RU2719279C1 - Термоакустический излучатель - Google Patents
Термоакустический излучатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2719279C1 RU2719279C1 RU2019105431A RU2019105431A RU2719279C1 RU 2719279 C1 RU2719279 C1 RU 2719279C1 RU 2019105431 A RU2019105431 A RU 2019105431A RU 2019105431 A RU2019105431 A RU 2019105431A RU 2719279 C1 RU2719279 C1 RU 2719279C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- structures
- film
- thermoacoustic
- carbon nanotubes
- layer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R23/00—Transducers other than those covered by groups H04R9/00 - H04R21/00
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R23/00—Transducers other than those covered by groups H04R9/00 - H04R21/00
- H04R23/002—Transducers other than those covered by groups H04R9/00 - H04R21/00 using electrothermic-effect transducer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к акустике, в частности к устройствам для возбуждения акустических колебаний в газах и жидкостях. Согласно первому варианту реализации термоакустический излучатель содержит слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок, на поверхность которых нанесена защитная пленка по крайней мере одного материала, выбранного из группы: Al2O3, TiO2, BN. При этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта. Согласно второму варианту реализации термоакустический излучатель содержит слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок и средство обдува, при этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта, а средство обдува выполнено с возможностью создания газового потока на внешней поверхности слоя тепловыделяющих структур, при этом газ в газовом потоке выбран из группы: гелий, азот, аргон, ксенон. Технический результат группы изобретений - повышение акустической мощности и срока службы термоакустического излучателя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к устройствам для возбуждения акустических колебаний в газах и жидкостях.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен термоакустический излучатель, раскрытый в US 8553912 В2, опубл. 08.10.2013. Термоакустический излучатель содержит генератор звуковой волны (тепловыделяющая структура) в виде пленки структур углеродных нанотрубок, на поверхности которой размещены электроды. Генератор звуковой волны размещен на металлической подложке, при этом между генератором звуковой волны и металлической подложкой размещен слой из оксида алюминия.
Недостатком указанного выше термоакустического излучателя является невысокая акустическая мощность излучателя из-за взаимодействия тепловыделяющей структуры с кислородом.
Кроме того, из уровня техники известен термоакустический излучатель, раскрытый в US 8073164 B2, опубл. 06.12.2011, прототип. Термоакустический излучатель содержит генератор звуковой волны в виде пленки структур углеродных нанотрубок, на поверхности которой размещены электроды. Генератор звуковой волны может быть размещен на подложке.
Недостатком указанного выше термоакустического излучателя является невысокая акустическая мощность излучателя из-за взаимодействия тепловыделяющей структуры с кислородом.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является разработка термоакустического излучателя, работающего при высоких входных мощностях электрического сигнала.
Техническим результатом изобретения является повышение акустической мощности и срока службы термоакустического излучателя.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в соответствии с первым вариантом изобретения термоакустический излучатель содержит слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок. При этом на поверхность углеродных нанотрубок нанесена защитная пленка по крайней мере одного материала, выбранного из группы: Al2O3, TiO2, SiO2, BN, а на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что в соответствии со вторым вариантом изобретения термоакустический излучатель содержит слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок, и средство обдува. При этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта, а средство обдува выполнено с возможностью создания газового потока на внешней поверхности слоя тепловыделяющих структур.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - Термоакустического излучателя (вариант 1).
Фиг. 2 - Увеличенный вид хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок, покрытых защитной пленкой.
Фиг. 3 - Термоакустического излучателя (вариант 2).
