ES2307708T3 - Transductor de vibraciones con elemento piezoelectrico. - Google Patents
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Abstract
Transductor de vibraciones con un elemento piezoeléctrico para la conversión de señales de presión en señales eléctricas y viceversa, con un cuerpo cerámico poroso y con al menos dos electrodos aplicados sobre el cuerpo cerámico, presentando el cuerpo cerámico poroso (1) poros abiertos sin materiales de relleno sólidos y estando provisto de un revestimiento (4) elástico al menos sobre la superficie no ocupada por los electrodos (2), caracterizado porque el elemento piezoeléctrico está alojado en una carcasa (8), a lo cual una superficie frontal del elemento piezoeléctrico está unida sólidamente con el fondo de carcasa, y la superficie frontal opuesta representa una superficie sensible a las vibraciones provenientes del exterior, y el elemento (22) piezoeléctrico está rodeado en la carcasa (8) por una masa de relleno (5) y está desacoplado mecánicamente de ésta.
Description
Transductor de vibraciones con elemento
piezoeléctrico.
La invención se refiere a un transductor de
vibraciones con un elemento piezoeléctrico para la conversión de
señales de presión en señales eléctricas y viceversa según el
preámbulo de la reivindicación principal.
Del documento DE 40 29 972 se conoce un elemento
piezoeléctrico que está configurado como transductor de ultrasonidos
y que está hecho de una pluralidad de capas dispuestas unas sobre
otras a partir de una cerámica piezoeléctrica porosa con electrodos
intercalados en medio. Cada capa de la cerámica piezoeléctrica
porosa se fabrica mediante el traslado de una lámina de plástico a
través de un recipiente de depósito que contiene barbotina cerámica
mezclada con un producto de polimerización en perlas. La pila de
láminas se presiona y cuece a continuación. Dentro de cada capa la
cerámica piezoeléctrica porosa presenta un gradiente respecto a la
porosidad, existiendo una porosidad mínima en las superficies
separadoras para la mejora del contacto con los electrodos.
Transductores de vibraciones se emplean con las
finalidades más diversas, pueden emplearse en micrófonos, en
particular micrófonos de contacto con la finalidad de transmisión de
comunicaciones, en sensores de aceleración, aparatos de diagnóstico
por auscultación, de sondeo sísmico del suelo o similares, en
sistemas de señales de seguridad y otros dispositivos.
Del documento EP 0 515 521 B1 se conoce un
sensor de aceleración piezocerámico que presenta una carcasa en dos
partes en forma de caja hecha de vidrio o cerámica en la que está
configurada una cavidad, estando fijada una placa piezocerámica,
que encaja en la cavidad, entre las dos partes de la carcasa que
encaja en la cavidad. La placa piezocerámica está provista de
electrodos en la zona de borde marginal que sirve para la fijación
entre las semicarcasas, presentando las semicarcasas metalizaciones
para la unión de los electrodos con puntos de unión por contacto a
un circuito eléctrico.
En el documento GB 763 569 está previsto un
transductor electromecánico cerámico que presenta un cuerpo en
estructura celular, y el cuerpo está hecho esencialmente de material
cerámico dieléctrico cocido. En las dos superficies laterales
opuestas están dispuestos electrodos que presentan un revestimiento
de un material de goma. Los bordes laterales están revestidos con
una resina endurecida.
El documento 40 08 768 A1 da a conocer un
transductor piezoeléctrico de cerámica PZT porosa con un
revestimiento universal a partir de una lámina resinosa de
uretano.
Marselli et al. describen en J. Acoust.
Soc. Am. 106(2), 733-738 (1999) un
transductor similar a partir de PZT con poros correspondientes que
está incrustado en resina de poliuretano.
La invención tiene el objetivo de crear un
transductor de vibraciones con un elemento piezoeléctrico para la
conversión de señales de presión en señales eléctricas y viceversa,
en el que se aumente la sensibilidad y se disponga al mismo tiempo
de una estabilidad mecánica suficiente, estando configurada la
sensibilidad aumentada especialmente en una dirección respecto al
transductor de vibraciones.
Este objetivo se resuelve según la invención
mediante las características de la reivindicación principal.
