Введение к работе
Актуальность темы'.
Усовершенствование технологии производства пьезоэлектрических материалов позволяет в настоящее время получать пленочные полимерные пьезоматэриалы на основе поливинилидвнфторидз (ПВДФ) и толстопленочные материалы на основе твердых растворов ЦТС, что резко расширило возможности применения пьезоалвктриков в электроакустических преобразователях (как приемниках, так и излучателях) звукового частотного диапазона. Использование таких преобразователей наряду с электретными в телефонии, во многих промышленных приборах и установках позволяет отказаться от изделий с обмотками и высоким содержанием цветных металлов.
Такие преобразователи в ряде случаев могут конкурировать и .с устройствами на основа электрегных материалов, так как при использовании последних практически невозможно создание преобразователей, работающих одновременно в режимах"приема и излучения и, кроме того, при работе в режиме излучения на них требуется 'подавать довольно высокое электрическое напряжение.
'Создание высококачественных преобразователей на основе пьезоматериалов требует разработки метода их предварительного детального расчета,, тогда как в настоящее время во многих случаях отсутствуют методики, позволяющие произвести разработку таких преобразователей и ЕЫбор их конструкции, соответствующий максимальной эффективности их работы в необходимом диапазоне частот.
Цель работы.
Разработка методов расчета электроакустических преобразователей на основе пленочных пьезоэлектриков, предназначенных для работы в качестве приемников и излучателей акустических сигналов, и исследование на основе разработанных методов характеристик таких преобразователей.
Исходя из вышесказанного, конкретные задачи настоящей работы состояли в следующем:
-разработка методов расчета электроакустических преоС-разо-
вателей на основе пленки ПВДФ, пригодных для работы в качестве приемников, и излучателей;
-создание пакета программного обеспечения на основе разработанных методов и исследование характеристик преобразователей с пьезополимерной мембраной в зависимости от размеров колебательной системы;
-выработка рекомендаций по выбору конструкции таких пре-образователей и параметров колебательной системы, обеспечивающих максимальную чувствительность в заданном рабочем диапазоне частот;
-разработка методов расчета преобразователей - излучателей на основе толстопленочной пьезокерамики, способных эффективно работать в низкочастотном звуковом диапазоне;
-создание программных продуктов для расчета преобразователя на основе пьезокерамики, исследование и анализ зависимостей чувствительности и частоты первого резонанса пленочных керамических электроакустических преобразобателей от механических свойств материалов, входящих в колебательную систему и геометрических размеров системы;
-создание рекомендаций по разработке преобразователей на основе толстопленочной керамики с целью достижения наибольшей чувствительности в рабочем диапазоне частот; анализ перспектив применения таких преобразователей в технике связи в качестве головного телефона.'
Научная новизна работы.
-
Разработаны методы расчета микрофона и излучателя на основе пьезополимерной пледки с куполообразной опорой мембраны. Проведены исследования чувствительности и резонансной частоты таких преобразователей в зависимости от геометрических размеров системы.
-
Получены характеристики зависимости чувствительности и первой резонансной частоты для преобразователей со штыревой опорой мембраны от геометрических размеров колебательной системы и механических характеристик материалов, в нее входящих, в расширенном диапазоне варьируемых параметров.
3. Разработана методика расчета излучателей на основе толстопленочной пьезоэлектрической кераники, выполненных по схеме пассивно-активного биморфа. Проведены комплексные теоретические исследования зависимостей чувствительности таких преобразователей в широком диапазоне частот и первой резонансной частоты от геометрических параметров биморфов и параметров материалов, входящих в колебательную систему, при различных условиях закрепления колебательной системы и при неоднородной поляризованное активной пластины.
Практическая значимость работы.
1. Создан пакет прикладных программ для расчета электроакустических преобразователей на основе пьезополимеров и толс-топленбчной пьезокерамики на основе разработанных методик, что позволяет при конструировании подобрать параметры материалов, входящих в колебательную систему, и ее геометрические размеры, обеспечивающие наибольшую чувствительность, за кратчайшее время.
'2. Проанализированы Характеристики преобразователей в зависимости от параметров колебательных систем,
3. Выработаны-практические рекомендации по подбору пара-' метров биморфных преобразователей при их конструировании.
Практическая реализация: Результаты работы использовались:
-
Для базовой конструкции пьезоэлектрического зуммера для телефонных аппаратов,, выпуск которых начинается АО "Милкор" (Санкт-Петербург) (акт- о внедрении представлен в приложении к диссертации).
-
В учебном процессе кафедры Диэлектриков и полупроводников. Разработанные методы легли в основу курсового проектирования и цикла лабораторных работ по дисциплине "Применение активных диэлектриков в электронике".
Научные положения, выносимые на защиту.
1. Представление электроакустического преобразователя на
основе пьезополимерной пленки с куполообразной опорой мембраны в виде ансамбля концентрических элементов, имеющих форму мембраны со штыревой'опорой, позволяет рассчитать частотную характеристику такого преобразователя в широком диапазоне частот.
2. Преобразователь на основе пассивно-активного биморфа можно представить как : систему центрально-симметричных .элементов, условия на границах которых определяются из анализа силовых взаимодействий, что позволяет определить значения его чувствительности с высокой точностью, в том числе и при частотах свыше первого резонанса.
Апробация работы.
Основные результаты докладывались и обсуждались на:
-
Российской научно-технической конференция по физике диэлектриков с международным участием "Диэлектрики - 93я, С-Пе-тербург, 22-24 мая 1993 г.
-
Международной научно-техническая конференция "Электрическая релаксация в высокоомных материалах" С.Петербург, 3-7 октября 1994 г.
-
Конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ В 1992 - 1995 ГГ.
Публикации по работе.
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ (из них 1 учебное пособие, 2 статьи и 2 доклада на конференциях).
Структура и объем работы.