1 - слой тепловыделяющих структур; 2 - защитная пленка; 3 - электрические контакты; 4 - устройство подачи входного сигнала; 5 - электрические провода; 6 - углеродная нанотрубка; 7 - пространство между углеродными нанотрубками; 8 - средство обдува; 9 - газовый поток.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с первым вариантом изобретения, термоакустический излучатель содержит слой (1) тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок (6). При этом на поверхность углеродных нанотрубок (6) нанесена защитная пленка (2) по крайней мере одного материала, выбранного из группы: Al2O3, TiO2, SiO2, BN, а на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок (6) закреплены по крайней мере два электрических контакта (3). Электрические контакты (3) при помощи электрических проводов соединены с устройством (4) подачи входного сигнала. Указанные выше электрические контакты (3) выполнены по крайней мере в виде двух электродов, расположенных на торцах слоя (1) тепловыделяющих структур, обеспечивающих электрический контакт со слоем (1) тепловыделяющих структур. Хаотичное расположение углеродных нанотрубок (6) образует пространство (7) между соседними углеродными трубками (6), которое заполняется атмосферой внешней среды, в которой работает термоакустический излучатель.
В качестве углеродных нанотрубок согласно варианту 1 изобретения применяют одностенные, двухстенные и многостенные углеродные нанотрубки.
Толщина пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок согласно варианту 1 изобретения составляет 0,1 нм - 1 мм.
Толщина оболочки из оксида алюминия согласно варианту 1 изобретения составляет 0,1 нм - 1 мм.
В соответствии со вторым вариантом изобретения, термоакустический излучатель содержит слой (1) тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок, и средство обдува (8). При этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта (3), а средство обдува (8) выполнено с возможностью создания газового потока (9) на внешней поверхности слоя (1) тепловыделяющих структур. Хаотичное расположение углеродных нанотрубок (6) образует пространство (7) между соседними углеродными трубками (6), которое заполняется атмосферой внешней среды, в которой работает термоакустический излучатель.
В качестве углеродных нанотрубок согласно варианту 2 изобретения применяют одностенные, двухстенные и многостенные углеродные нанотрубки.
Толщина пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок согласно варианту 2 изобретения составляет 0,1 нм - 1 мм.
Заявленный термоакустический излучатель согласно варианту 1 изобретения работает следующим образом.
При помощи устройства (4) подачи входного сигнала (электрический сигнал: импульсы постоянного электрического тока; переменный электрического тока; оптический сигнал: электромагнитные волны) через электрические провода (5) на электрические контакты (3) подается, например, напряжение переменного тока. В результате происходит нагрев слоя (1) тепловыделяющих структур, содержащих и оболочки (2) термоакустического излучателя и окружающей термоакустический излучатель среду, в том числе происходит нагрев окружающей среды, которой заполняется пространство (7) между соседними углеродными трубками (6). В результате нагрева окружающей среды происходит формирование и распространение акустической волны в окружающей среде.
Заявленный термоакустический излучатель согласно варианту 2 изобретения работает следующим образом.
При помощи устройства (4) подачи входного сигнала (электрический сигнал: импульсы постоянного электрического тока; переменный электрического тока; оптический сигнал: электромагнитные волны) через электрические провода (5) на электрические контакты (3) подается, например, напряжение переменного тока. В результате происходит нагрев слоя (1) тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок (6) и окружающей термоакустический излучатель среду, в том числе происходит нагрев окружающей среды, которой заполняется пространство (7) между соседними углеродными трубками (6). При этом при помощи средства обдува (8), установленного с торца термоакустического излучателя вдоль внешних поверхностей слоя (1) тепловыделяющих структур формируется, который охлаждает приграничные слоя (1) тепловыделяющих структур. В качестве средства обдува (8) применяют любые устройства, формирующие газовый поток, например, вентилятор или баллон со сжатым газом, соединенный с соплом. Образующийся при помощи средства обдува (8) газовый поток (9), характеризуется скоростью 0,1-10 м/с, а газ в газовом потоке (9) выбран из группы: воздух, гелий, азот, аргон, ксенон. В результате нагрева окружающей среды и последующего его охлаждения происходит формирование и распространение акустической волны в окружающей среде.