Mediante las medidas especificadas en las
reivindicaciones dependientes son posibles variantes y mejoras
ventajosas.
Por cerámica piezoeléctrica porosa debe
entenderse material piezocerámico, por ejemplo, a base de una mezcla
solidificada de titanato y circonato de plomo que cuenta con las
propiedades piezoeléctricas y que contiene poros. En función de si
el cuerpo cerámico incluye poros cerrados, es decir, aislados o
abiertos, es decir, comunicantes, la cerámica piezoeléctrica porosa
pertenece a los compuestos piezoeléctricos que se corresponden a un
enlace 3-0 ó 3-3.
Se ha mostrado que en la transición de cerámicas
de baja porosidad y alta resistencia a cerámicas piezoeléctricas de
alta porosidad crece significativamente la constante piezoeléctrica
de tensiones g_{H} (sensibilidad frente al sonido aéreo/espesor
de la cerámica piezoeléctrica), que es una medida de la
sensibilidad, apareciendo en particular en el caso de una porosidad
de más del 30% en volumen un aumento no lineal de la deformabilidad
elástica de la cerámica y una reducción del número de Poisson, es
decir, del coeficiente de contracción transversal, correspondiente
al incremento de la porosidad cerámica. La primera propiedad
garantiza una elevada sensibilidad y la segunda provoca que en el
caso de una influencia espacial general de una vibración mecánica se
mantiene íntegramente el valor de las constantes piezoeléctricas de
tensiones g_{H}, es decir, de la sensibilidad, en el eje de
polarización, mientras que se reduce en el caso de cerámicas sólidas
a causa de la superposición de las componentes de señal del eje
principal, es decir, eje de polarización, con las componentes de
señal en oposición de fases de los ejes secundarios, es decir, se
vuelve insensible.
Este efecto se muestra lo más significativamente
posible en el caso de cerámica porosa con poros abiertos, sin
embargo, reduciéndose su rigidez mecánica con el incremento de la
porosidad del cuerpo cerámico, de forma que no se emplea
habitualmente cerámica de porosidad máxima. Se conoce el empleo de
diferentes compuestos poliméricos para el llenado de los poros para
una mejora de la estabilidad mecánica de la cerámica piezoeléctrica
de máxima porosidad con poros abiertos, aunque en este caso se
reduce esencialmente la sensibilidad piezoeléctrica volumétrica.
Materiales de relleno típicos son en este caso resina epoxi y caucho
siliconado.
Dado que según la invención el cuerpo cerámico
presenta poros abiertos y al menos en la superficie no ocupada por
los electrodos está provisto de un revestimiento elástico, se
aumenta esencialmente la constante piezoeléctrica de tensiones del
elemento piezoeléctrico, mejorando el revestimiento elástico la
rigidez mecánica del cuerpo cerámico. En este caso es especialmente
ventajoso cuando el cuerpo cerámico está recubierto herméticamente
con el revestimiento en toda su superficie.
El papel del revestimiento elástico consiste,
además de en aumentar la rigidez mecánica del cuerpo cerámico con
mayor porosidad, por lo que su empleo es posible en un elemento
piezoeléctrico para la conversión de señales de presión en señales
eléctricas y viceversa, en que gracias a este revestimiento se
produce por la influencia de, por ejemplo, una onda acústica una
caída de presión entre el volumen interior del elemento
piezoeléctrico y el medio circundante, y provoca una deformación
aumentada correspondiente del elemento piezoeléctrico. A causa del
bajo número de Poisson de la cerámica de gran porosidad la
deformación volumétrica aumentada se transforma en una deformación
prioritariamente longitudinal, en un eje que da lugar a la aparición
de una carga eléctrica en los electrodos del elemento
piezoeléctrico a causa del efecto piezoeléctrico directo. Como
resultado final la señal de salida volumétrica se transforma en una
señal eléctrica suficientemente grande a través del elemento
piezoeléctrico de cerámica porosa con el revestimiento elástico. La
deformación del elemento piezoeléctrico es esencialmente menor al
fallar el revestimiento elástico ya que no se produce un gradiente
de presión y por consiguiente su constante piezoeléctrica de
tensiones es igualmente menor.
