عنصر الموجات فوق الصوتية باعث Langevin. كيف تصنع باعثًا مغناطيسيًا بيديك: الوصف والرسم التخطيطي والتوصيات

لتوليد الموجات فوق الصوتية ، يتم استخدام بواعث خاصة من النوع المغنطيسي. تشمل المعلمات الرئيسية للأجهزة المقاومة والتوصيل. يتم أيضًا أخذ قيمة التردد المسموح بها في الاعتبار. قد يختلف تصميم الجهاز. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن النماذج تُستخدم بنشاط في مسبار الصدى. لفهم البواعث ، من المهم النظر في مخططهم.

مخطط الجهاز

يتكون محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية القياسي للتقبُّض المغناطيسي من حامل ومجموعة من الأطراف. المغناطيس متصل مباشرة بالمكثف. يوجد لف في الجزء العلوي من الجهاز. غالبًا ما يتم تثبيت حلقة لقط عند قاعدة بواعث. المغناطيس مناسب فقط لنوع النيوديميوم. في الجزء العلوي من النماذج يوجد قضيب. يتم استخدام الخاتم لإصلاحه.

تعديل الحلقة

تعمل الأجهزة الحلقية بتوصيل 4 ميكرون. العديد من الطرز مصنوعة من حوامل قصيرة. وتجدر الإشارة أيضًا إلى وجود تعديلات على المكثفات الميدانية. لتجميع باعث تقبض مغناطيسي بيديك ، يتم استخدام ملف لولبي. في هذه الحالة ، من المهم ضبط المحطات على جهد عتبة منخفض. من الأنسب اختيار قضيب من الفريت بقطر صغير. تم تثبيت حلقة التثبيت أخيرًا.

جهاز ساحة

إن صنع باعث تقبض مغناطيسي بيديك أمر بسيط للغاية. بادئ ذي بدء ، تم إعداد رف للقضيب. بعد ذلك ، من المهم قطع الحامل. يمكنك استخدام قرص معدني لهذا الغرض. يقول الخبراء أن الحامل يجب ألا يزيد قطره عن 3.5 سم ، ويتم اختيار أطراف الجهاز لـ 20 فولت. يتم تثبيت الحلقة في الجزء العلوي من النموذج. إذا لزم الأمر ، يمكنك لف الشريط. مؤشر المقاومة للبواعث من هذا النوع في حدود 30 أوم. إنها تعمل بموصلية لا تقل عن 5 ميكرون. اللف في هذه الحالة غير مطلوب.

نموذج متعرج مزدوج

يتم إنتاج الأجهزة ذات اللف المزدوج بأقطار مختلفة. تبلغ موصلية النماذج حوالي 4 ميكرون. تتمتع معظم الأجهزة بمقاومة عالية الموجة. لعمل باعث تقبض مغناطيسي بيديك ، يتم استخدام حامل فولاذي فقط. عازل غير مطلوب في هذه الحالة. يسمح بتركيب قلب الفريت على البطانة. يوصي الخبراء بإعداد حلقة o مسبقًا. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن المكثف من النوع الميداني مطلوب لتجميع الباعث. يجب ألا تزيد مقاومة إدخال النموذج عن 20 أوم. يتم تثبيت اللفات بجانب القضيب.

بواعث على أساس عاكس

مشعات من هذا النوع تتميز الموصلية العالية. تعمل النماذج بجهد 35 فولت. تم تجهيز العديد من الأجهزة بمكثفات مجال. إن صنع باعث تقبض مغناطيسي بيديك يمثل مشكلة كبيرة. بادئ ذي بدء ، تحتاج إلى اختيار قضيب بقطر صغير. في هذه الحالة ، يتم تحضير المحطات بموصلية 4 ميكرون.

يجب أن تكون مقاومة الموجة في الجهاز من 45 أوم. اللوحة مثبتة على حامل. يجب ألا يتلامس الملف في هذه الحالة مع المحطات. في الجزء السفلي من الجهاز يجب أن يكون موقف دائري. لإصلاح الحلقة ، غالبًا ما يستخدم الشريط الكهربائي العادي. المكثف ملحوم فوق المنجانيت. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن الحلقات تستخدم أحيانًا مع التراكبات.

أجهزة صدى الصوت

بالنسبة إلى مسبار الصدى ، غالبًا ما يتم استخدام محول طاقة فوق صوتي مضغوط مغناطيسي. كيف تصنع نموذجًا بيديك؟ يتم إجراء تعديلات محلية الصنع بموصلية تبلغ 5 ميكرون. متوسط ​​55 أوم. لعمل قضيب قوي بالموجات فوق الصوتية ، يتم استخدام 1.5 سم ، ويتم لف الملف اللولبي بزيادات صغيرة.