Как показали эксперименты, заявленный в соответствии с первым вариантом изобретения термоакустический излучатель по сравнению с термоакустическим излучателем по прототипу способен выдерживать высокие мощности входного сигнала, ввиду того, что повышение мощности входного сигнала приводит к повышению температуры нагрева слоя (1) тепловыделяющих структур, а, следовательно, к повышению мощности термоакустического излучателя, т.е. к формированию и распространению акустической волны с более высокой акустической (звуковой) энергией на большие расстояния. При увеличении мощности входного сигнала для термоакустического излучателя по прототипу, приводит к более высокой температуре нагрева тепловыделяющий структуры, что приводит к взаимодействию тепловыделяющей структуры с кислородом воздуха, в результате повышенной температуры нагрева и атмосферы воздуха происходит разрушение тепловыделяющей структуры и выхода термоакустического излучателя из строя. Применение в заявленном термоакустическом излучателе согласно варианту 1 защитной пленки (2) из заявленных вариантов материала, позволяет изолировать слой (1) тепловыделяющей структуру от взаимодействия с кислородом воздуха или другой кислородсодержащей среды при высокой температуре, следовательно, позволит увеличить акустическую мощность и срок службы термоакустического излучателя, т.к. в результате повышенной температуры нагрева тепловыделяющий структуры без доступа воздуха не происходит разрушение тепловыделяющий структуры.
При толщине защитной пленки менее 0,1 нм, применяемой в термоакустическом излучателе по варианту 1, не обеспечивает достижение технического результата, ввиду того не обеспечивается защита от взаимодействия углеродных нанотрубок (6) с воздухом, в результате чего происходит разрушение слоя (1) тепловыделяющих структур. Применение толщины оболочки более 1 мм применять нецелесообразно, т.к. увеличиваются затраты на изготовление излучателя, а также обеспечивается увеличение веса и теплоемкости излучателя, что приводит к уменьшению акустической мощности.
Как показали эксперименты, заявленный в соответствии со вторым вариантом изобретения термоакустический излучатель по сравнению с термоакустическим излучателем по прототипу позволяет увеличить акустическую мощность и срок службы термоакустического излучателя, за счет высокой разницы температур на границе раздела «слой тепловыделяющих структур - окружающая среда», которая обеспечивается за счет максимальной температуры в слое (1) тепловыделяющих структур и минимальной температуры приграничного слоя газа окружающей среды. Газовый поток (8) обеспечивает также защиту от взаимодействия углеродных нанотрубок (6) с кислородом окружающей среды при высокой температуре.
В соответствии с вариантом 1 и вариантом 2 изобретения толщина пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок (6), составляющаяся нм-1 мм, это эффективная толщина, обеспечивающая необходимую акустическую мощность термоакустического излучателя. Толщину пленки менее 0,1 нм невозможно получить, применение пленки толщиной более 1 мм, приводит к снижению акустическую мощность термоакустического излучателя.
Применение более двух электрических контактов (3) в термоакустическом излучателе в соответствии с вариантом 1 и вариантом 2 изобретения позволяет присоединять более одного устройства (4) подачи входного сигнала, что позволяет создать более высокий входной сигнал и обеспечить более высокую акустическую мощность термоакустического излучателя.
В соответствии с вариантом 1 и вариантом 2 изобретения хаотично расположенные структуры углеродных нанотрубок (6), которые образуют пространство (7) между соседними углеродными трубками (6), обеспечивают увеличение поверхностной площади излучателя и более эффективную теплоотдачу от излучателя в окружающую среду, что позволяет повысить акустическую мощность термоакустического излучателя.
Заявленный излучатель в соответствии с вариантом 1 и вариантом 2 изобретения по сравнению с термоакустическим излучателем по прототипу позволяет увеличить акустическую мощность до 40%.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.
Claims (2)
1. Термоакустический излучатель, содержащий слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок, на поверхность которых нанесена защитная пленка по крайней мере одного материала, выбранного из группы: Al2O3, TiO2, BN, при этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта.