De forma ventajosa el cuerpo cerámico poroso es
esencialmente homogéneo sobre toda la sección transversal respecto
a la distribución de poros abiertos que comunican entre sí. Para que
mediante cuerpos extraños no se entorpezca la "respiración"
mediante la que se aumenta el gradiente de presión en el interior
del cuerpo cerámico, los poros se llenan solo con aire o gas y no
con materiales de relleno sólidos y se evita una forma constructiva
en sándwich con diferentes materiales.
También el espesor del revestimiento elástico,
que puede presentar una elasticidad en el intervalo de 10 a 50
Shore A, preferiblemente entre 10 y 30 Shore A, puede elegirse en
función del material de forma que no se impida la deformación. Este
espesor se encuentra en el intervalo de 0,1 a 1,5 mm,
preferiblemente es de aproximadamente 0,1 a 0,5 mm.
La porosidad puede elegirse ventajosamente tan
elevada como sea posible, el límite superior se limita por la
rigidez necesaria, la sensibilidad deseada y el procedimiento de
fabricación.
Dado que el transductor de vibraciones según la
invención comprende un elemento piezoeléctrico con el cuerpo
cerámico poroso con poros abiertos, que se fija esencialmente de
forma fija con una cara frontal en el fondo de una carcasa, la
superficie frontal opuesta del elemento piezoeléctrico representa la
superficie sensible y el volumen de la carcasa está llenado al
menos parcialmente con una masa de relleno, estando desacoplado
mecánicamente el elemento piezoeléctrico de la masa de relleno, se
obtiene una elevada sensibilidad del transductor de vibraciones
para señales de vibraciones con una buena relación señal/ruido, y
mediante el desacoplamiento mecánico se mejora su característica de
respuesta de amplitudes, estando orientada la sensibilidad a causa
de la unión rígida del cuerpo cerámico poroso con el fondo de la
carcasa y a causa de la masa de relleno circundante.
Además, es ventajoso que la carcasa esté apoyada
en un armazón de material que absorba las vibraciones y que esté
unida con éste, es decir, esté alojada de forma elástica y
antivibratoria, ya que con ello se reduce fuertemente la
sensibilidad del transductor frente a vibraciones ajenas conservando
una elevada sensibilidad respecto a las señales de vibraciones que
chocan en la cara delantera, mejorándose todavía ulteriormente este
efecto cuando el armazón está hecho de una cubierta que rodea la
carcasa y de una placa de fondo, estando previsto entre cubierta y
carcasa y placa de fondo y carcasa un espacio intermedio rellenado
con un medio antivibratorio o que absorbe las vibraciones.
Ejemplos de realización de la invención, así
como un elemento piezoeléctrico para ello están representados en
los dibujos y se explican detalladamente en la descripción
siguiente. Muestran:
Fig. 1 una sección a través del elemento
piezoeléctrico apropiado para un ejemplo de realización de la
presente invención.
Fig. 2 una sección a través de un transductor
de vibraciones según un primer ejemplo de realización, y
Fig. 3 una sección a través de otro ejemplo de
realización del transductor de vibraciones según la invención.
En la figura 1 se señala con 1 un cuerpo
cerámico poroso esencialmente homogéneo que presenta poros abiertos,
en el que el volumen ocupado por los poros no es menor del 10%,
preferiblemente mayor del 30%, por ejemplo, la porosidad se
encuentra entre el 50 y el 70%. Los poros se llenan habitualmente
con aire, sin embargo, pueden contener también otro gas. En las dos
superficies opuestas del cuerpo cerámico 1 están aplicados dos
electrodos 2 que están unidos con hilos de conexión 3. El cuerpo
cerámico 1 está provisto sobre todo su contorno, dado el caso
exceptuando la superficie ocupada por los electrodos 2, de un
revestimiento 4 elástico que obtura herméticamente, por ejemplo,
de un polímero como poliuretano, caucho siliconado, caucho isopreno
y similares. El revestimiento elástico solo puede tener un espesor
de forma que se mantenga la deformabilidad del cuerpo cerámico a
causa de las vibraciones, es decir, no se impida la deformación,
siendo válido esto igualmente para la elasticidad del
revestimiento. La elasticidad debería encontrarse, por ejemplo, en
un intervalo de 10 a 50 Shore A, preferiblemente en un intervalo de
10 a 30 Shore A. El espesor de capa del revestimiento elástico
puede situarse en un rango entre 0,1 a 0,5 mm, preferiblemente entre
0,1 a 1,0 mm en función del material empleado. Resultados
especialmente buenos han sido alcanzados entre 0,1 y 0,5 mm.
