С момента своего появления на рынках и на текущий день, пьезокерамические элементы, как источники акустических сигналов и звука, находят широкое применение в бытовой технике и в оборудовании, используемом в самых разных областях промышленности. Словом, везде, где важны громкий звук, компактные размеры, и малое энергопотребление. Как правило, такие компоненты изготавливаются в массовом серийном производстве, пользуются высоким спросом и быстро окупаются.
Опубликовано в разделе "Компоненты"
Эта же статья на сайте журнала
Пьезоэлектрические аудио компоненты – это в первую очередь элементы сигнализация, хотя они используются и как широкополосные излучатели, используемые в качестве миниатюрных громкоговорителей. Что касается систем сигнализации, то тут основным преимуществом звуковой сигнализации является то, что она четко, поскольку с учетом физиологии человека звуковой раздражитель действует на нас более эффективнее светового, он покрывает большую зону и идентифицируется без заострения внимания, например, на индикаторной лампе или элемента визуализации на экране дисплея. Еще более эффектной будет сочетание звуковой и световой сигнализации.
Основными критериями выбора звукового сигнализатор являются: уровень создаваемого излучателем звукового давления, его резонансная частота и надежность. От того получит ли пользователь того или иного оборудования сигнал предупреждения и сможет ли он его правильно идентифицировать иной раз зависит не пропуск сигнала о завершение поджарки курицы в электрогриле, а, например, сохранение данных, если это сигнал недопустимо высокого разряда батареи бесперебойного источника питания, а порой и жизнь человека – например, аварийная сигнализация промышленного оборудования или сигнализация в шахте. Исходя из вышесказанного для целого ряда критических приложений, разработчик не вправе использовать пьезоэлектрические аудио компоненты без их подтвержденного качества и надежности. Но большинство из доступных на рынке таких компонентов являются по своей сути ширпотребом массового производства, который не годится для использования там, где их отказ может иметь самые серьезные последствия.
Тем не менее имеются и исключения. Одним из которых является бельгийская компания Sonitron. Компания была основана в 1977 и специализируется именно на выпуске высококачественных пьезоэлектрических акустических компонентов, в том числе и специального назначения (www.sonitron.be). Постоянные исследования и ноу-хау специалистов компании позволили ей создания широкую гамму высококачественных и надежных продуктов, от самых небольших устройств сигнализации, до сложных и мощных сирен.
Компания Sonitron производит свою продукцию в Бельгии и продает ее через сеть дистрибьютеров и представителей во всем мире. Кроме наличие собственного производства, компания имеет многопрофильный отдел по разработке новых изделий. Благодаря гарантированному специальной службой, которая осуществляет контроль качества выпускаемой изделий не зависимо от области их конечного применения, продукция компании Sonitron находит широкое использование в приложениях промышленной автоматизации, в оборудовании для пищевой промышленности, в медицинском оборудовании. Кроме того, в линейке продуктов, выпускаемых компанией, имеются компоненты специального назначения в том числе и для систем сигнализации, используемых в оборудовании военного назначения.
В настоящее время компаний Sonitron стала европейским лидером в части производства пьезоэлектрических тонально-звуковых компонентов и предлагает своим заказчикам три основных групп такой продукции:
- Пьезоэлектрические излучатели звука (зуммеры) и датчики
- Пьезоэлектрические сигналы тревоги и пьезоэлектрические сирены
- Пьезоэлектрические динамики и пьезоэлектрические тонально-звуковые усилители
Кроме выпуска серийно продукции компания Sonitron предоставляет услуги по возможности подстройки своих продуктов под конкретные запросы заказчиков, с учетом требований к их собственных проектов. Такая лояльность и гибкость разработки, в сочетании с высоким качеством европейского производства, обеспечивает удобство и надежность использования выпускаемой продукции, от легких прикладных применений вплоть до ответственных военных систем.
Звукоизлучатели Sonitron стандартной серии
Данная серия включает все основные разновидности пьезоэлектрических излучателей, необходимых при производстве аппаратуры самого широкого профиля. В стандартной серии представлены звукоизлучатели, используемые в военной технике, громкие излучатели (с повышенным уровнем звука), и излучатели, работающие от минимального входного напряжения.
Для их разработки применяются самые передовые технологии: мембраны изогнуты по краям и имеют клееное крепление в корпусе с гарантированной защитой от ударов и проникновения влаги и пыли (рис. 1). Это делает звукоизлучатели стандартной серии наиболее подходящими для промышленного и военного применения, а широкий ассортимент выпускаемых моделей дает множество вариантов их использования.
Рис. 1. Пьезоэлектрические излучатели звука Sonitron - стандартная серия.