2. Термоакустический излучатель, содержащий слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок и средство обдува, при этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта, а средство обдува выполнено с возможностью создания газового потока на внешней поверхности слоя тепловыделяющих структур, при этом газ в газовом потоке выбран из группы: гелий, азот, аргон, ксенон.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019105431A RU2719279C1 (ru) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | Термоакустический излучатель |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019105431A RU2719279C1 (ru) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | Термоакустический излучатель |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2719279C1 true RU2719279C1 (ru) | 2020-04-17 |
Family
ID=70277913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019105431A RU2719279C1 (ru) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | Термоакустический излучатель |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2719279C1 (ru) |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101610443A (zh) * | 2008-06-18 | 2009-12-23 | 清华大学 | 发声装置 |
| US20100019159A1 (en) * | 2008-07-25 | 2010-01-28 | Tsinghua University | Method and device for measuring electromagnetic signal |
| TW201028022A (en) * | 2009-01-09 | 2010-07-16 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | Acoustic generator for ultrasound |
| CN101841759A (zh) * | 2010-05-10 | 2010-09-22 | 北京富纳特创新科技有限公司 | 热致发声装置 |
| JP2010288270A (ja) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Qinghua Univ | 加熱・音響装置 |
| CN102023297A (zh) * | 2009-09-11 | 2011-04-20 | 清华大学 | 声纳*** |
| CN102724621A (zh) * | 2011-03-29 | 2012-10-10 | 清华大学 | 热致发声装置及电子装置 |
| US8311245B2 (en) * | 2008-12-30 | 2012-11-13 | Beijing Funate Innovation Technology Co., Ltd. | Thermoacoustic module, thermoacoustic device, and method for making the same |
| CN103841503A (zh) * | 2012-11-20 | 2014-06-04 | 清华大学 | 发声芯片 |
| CN103841506A (zh) * | 2012-11-20 | 2014-06-04 | 清华大学 | 热致发声器阵列的制备方法 |
| WO2014152438A2 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | The Board Of Regents, The University Of Texas System | Encapsulated thermoacoustic projector based on free-standing carbon nanotube film |
| RU2545312C1 (ru) * | 2013-12-03 | 2015-03-27 | Виталий Николаевич Максимов | Термоакустический излучатель |
| CN105338460A (zh) * | 2014-07-21 | 2016-02-17 | 清华大学 | 热致发声装置及其制备方法 |
| US9838803B1 (en) * | 2016-09-23 | 2017-12-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Carbon nanotube underwater acoustic thermophone |
| JP2018071821A (ja) * | 2016-10-25 | 2018-05-10 | 三菱電機株式会社 | 熱音響装置 |
| WO2018146951A1 (ja) * | 2017-02-13 | 2018-08-16 | ヤマハファインテック株式会社 | 熱音響装置及び音波検査装置 |
-
2019
- 2019-02-26 RU RU2019105431A patent/RU2719279C1/ru active
Patent Citations (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101610443A (zh) * | 2008-06-18 | 2009-12-23 | 清华大学 | 发声装置 |
| US20100019159A1 (en) * | 2008-07-25 | 2010-01-28 | Tsinghua University | Method and device for measuring electromagnetic signal |
| US8311245B2 (en) * | 2008-12-30 | 2012-11-13 | Beijing Funate Innovation Technology Co., Ltd. | Thermoacoustic module, thermoacoustic device, and method for making the same |