Ejemplo
Como realizaciones concretas a modo de ejemplo
han sido fabricados elementos piezoeléctricos de material
piezocerámico PTZ-36 con una porosidad del
62-63% en volumen en forma de discos con un diámetro
de 12 mm y una altura de 5 mm. Las superficies de los elementos han
sido impermeabilizadas desde fuera después de la aplicación de una
capa metálica sobre la cara frontal de los discos, soldadura de
hilos para la recepción de señales en estas capas y polarización de
los cuerpos cerámicos con finalidad de comparación con una capa de
polímeros elásticos diferentes, como poliuretano, caucho siliconado
y caucho sintético y polímeros inelásticos como resina epoxi,
polimetacrilato de metilo.
La constante piezoeléctrica de tensiones g_{H}
se ha determinado conforme a la fórmula
g_{H} =
\gamma/h
en la que \gamma representa la
sensibilidad al ruido aéreo del cuerpo cerámico en mV/Pa y h la
altura del cuerpo cerámico, medidas en un espacio con baja
reflectancia a una frecuencia de 1000 Hz. Los resultados obtenidos
se representan en la tabla
1.
\vskip1.000000\baselineskip
De los datos mencionados se deduce que mediante
el empleo de revestimientos elásticos se obtiene una elevada
constante piezoeléctrica de tensiones de los elementos a partir de
cerámica porosa abierta, sobrepasándose en 20 veces la sensibilidad
del mismo cuerpo cerámico sin revestimiento. De la tabla 1 se deduce
igualmente que un revestimiento inelástico conduce a un aumento de
las constantes piezoeléctricas de tensiones de solo 2 veces.
La influencia positiva de un revestimiento
elástico sobre la sensibilidad piezoeléctrica aparece en una ancha
banda de frecuencias, representándose en la tabla 2 la constante
piezoeléctrica de tensiones g_{H} (mV\cdotm/N) en función de la
frecuencia para un revestimiento elástico y uno inelástico.
\vskip1.000000\baselineskip
A diferencia de la naturaleza de la porosidad
(poros abiertos o cerrados) el tamaño de los poros solo influye
escasamente en la sensibilidad piezoeléctrica. La tabla 3 muestra
los valores de sensibilidad de los elementos piezoeléctricos con la
misma porosidad abierta en función del tamaño de poro en el caso de
un revestimiento con caucho siliconado.
En otro ejemplo según la tabla 4 se representa
la sensibilidad piezoeléctrica en función del espesor de capa del
material de revestimiento sin aplicación adicional de masa con una
porosidad del 56%.
Puede reconocerse que la mayor sensibilidad se
obtiene con un espesor de capa de 0,1 y 0,5 mm.
Con el elemento piezoeléctrico se obtiene una
sensibilidad piezoeléctrica mucho mayor, y presenta una construcción
más sencilla. En comparación con elementos piezoeléctricos de
cerámica piezoeléctrica sólida, el elemento piezoeléctrico presenta
una constante piezoeléctrica de tensiones mayor casi en dos ordenes
de magnitud, y se caracteriza por un ancho espectro de frecuencia
(10 Hz a 200 kHz) y una uniforme característica de respuesta de
amplitudes en la que las vibraciones no sobrepasan la banda de
audiofrecuencia de 6 dB.