Так, каждая модель может выпускаться в разных вариантах монтажа: для крепления на корпус изделия или на печатную плату. Дополнительно, можно выбрать и тип сигнала: перемежающееся или непрерывное звучание, звук типа трели или сверчка.
Обеспечивается уровень звукового давления до 100 дБ(А) при токе всего лишь 5 мА. Звукоизлучатели стандартной серии работают от постоянного напряжения и имеют встроенный генератор и драйвер. Кроме того, многофункциональные излучатели этой серии снабжены дополнительным выводом управления.
В случае выпуска моделей стандартной серии в варианте для военной техники, их корпус окрашивается в оливковый цвет и снабжается выводами для быстрого подключения. Настраивается повышенная громкость, низкое рабочее напряжение (SC 0715 BL — 0,7 В) и низкая потребляемая мощность (SP27 = 4,8 мА при 9 В). По сравнению с прочими стандартными излучателями, такие модели проходят дополнительные испытания по стандарту MIL STD 202.
Пьезоэлектрическим излучателям данной серии присущи следующие особенности. Высокий уровень звукового давления с очень чистым и хорошо различимым тоном, совмещение нескольких функций в одном пьезоизлучателе. Мембрана ударопрочная, корпус имеет степень защиты оболочки проникновения твёрдых предметов и воды IP65 (полная защита от проникновения пыли и защита от струй воды со всех направлений). Выбор варианта крепления на панель корпуса или печатную панель, с клеммами или выводами. Высокая надёжность при низком энергопотреблении, широкий диапазон входных напряжений и рабочих температур.
Области применения звукоизлучателей стандартной серии: звуковые сигнализаторы в охранных и противопожарных системах, мониторинговом и измерительном оборудовании, в медицинской аппаратуре, промышленном технологическом оборудовании, а также в автомобильной, морской и авиационной технике, включая военную.
Производитель, компания Sonitron заявляет, что все стандартные излучатели могут быть модифицированы в соответствии с требованиями заказчика. Например, по специальному согласованию, возможна окраска в серый, чёрный и зелёный цвета. Также, хотя все модели стандартной серии стандартные обладают высокой влагозащищённостью, для эксплуатации в экстремально влажных климатических зонах, возможно нанесение специального покрытия или исполнение с дополнительной защитой от дыма. Изменить можно и длину выводов. Отклонение частоты звукового сигнала от номинальной, заданной в спецификации, находится в пределах ±15%, но по желанию заказчика точности установки частоты выходного сигнала может быть увеличена вплоть до ±2%.
Звукоизлучатели широкого применения серии SMA
Серия пьезоэлектрические излучатели звука Sonitron SMA ориентирована для адаптации к сильно различающимся требованиям заказчиков к габаритам, выводам, креплению и звуковому давлению. Включает звукоизлучатели с прерывистым или резким сигналом, а также с мягким сигналом постоянного тона. При этом, все модели характеризуются ясным чистым звуком, высокой надежностью и невысокой стоимостью.
Все многофункциональные пьезоэлектрические излучатели серии SMA снабжаются встроенным драйвером с генератором и работает от источника напряжения постоянного тока. Возможен выпуск в вариантах для выводного и поверхностного монтажа с размерами от 13 до 30 мм.
Среди особенностей данной серии, восьмиугольная форма корпуса и однотипное расположение выводов, что позволяет легко выравнивать элементы при пайке автоматической паяльной станцией (рис. 2). Также, заказчик может в любой момент удобно производить замену излучателя на датчик-преобразователь (трансдьюсер) и наоборот, в зависимости от потребностей своего проекта.
Рис. 2. Пьезоэлектрические излучатели звука Sonitron широкого применения - серии SMA.
Легкая монолитная конструкция элементов серии SMA обеспечивает устойчивость к ударам, проникновению пыли и воды. Производитель указывает поддержку широкого диапазона входных напряжений: от 1,5 до 24 В и отсутствие наводимых электромагнитных полей.
Применяются в составе звуковых сигнализаторов для технологических линий производства, медицинских приборах, таймерах, весовом и контрольно-измерительном оборудовании, автомобильной технике, играх и игрушках, компьютерной периферии и кассовых аппаратах.
Многофункциональные преобразователи и излучатели звука серии SMAT
Многофункциональные преобразователи и излучатели звука общего применения SMAT, как и SMA, соответствуют широкому спектру требований по уровню звукового давления, габаритам и методам монтажа. Серия включает излучатели с мягким сигналом постоянного тона и с хорошо различимым резким сигналом.
