Використання: в електроакустиці. Суть винаходу: п'єзоелектричний мікрофон містить чутливий елемент, пружний елемент, підстава, що прилягає до поверхні чутливого елемента. Чутливий елемент виконаний з пьезокомпозіціонного матеріалу зі зв'язністю 3 - 3, одна з фаз якого є газоподібної середовищем, підстава контактує з однією з площин чутливого елемента, а пружний елемент виконаний у вигляді прилеглої до решти поверхні чутливого елемента оболонки з діелектричного матеріалу, причому товщина d частини оболонки, що контактує з бічною поверхнею чутливого елемента, задовольняє співвідношенню: де Ek - модуль Юнга п'єзокераміки; Em - модуль Юнга матеріалу оболонки; Sk - площа перетину чутливого елемента площиною, перпендикулярної напрямку поляризації; Lk - параметр перетину чутливого елемента площиною, перпендикулярної напрямку поляризації. 4 мул.
Винахід відноситься до електроакустичним перетворювачів, а саме до мікрофонів, призначеним для комплектації побутової апаратури.
В даний час побутова апаратура комплектується в основному електродинамічними мікрофонами з нерівномірністю амплітудно-частотної характеристики 12-20 дБ, що істотно перевищує нерівномірність амплітудно-частотної характеристики конденсаторних мікрофонів (4-8 дБ). Однак широкого застосування в побутовій техніці конденсаторні мікрофони не знайшли через складність конструкції, високу вартість, необхідність використання високовольтного напруги.
Відомий п'єзоелектричний мікрофон, обраний в якості прототипу, що містить чутливий елемент, пружний елемент і підстава (Акустика. Довідник. М. "Радио и связь", 1989, с. 69-70). Наявність механічного зв'язку між пружним елементом і ділянкою чутливого елемента істотно підвищує нерівномірність амплітудно-частотної характеристики мікрофона і не дозволяє використовувати його в побутовій апаратурі, хоча він не вимагає високовольтного живлення і має низьку вартість.
Дана мета досягається за рахунок того, що чутливий елемент виконаний з пьезокомпозіціонного матеріалу зі зв'язністю 3-3, одна з фаз якого є газоподібної середовищем, підстава контактує з однією з площин чутливого елемента, а пружний елемент виконаний у вигляді прилеглої до іншої частини поверхні чутливого елемента оболонки з діелектричного матеріалу, причому товщина d частини оболонки, що контактує з бічною поверхнею чутливого елемента, задовольняє співвідношенню: d <Ек Sк /Ем Lк. где Ек - модуль Юнга пьезокерамики; Ем - модуль Юнга материала оболочки; Sк - площадь сечения чувствительного элемента плоскостью, перпендикулярной направлению поляризации; Lк - периметр сечения чувствительного элемента плоскостью, перпендикулярной направлению поляризации.
У прототипі наявність механічного зв'язку між пружним елементом і ділянкою чутливого елемента призводить до механічних резонансів, що обумовлює істотну нерівномірність амплітудно-частотної характеристики незалежно від конструкції чутливого елемента і матеріалу, з якого він зроблений. Перетворити цей зв'язок певною конструкції не представляється можливим, оскільки її вид визначається формою взаємодії пружного елемента з чутливим елементом.
Тиск, сприймається пружним елементом, передається на чутливий елемент, в результаті чого він деформується в напрямку поляризації, а на його електродах з'являється заряд. Наявність пружного елемента у вигляді прилеглої оболонки виключає проникнення звукової хвилі всередину пір чутливого елемента і тим самим виключає компенсацію заряду зарядами, зумовленими поперечним п'єзоефектом. Так як газоподібне наповнення пір чутливого елемента має велику сжимаемостью, вплив хвилі на бічну поверхню чутливого елемента також не приводить до появи компенсуючих зарядів.
Товщина d частини оболонки, що прилягає до бічної стінки чутливого елемента, повинна бути такою, щоб її жорсткість не збільшувала жорсткість чутливого елемента і не знижувала тим самим його чутливість.
Виконання підстави прилеглим до іншої частини поверхні чутливого елемента дозволяє при збереженні характеристик мікрофона забезпечити його надійне кріплення в побутовій апаратурі.
Введення в мікрофон додаткового чутливого елемента, закріпленого на протилежному боці підстави і сполученого електрично паралельно з іншим чутливим елементом, причому позитивні електроди чутливих елементів з'єднуються між собою, дозволяє зберегти характеристики мікрофона при жорсткому кріпленні в побутовій апаратурі і знизити його чутливість до вібрації. При цьому тиск, сприймається пружними елементами, передається на чутливі елементи, в результаті чого вони деформуються в напрямку поляризації, і на їх електродах з'являються заряди. Ці заряди при зазначеному способі з'єднання електродів складаються.
При впливі на підставу мікрофона вібрації на електродах чутливих елементів також виникають заряди, знак яких залежить від напрямку поляризації чутливих елементів. Оскільки в даній конструкції при зазначеному способі з'єднання електродів напрямку поляризації чутливих елементів протилежні, ці заряди компенсуються.
На фіг. 1-4 показаний запропонований мікрофон, варіант.
Мікрофон (фіг. 1) складається з чутливого елемента 1, пружного елемента 2, виконаного у вигляді прилеглої до частини зовнішньої поверхні чутливого елемента оболонки, і підстави 3, прилеглого до поверхні чутливого елемента, перпендикулярної напрямку поляризації.