En la fig. 2 se representa un transductor de
vibraciones según un primer ejemplo de realización de la invención
que emplea el elemento piezoeléctrico descrito arriba. El
transductor de vibraciones presenta un elemento 22 piezoeléctrico
alojado en una carcasa 8, rodeándose el elemento 22 piezoeléctrico
por una masa de relleno 5 que llena la carcasa 8. La carcasa 8 está
configurada, por ejemplo, en forma de olla y está abierta hacia una
cara, en la fig. 2 hacia arriba, sobresaliendo algo el elemento 22
piezoeléctrico sobre el nivel de la masa de relleno 5 y
representado la superficie sensible del sensor del elemento
piezoeléctrico 22. La carcasa 8, es decir, el elemento
piezoeléctrico 22 y la masa de relleno 5 están recubiertos con una
lámina de apantallamiento 6, hecha de una lámina metálica o tela
metálica fina o lámina de plástico metalizada o polímero conductor
eléctricamente. La carcasa presenta un borde en forma de brida que
está rodeado por un anillo 7 rebordeado, solapando el anillo 7 la
lámina de apantallamiento 6 y el borde de la carcasa 8.
El elemento piezoeléctrico 22 está provisto de
los electrodos 2 para la transmisión de señales eléctricas. Los
electrodos 2 están unidos con un circuito convertidor de impedancia
20, a través del que se realiza la adaptación eléctrica
correspondiente. El electrodo 2 superior está unido a través de una
unión 16 con la lámina de apantallamiento 6, mientras que el
electrodo 2 inferior está unido a través del conductor 17 con el
circuito convertidor de impedancia 20. Un cable de conexión 18
conduce hacia fuera.
El cuerpo cerámico 1 poroso, para la
estabilización mecánica y para el aumento del gradiente de presión,
está provisto del revestimiento 4 elástico que rodea de forma
hermética el cuerpo cerámico 1 en toda su superficie.
En la fabricación del transductor de vibraciones
según la fig. 2 se fija el cuerpo cerámico 1 poroso provisto del
revestimiento polimérico 4 elástico en el fondo de carcasa con una
cara frontal a través de una unión 19 rígida, por ejemplo, una capa
adhesiva. El cuerpo cerámico 1 provisto del revestimiento 4 elástico
se rodea por una cubierta 9 unida con él inconsistentemente, es
decir, no fijamente que, por ejemplo, está configurada como
manguera de silicona que se pone sobre el cuerpo cerámico 1, y a
continuación se llena total o parcialmente la carcasa con una masa
de relleno con una resina epoxi u otro compuesto débilmente
elástico. En este caso la cubierta 9 separa el elemento
piezoeléctrico 22 de la masa de relleno 5 y forma el desacoplamiento
mecánico. El circuito convertidor de impedancia unido con los
electrodos se vierte y se rodea de la masa de relleno 5.
Como resultado de una disposición semejante
según la fig. 2 se consigue que la cara posterior del cuerpo
cerámico se "cargue" máximamente con la masa portante de la
carcasa 8 y se "descarga" máximamente su cara delantera, lo
que aumenta la sensibilidad del transductor de vibraciones en su
cara delantera y al mismo tiempo disminuye su sensibilidad en su
cara posterior. El empleo de la cubierta de protección 9 para la
superficie de recubrimiento o superficie lateral del elemento
piezoeléctrico 22 permite, además, emplear un componente débilmente
elástico sin pérdidas en la sensibilidad del transductor para el
vertido de la carcasa, lo que hace posible desplazar la auto
resonancia del transductor en el rango de mayor frecuencia y por
consiguiente mejorar su característica de respuesta de amplitudes
en el rango de baja frecuencia.
Un transductor semejante puede emplearse, como
ya se ha realizado, como micrófono de contacto o de sonido
propagado por estructuras sólidas, teniendo contacto luego sólo la
superficie frontal del elemento piezoeléctrico 22 que sobresale
sobre la cara frontal de la carcasa 8 con la superficie de una
fuente de señal.
Un ejemplo de un transductor representado en la
fig. 2 presenta una altura de 5,8 mm, un diámetro de 21,5/18,0 mm y
un peso de aproximadamente 7 g, siendo el coeficiente de transmisión
de sonido propagado por estructuras sólidas 1500 mV/g, discurriendo
la característica de respuesta de amplitudes en el intervalo de
frecuencias de 50 - 5000 Hz dentro de un margen de tolerancia 6 dB
y presentando la relación de sensibilidad de su cara delantera y
posterior un valor de aproximadamente 20 dB.
Otro ejemplo de realización está representado en
la fig. 3, estando señalado el transductor con 10 y pudiendo
presentar la estructura conforme a la fig. 2.