| TW201028022A (en) * | 2009-01-09 | 2010-07-16 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | Acoustic generator for ultrasound |
| US8905320B2 (en) * | 2009-06-09 | 2014-12-09 | Tsinghua University | Room heating device capable of simultaneously producing sound waves |
| JP2010288270A (ja) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Qinghua Univ | 加熱・音響装置 |
| CN102023297A (zh) * | 2009-09-11 | 2011-04-20 | 清华大学 | 声纳*** |
| CN101841759A (zh) * | 2010-05-10 | 2010-09-22 | 北京富纳特创新科技有限公司 | 热致发声装置 |
| CN102724621A (zh) * | 2011-03-29 | 2012-10-10 | 清华大学 | 热致发声装置及电子装置 |
| US8842857B2 (en) * | 2011-03-29 | 2014-09-23 | Tsinghua University | Thermoacoustic device |
| CN103841503A (zh) * | 2012-11-20 | 2014-06-04 | 清华大学 | 发声芯片 |
| CN103841506A (zh) * | 2012-11-20 | 2014-06-04 | 清华大学 | 热致发声器阵列的制备方法 |
| WO2014152438A2 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | The Board Of Regents, The University Of Texas System | Encapsulated thermoacoustic projector based on free-standing carbon nanotube film |
| US9635468B2 (en) * | 2013-03-15 | 2017-04-25 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Encapsulated thermoacoustic projector based on freestanding carbon nanotube film |
| RU2545312C1 (ru) * | 2013-12-03 | 2015-03-27 | Виталий Николаевич Максимов | Термоакустический излучатель |
| CN105338460A (zh) * | 2014-07-21 | 2016-02-17 | 清华大学 | 热致发声装置及其制备方法 |
| US9838803B1 (en) * | 2016-09-23 | 2017-12-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Carbon nanotube underwater acoustic thermophone |
| JP2018071821A (ja) * | 2016-10-25 | 2018-05-10 | 三菱電機株式会社 | 熱音響装置 |
| WO2018146951A1 (ja) * | 2017-02-13 | 2018-08-16 | ヤマハファインテック株式会社 | 熱音響装置及び音波検査装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Nanotechnology. 2018 Aug 10; 29(32): 325704. doi: 10.1088/1361-6528/aac509. Epub 2018 May 15. Thermoacoustic sound projector: exceeding the fundamental efficiency of carbon nanotubes. Aliev AE1, Codoluto D, Baughman RH, Ovalle-Robles R, Inoue K, Romanov SA, Nasibulin AG, Kumar P, Priya S, Mayo NK, Blottman JB. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5086406B2 (ja) | 放熱素子を備えた熱音響装置 | |
| JP5685614B2 (ja) | 加熱・音響装置 | |
| JP4936372B2 (ja) | 大気圧放電プラズマ発生装置 | |
| WO2006073007A1 (ja) | 熱音響装置 | |
| JP5021716B2 (ja) | Ｘ線発生装置及び携帯型非破壊検査装置 | |
| WO2003043748A1 (fr) | Generateur d'onde de pression thermo-induite | |
| US9635468B2 (en) | Encapsulated thermoacoustic projector based on freestanding carbon nanotube film | |
| RU2719279C1 (ru) | Термоакустический излучатель | |
| WO2012063379A1 (ja) | 電界放射装置及び携帯型非破壊検査装置 | |
| JP5893350B2 (ja) | 放射線管及びそれを用いた放射線発生装置 | |
| TWI501656B (zh) | 發聲晶片 | |
| TWI583204B (zh) | 熱致發聲裝置的製備方法 | |
| TWI503002B (zh) | 耳機 | |
| JPH01133902A (ja) | オゾン発生器セル | |
| TW201427442A (zh) | 熱致發聲裝置 | |
| WO2019159401A1 (ja) | 熱励起型の音波発生装置及び音波発生システム | |
| TWI492218B (zh) | 熱致發聲裝置 | |
| JP2008161820A (ja) | 圧力波発生装置 | |
| RU2545312C1 (ru) | Термоакустический излучатель | |
| TWI478592B (zh) | 耳機 | |
| JP6915742B2 (ja) | 熱励起型の音波発生装置及び音波発生システム | |
| JP2008509000A (ja) | 固体物体と気体とに関わる過程を強める方法および装置 | |
| JP2010246099A (ja) | 熱音響装置 | |
| JP2008161816A (ja) | 圧力波発生装置 | |
| JP2004031051A (ja) | 無電極放電灯装置 |