Другий варіант конструкції п'єзоелектричного мікрофона (фіг. 2) складається з чутливого елемента 1, пружного елемента 2, виконаного у вигляді прилеглої до частини зовнішньої поверхні чутливого елемента оболонки, і підстави 3, прилеглого до поверхні чутливого елемента, перпендикулярної напрямку поляризації і до частини поверхні оболонки , що охоплює бічні стінки чутливого елемента.
Третій варіант конструкції п'єзоелектричного мікрофона (фіг. 3) складається із закріплених на протилежних сторонах підстави і з'єднаних електрично паралельно чутливих елементів 1, причому позитивні електроди чутливих елементів з'єднуються між собою, пружних елементів 2, виконаних у вигляді прилеглої до частини зовнішньої поверхні чутливого елемента, і підстави 3, прилеглого до поверхні чутливих елементів, перпендикулярної напрямку поляризації.
Четвертий варіант конструкції п'єзоелектричного мікрофона (фіг. 4) складається із закріплених на протилежних сторонах підстави і з'єднаних електрично паралельно чутливих елементів 1, причому позитивні електроди чутливих елементів з'єднуються між собою, пружних елементів 2, виконаних у вигляді прилеглої до частини зовнішньої поверхні чутливого елемента оболонки і підстави 3, прилеглого до поверхні чутливих елементів, перпендикулярної напрямку поляризації, і до частини поверхні оболонок, охоплювали бічні стінки чутливих елементів.
Чутливий елемент, що складається з пьезокомпозіціонного матеріалу зі зв'язністю 3-3, реалізований випалюванням органічних наповнювачів. Пружний елемент виконаний нанесенням на чутливий елемент Віксінти. Збірка мікрофона проведена в атмосфері (повітрі). При цьому досягнута нерівномірність амплітудно-частотної характеристики не більше 4 дБ.
Нерівномірність амплітудно-частотної характеристики в варіантах конструкції мікрофона на фіг. 2, 3, 4 також склала не більше 4 дБ.
У п'єзоелектричному мікрофоні, представленому на фіг. 1, звукова хвиля впливає на поверхню пружного елемента 2, який передає вплив на всю поверхню чутливого елемента 1, крім поверхні, що прилягає до основи 3. На цю поверхню через підставу діє реакція опори на передане чутливим елементом тиск звукової хвилі. Таким чином, чутливий елемент відчуває всебічне стиснення, і на ньому виникає напруга, пропорційне тиску звукової хвилі.
У п'єзоелектричному мікрофоні, представленому на фіг. 2, звукова хвиля впливає на поверхню пружного елемента 2, перпендикулярну напрямку поляризації, яка передає вплив на поверхню чутливого елемента 1. На його протилежну поверхню через підставу 3 діє реакція опори на передане чутливим елементом тиск звукової хвилі. При цьому тиск звукової хвилі діє і на бічну поверхню пружного елемента, який, в свою чергу передає це тиск на поверхню підстави, прилеглу до поверхні пружного елемента. З боку підстави пружний елемент передає на чутливий елемент реакцію опори. Таким чином, чутливий елемент відчуває всебічне стиснення, і на ньому виникає напруга, пропорційне тиску звукової хвилі.
У п'єзоелектричному мікрофоні, представленому на фіг. 3, звукова хвиля впливає на поверхню пружних елементів 2, які передають вплив на всю поверхню чутливих елементів 1, крім поверхні, що прилягає до основи 3. На цю поверхню через підставу діє реакція опори на передані чутливими елементами тиск звукової хвилі. Таким чином, чутливі елементи відчувають всебічне стиснення, і на них виникає напруга, пропорційне тиску звукової хвилі. Заряди, що мають такий напрузі, при паралельному з'єднанні електродів чутливих елементів складаються, тоді як заряди, що виникають при вібрації мікрофона, компенсуються, оскільки чутливі елементи мають протилежні напрямки поляризації.
У п'єзоелектричному мікрофоні, представленому на фіг. 4, звукова хвиля впливає на поверхню пружних елементів 2, перпендикулярну напрямку поляризації, яка передає вплив на поверхню чутливих елементів 1. На їх протилежні поверхні через пружні елементи з боку підстави 3 діє реакція опори на передане чутливими елементами тиск звукової хвилі. При цьому тиск звукової хвилі діє на бічну поверхню пружних елементів, які, в свою чергу, передають цей тиск на поверхню підстави, прилеглу до поверхні пружних елементів. З боку підстави пружні елементи передають на чутливі елементи реакцію опори. Таким чином, чутливі елементи відчувають всебічне стиснення, і на них виникає напруга, пропорційне тиску звукової хвилі. Заряди, що мають такий напрузі при паралельному з'єднанні електродів чутливих елементів, складаються, тоді як заряди, що виникають при вібрації мікрофона, компенсуються, оскільки чутливі елементи мають протилежні напрямки поляризації.
П'єзоелектричні МІКРОФОН, що містить чутливий елемент, пружний елемент і підстава, що відрізняється тим, що чутливий елемент виконаний з пьезокомпозіціонного матеріалу зі зв'язністю 3-3, одна з фаз якого є газоподібної середовищем, підстава контактує з однією з площин чутливого елемента, а пружний елемент виконаний в вигляді оболонки з діелектричного матеріалу, що прилягає до решти поверхні чутливого елемента, причому товщина d частини оболонки, що контактує з бічною поверхнею чувствит льного елемента задовольняє співвідношенню dСхожі статті