Según puede apreciarse, la carcasa 8 se apoya
sobre un borde 13 de una cubierta 11 cilíndrica de un material
elástico insonorizante que rodea periféricamente la carcasa 8.
Además, está prevista una tapa cobertora 12 de nuevo en forma de
olla en la que se coloca la carcasa 8 con cilindro 11, estando unido
el cilindro 11 de material insonorizante a través de puntos de
unión 14 por un lado con el borde 13 en forma de brida y por otro
lado con el fondo de la tapa cobertora 12. En este caso entre el
fondo de la carcasa 1 y el fondo del cartucho 12 está previsto un
espacio intermedio 15 que está llenado con un medio que absorbe las
vibraciones. Esto puede ser aire, vacío, líquido u otros.
En el presente ejemplo de realización se emplea
una tapa cobertora, también pueden preverse otras construcciones
para insensibilizar el transductor de vibraciones 10 frente a
vibraciones ajenas, sin embargo, permaneciendo la idea fundamental
de la suspensión elástica insonorizante del transductor y del
espacio intermedio en la forma de un doble fondo.
A causa de la disposición se obtiene una fuerte
disminución o incluso una supresión prácticamente completa para
determinadas frecuencias de la sensibilidad del transductor frente a
la vibración ajena, manteniendo la elevada sensibilidad para
señales de vibración que chocan sobre él en la cara delantera con
mínimo aumento del espesor de transductor. La cubierta que rodea la
carcasa del transductor de material elástico insonorizante, que
puede estar configurada como cilindro, está fijada con una cara en
la cara delantera de la carcasa y con la otra cara en el fondo de
la tapa cobertora colocada sobre el transductor, o también solo en
un disco exterior. En este caso se forma entre la carcasa del
transductor y el disco o entre la carcasa y el fondo de la tapa
cobertora un espacio intermedio en la forma de un doble fondo que
puede llenarse con un gas, vacío, un líquido u otro medio que
absorbe las vibraciones.
Claims (16)
1. Transductor de vibraciones con un elemento
piezoeléctrico para la conversión de señales de presión en señales
eléctricas y viceversa, con un cuerpo cerámico poroso y con al menos
dos electrodos aplicados sobre el cuerpo cerámico, presentando el
cuerpo cerámico poroso (1) poros abiertos sin materiales de relleno
sólidos y estando provisto de un revestimiento (4) elástico al
menos sobre la superficie no ocupada por los electrodos (2),
caracterizado porque el elemento piezoeléctrico está alojado
en una carcasa (8), a lo cual una superficie frontal del elemento
piezoeléctrico está unida sólidamente con el fondo de carcasa, y la
superficie frontal opuesta representa una superficie sensible a las
vibraciones provenientes del exterior, y el elemento (22)
piezoeléctrico está rodeado en la carcasa (8) por una masa de
relleno (5) y está desacoplado mecánicamente de ésta.
2. Transductor de vibraciones según la
reivindicación 1, caracterizado porque el revestimiento (4)
elástico está configurado obturando herméticamente y recubre toda
la superficie del cuerpo cerámico (1).
3. Transductor de vibraciones según la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque
el cuerpo cerámico poroso está fabricado a partir de una mezcla de
titanato y circonato de plomo.
4. Transductor de vibraciones según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la porosidad es
de al menos el 10%, preferiblemente más del 30%.
5. Transductor de vibraciones según la
reivindicación 4, caracterizado porque la porosidad se
encuentra preferiblemente entre el 50 y el 70%.
6. Transductor de vibraciones según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el revestimiento
(4) está hecho de caucho siliconado, caucho isopreno o poliuretano
o similares.
7. Transductor de vibraciones según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el espesor del
revestimiento se encuentra en el intervalo de 0,1 a 1,5 mm,
preferiblemente entre 0,1 y 1,0 mm, todavía más preferiblemente
entre 0,1 y 0,5 mm.
8. Transductor de vibraciones según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la elasticidad
del revestimiento se encuentra en el intervalo de 10 a 50 Shore A,
preferiblemente entre 10 y 30 Shore A.