Модели не имеют встроенного драйвера с генератором, и требуют подключения внешних схем. Зато заказчик получает возможность управления частотой звука, поскольку она зависит от внешней электронной цепи. Все элементы выпускаются с размерами от 13 до 30 мм. Здесь необходимо отметить важный факт - пьезоэлектрические звуковые излучатели по своей природе являются конденсаторами. Причем их собственная емкость может превышать десятки нанофарад, что делает недопустимым их прямое подключение, например, к выходам интегральных микросхем. Для этого должны использоваться либо специальные драйверы, либо двухтактная схема их включения, либо на крайний случай использоваться параллельный разрядный резистор. Без выполнения данного условия излучатель не будет генерировать звук или его уровень будет значительно ниже заявленного изготовителем.
По аналогии с SMA, лёгкий закрытый корпус восьмиугольной формы обеспечивает простоту монтажа преобразователей и излучателей звука серии SMAT, а также устойчивость к ударам, проникновению пыли и воды, отсутствие электромагнитных полей. Поддерживается возможность использования в предустановленном диапазоне частот, в силу отсутствия привязки к одному фиксированному значению.
Области применения преобразователей звука серии SMAT те же, что и у рассмотренных ранее излучателей серии SMA.
Многотональные излучатели серии SMB
Пьезоэлектрические излучатели звука Sonitron серии SMB (Sonitron Multi-frequency Buzzers) имеют возможность подстройки частоты выдаваемого сигнала, чтобы звук максимально выделялся из окружающего шума и привлекал к себе внимание.
Поддерживается функция программирования нескольких различных рабочих частот, позволяя получать сигналы с частотой в диапазоне от 2500 до 100 Гц. Изменение частоты звучания достигается подключением дополнительной емкости к дополнительному выводу генератора. Питание осуществляется от источника постоянного напряжения.
Устройства характеризуются крайне малым током потребления, от 100 мкА до 4,8 мА, при рабочем напряжении 15 В, и при понижении рабочей частоты потребляемый ток уменьшается.
При этом, излучатели данной серии достаточно бюджетные, заключены в надежный компактный корпус и не излучают электромагнитные сигналы (рис. 3). Их легко встраивать в уже существующую аппаратуру, крепя как на плате, так и на приборной панели.
Рис. 3. Многотональные пьезоэлектрические излучатели звука Sonitron - серия SMB.
Звукоизлучатели серии SMB применяются в часах, электронных играх и игрушках, телефонах и другом офисном оборудовании, в измерительных и медицинских устройствах, в автомобилях, автобусах и поездах.
Пьезоэлектрические громкоговорители серии SPS
Громкоговорители серии SPS имеют особую многослойную конструкцию из пьезокерамического диска специальной формы в сочетании с полимерной мембраной, которая снижает пиковые резонансные колебания, преобразуя их энергию в звук с возможными минимальными искажениями (рис. 4).
Рис. 4. Пьезокерамические громкоговорители компании Sonitron - серия SPS.
Подобные пьезокерамические элементы эффективнее электродинамических на 60%, даже при одинаковых значениях среднего уровня давления звука и протекающего тока. Высокое качество воспроизводимого звука и низкий коэффициент искажения дают возможность применять их для передачи речи и музыки хорошего качества.
Модели серии SPS весьма надёжны и, благодаря высокой защите от вибраций, влаги и пыли, могут применяться в тяжелых промышленных условиях. Также весьма широко они применяются и в области мобильных коммуникаций: GSM, GPRS, WAP, а также автомобильные аудио системы, LCD-мониторы и т.д.
Выпускаются они в плоском корпусе, в открытом или закрытом исполнении. Компоненты для поверхностного монтажа и должны припаиваться только вручную.
Световые сирены серии SAS
Эти компактные пьезоэлементы характеризуются очень высоким уровнем звукового давления воспроизводимого сигнала в сочетании с допускаемым длительным периодом непрерывной работы.
Такие показатели позволяют успешно применять их для экстренного привлечения внимания: в пожарных, автомобильных и охранных сигнализациях.
Предназначены для потолочного крепления и снабжены ярким световым индикатором для привлечения аудиовизуального внимания (рис. 5). Корпус, в котором выполнены световые сирены SAS, имеет степень защиты оболочки проникновения твёрдых предметов и воды IP65 (полная защита от проникновения пыли и защита от струй воды со всех направлений).
Рис. 5. Световые сирены компании Sonitron - серия SAS.
Заключение
Широкий модельный ряд звукоизлучателей и преобразователей делает компанию Sonitron ведущим поставщиком пьезоэлектрических элементов на современном рынке. Помимо выпуска стандартной продукции, компания Sonitron по заявке заказчиков адаптирует характеристики своих компонентов под заданные ими требования. В сочетании с высоким качеством европейского производства, это дает возможность применять пьезокерамические модули Sonitron в самых разнообразных проектах, обеспечивая их качество и надежность на максимально высоком уровне, что позволяет использовать его продукция в критических с точки зрения сигнализации приложениях.