектрическую пластину, размещенную между листовыми токопроводящими обкладками, подключенными к полюсам постоянного тока и генератору электрических сигналов, отличающееся тем, что диэлектрическая пластина выполнена из аморфного диэлектрического материала с упорядоченной дипольной структурой, диполи которой ориентированы в направлении кратчайшего расстояния между токопроводящими обкладками.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что напряжение источника постоянного тока составляет не менее половины максимальной амплитуды колебаний напряжения электрических сигналов.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит электроизолирующий слой с пробойным напряжением выше пробойного напряжения диэлектрической пластины, размещенный между диэлектрической пластиной и токопроводящей обкладкой.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между токопроводящими обкладками размещены дополнительная диэлектрическая пластина и дополнительная токопроводящая обкладка, при этом токопроводящие обкладки подключены к одному полюсу источника постоянного тока, а дополнительная токопроводящая обкладка подключена к противоположному полюсу источника постоянного тока.

РИСУНКИ