9. Transductor de vibraciones según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el cuerpo
cerámico poroso con poros abiertos es esencialmente homogéneo.
10. Transductor de vibraciones según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la superficie
periférica lateral del elemento (22) piezoeléctrico presenta una
cubierta (9) unida inconsistentemente con él como desacoplamiento
mecánico que separa la masa de relleno (5) del elemento
piezoeléctrico (22).
11. Transductor de vibraciones según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los electrodos
(2) del elemento (22) piezoeléctrico están unidos con un circuito
convertidor de impedancia que está colado en la masa de relleno
(5).
12. Transductor de vibraciones según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la superficie
frontal sensible del elemento (22) piezoeléctrico sobresale de la
carcasa (8).
13. Transductor de vibraciones según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la superficie
frontal sensible está recubierta de una lámina metálica o de una
tela metálica o de una lámina de plástico metalizada o de un
elastómero eléctricamente conductor.
14. Transductor de vibraciones según una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque la carcasa (8)
está dispuesta sobre un armazón (11, 12) de material que absorbe
las vibraciones y está unida con éste.
15. Transductor de vibraciones según la
reivindicación 14, caracterizado porque el armazón presenta
una cubierta (11) que rodea al menos parcialmente la carcasa (8) y
una placa base, estando previsto un espacio intermedio (15), que
está llenado con un medio que amortigua las vibraciones, entre la
cubierta (11) y la carcasa (8) y la placa base y la carcasa
(8).
16. Transductor de vibraciones según la
reivindicación 15, caracterizado porque la cubierta (11) está
fijada a una brida (13) de la carcasa (8) y las placas base son
parte de una tapa cobertora (12) que rodea la carcasa (8).
Applications Claiming Priority (4)
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| DE10137425A DE10137425B4 (de) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | Piezoelektrisches Element |
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| ES2176108B1 (es) * | 2000-12-19 | 2004-01-16 | Senal Angel Castillo | Sistema constructivo de cimentaciones con placas antisismicas. |
| US7075215B2 (en) * | 2003-07-03 | 2006-07-11 | Pathfinder Energy Services, Inc. | Matching layer assembly for a downhole acoustic sensor |
| US7513147B2 (en) * | 2003-07-03 | 2009-04-07 | Pathfinder Energy Services, Inc. | Piezocomposite transducer for a downhole measurement tool |
| FR2870375B1 (fr) * | 2004-05-14 | 2006-12-08 | Virtual Switches Sa | Dispositif de diagnostic d'au moins un parametre de fonctionnement d'un appareil industriel |
| US7694734B2 (en) * | 2005-10-31 | 2010-04-13 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for insulating a resonator downhole |
| US7587936B2 (en) * | 2007-02-01 | 2009-09-15 | Smith International Inc. | Apparatus and method for determining drilling fluid acoustic properties |
| KR100917233B1 (ko) * | 2007-07-26 | 2009-09-16 | 한국전자통신연구원 | 표면 코팅된 고분자 구동기 및 그의 제조방법 |
| DE102007037561A1 (de) * | 2007-08-09 | 2009-02-19 | Ceotronics Aktiengesellschaft Audio . Video . Data Communication | Schallwandler zur Übertragung von Audiosignalen |
| US8117907B2 (en) | 2008-12-19 | 2012-02-21 | Pathfinder Energy Services, Inc. | Caliper logging using circumferentially spaced and/or angled transducer elements |
| JP5006354B2 (ja) * | 2009-01-29 | 2012-08-22 | 日本碍子株式会社 | 圧電/電歪共振子 |
| RU2413337C2 (ru) * | 2009-02-11 | 2011-02-27 | Георгий Кондратьевич Шеметун | Способ изготовления плоских пьезокерамических изделий и устройство для его осуществления |
| TW201033050A (en) * | 2009-03-10 | 2010-09-16 | shi-xiong Li | Anti-EMI ultrasonic probe |
| CN102384803B (zh) * | 2011-08-08 | 2012-12-26 | 大连理工大学 | 一种免电磁干扰的埋入式混凝土结构多功能压电智能骨料 |
| WO2013026125A1 (en) * | 2011-08-24 | 2013-02-28 | National Research Council Of Canada | Porosity control in piezoelectric films |
| JP5880936B2 (ja) * | 2011-12-20 | 2016-03-09 | セイコーエプソン株式会社 | センサーデバイス、センサーモジュール、力検出装置及びロボット |
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| JP5880934B2 (ja) * | 2011-12-20 | 2016-03-09 | セイコーエプソン株式会社 | センサーデバイス、センサーモジュール、力検出装置、ロボット |
| JP5895615B2 (ja) * | 2012-03-09 | 2016-03-30 | セイコーエプソン株式会社 | センサーモジュール、力検出装置及びロボット |
| US9818925B2 (en) * | 2012-06-14 | 2017-11-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibrating body, method of manufacturing the same and vibration type drive device |
| EP2741283A1 (de) * | 2012-12-04 | 2014-06-11 | Baumer Electric AG | Elektronische Dämpfung des aktiven Elements eines Ultraschallsensors |
| DE102013104186A1 (de) * | 2013-04-25 | 2014-10-30 | Coatec Gmbh | Lagerring, elektrisch isolierende Beschichtung und Verfahren zum Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung |
| EP3101441B1 (de) * | 2015-06-03 | 2018-05-16 | Pepperl + Fuchs GmbH | Ultraschallwandler |
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| CN112236877A (zh) * | 2018-07-17 | 2021-01-15 | 永井清 | 多孔压电材料成型体、其制造方法以及使用该成型体的探头 |
| KR102075911B1 (ko) * | 2018-10-16 | 2020-02-12 | 한국생산기술연구원 | 복합재 센서 및 이의 제조 방법 |
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| DE102020121337A1 (de) * | 2020-08-13 | 2022-02-17 | Tdk Electronics Ag | Piezoelektrischer Wandler und Verfahren zur Einstellung der elektromechanischen Eigenschaften eines piezoelektrischen Wandlers |
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|---|---|---|---|---|
| NL193245A (es) * | 1953-12-21 | |||
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| JPS5831427Y2 (ja) * | 1976-12-28 | 1983-07-12 | 呉羽化学工業株式会社 | 高分子圧電変換装置 |
| GB2068355B (en) * | 1979-12-26 | 1983-09-01 | Okazaki K | Method of manufacturing interconnected porous ceramics |
| DE3023155A1 (de) * | 1980-06-20 | 1982-01-07 | Telemit Electronic GmbH, 8000 München | Kontaktmikrofon zur aufnahme der menschlichen sprache |
| JPS58119300A (ja) * | 1982-01-08 | 1983-07-15 | Nippon Columbia Co Ltd | マイクロホン |
| JPS6378700A (ja) * | 1986-09-22 | 1988-04-08 | Toshiba Corp | 複合圧電型超音波探触子 |
| JPH01174278A (ja) * | 1987-12-28 | 1989-07-10 | Misuzu Erii:Kk | インバータ |
| JP2745147B2 (ja) * | 1989-03-27 | 1998-04-28 | 三菱マテリアル 株式会社 | 圧電変換素子 |
| US4952836A (en) * | 1989-04-27 | 1990-08-28 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Piezoelectrostatic generator |
| US4928264A (en) * | 1989-06-30 | 1990-05-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Noise-suppressing hydrophones |
| EP0515521B1 (en) | 1990-02-14 | 1994-09-28 | Endevco Corporation | Surface-mount piezoceramic accelerometer and method for making same |
| DE4029972A1 (de) | 1990-09-21 | 1992-03-26 | Siemens Ag | Ultraschallwandler aus piezokeramik |
| US5148077A (en) * | 1990-09-28 | 1992-09-15 | Caterpillar Inc. | Coating surrounding a piezoelectric solid state motor stack |
| US5305507A (en) * | 1990-10-29 | 1994-04-26 | Trw Inc. | Method for encapsulating a ceramic device for embedding in composite structures |
| US5894651A (en) * | 1990-10-29 | 1999-04-20 | Trw Inc. | Method for encapsulating a ceramic device for embedding in composite structures |
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| US5550790A (en) * | 1995-02-10 | 1996-08-27 | Kistler-Morse Corporation | Acoustic transducer for level measurement in corrosive chemical environments |
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