يقول الخبراء أنه من الأنسب اختيار رفوف للانبعاثات من الفولاذ المقاوم للصدأ. في هذه الحالة ، يتم استخدام المحطات ذات الموصلية المنخفضة. المكثفات مناسبة لأنواع مختلفة. للبواعث حوالي 14 واط. تستخدم الحلقات المطاطية لإصلاح القضيب. يتم لف الشريط الكهربائي في قاعدة الجهاز. ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه يجب تثبيت المغناطيس أخيرًا.

تعديلات على مكتشفات الأسماك

يتم تجميع أجهزة مكتشفات الأسماك فقط باستخدام مكثفات سلكية. تحتاج أولاً إلى تثبيت الرف. من الأنسب استخدام الحلقات التي يبلغ قطرها 4.5 سم أو أكثر ، ويجب أن يكون الملف اللولبي مناسبًا بشكل مريح للقضيب. في كثير من الأحيان ، يتم لحام المكثفات في قاعدة بواعث. تم إجراء بعض التعديلات على محطتين. يجب تثبيت قضيب الفريت على العازل. لتقوية الحلقة باستخدام شريط كهربائي.

نماذج مقاومة منخفضة

تعمل أجهزة المعاوقة المنخفضة بجهد 12 فولت والعديد من الطرز بها مكثفان. لتجميع جهاز يولد الموجات فوق الصوتية بيديك ، ستحتاج إلى قضيب طوله 10 سم ، وفي هذه الحالة ، يتم تثبيت المكثفات على باعث من النوع السلكي. اللف جرح أخيرًا. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن المحطة مطلوبة لتجميع التعديل. في بعض الحالات ، يتم استخدام مكثفات مجال 4 ميكرون. سيكون إعداد التردد مرتفعًا جدًا. من الأنسب تثبيت المغناطيس فوق الجهاز.

أجهزة مقاومة عالية

محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية عالية المقاومة مناسبة تمامًا لمستقبلات الموجات القصيرة. يمكنك تجميع الجهاز بنفسك فقط على أساس المكثفات الانتقالية. في هذه الحالة ، يتم اختيار المحطات ذات الموصلية العالية. في كثير من الأحيان ، يتم تثبيت المغناطيس على حامل.

يستخدم حامل الباعث على ارتفاع منخفض. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه يتم استخدام قضيب واحد لتجميع الجهاز. الشريط الكهربائي العادي مناسب لعزل قاعدته. يجب أن يكون الجزء العلوي من الباعث حلقة.

أجهزة رود

تشتمل الدائرة من نوع قضيب على موصل مع لف. يُسمح للمكثفات باستخدام سعات مختلفة. ومع ذلك ، قد تختلف في الموصلية. إذا أخذنا في الاعتبار نموذجًا بسيطًا ، فسيتم تحضير الحامل بشكل دائري ، ويتم ضبط الأطراف على 10 فولت. يتم لف الملف اللولبي أخيرًا. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن المغناطيس يتم اختياره من نوع النيوديميوم.

القضيب نفسه مطبق على ارتفاع 2.2 سم ، ويمكن تركيب الأطراف على البطانة. وتجدر الإشارة أيضًا إلى وجود تعديلات لـ 12 فولت. إذا أخذنا في الاعتبار الأجهزة ذات المكثفات الميدانية عالية السعة ، فإن الحد الأدنى لقطر القضيب هو 2.5 سم ، وفي هذه الحالة ، يجب لف الملف حتى يصل إلى العزل. حلقة واقية مثبتة في الجزء العلوي من الباعث. يسمح بوضع الأجنحة بدون تبطين.

النماذج ذات المكثفات أحادية التوصيل

تعطي بواعث من هذا النوع الموصلية على مستوى 5 ميكرون. في نفس الوقت ، يصل مؤشر مقاومة الموجة بحد أقصى 45 أوم. من أجل تصنيع الباعث بشكل مستقل ، يتم تحضير رف صغير. في الجزء العلوي من الحامل يجب أن تكون وسادة مطاطية. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن المغناطيس يتم تحضيره من نوع النيوديميوم.

ينصح الخبراء بتثبيته على الغراء. تم تحديد أطراف الجهاز لمدة 20 واط. يتم تثبيت المكثف مباشرة فوق البطانة. يستخدم القضيب بقطر 3.3 سم ، ويجب أن يكون هناك حلقة أسفل الملف. إذا أخذنا في الاعتبار نماذج لمكثفين ، فيسمح باستخدام القضيب بقطر 3.5 سم ، ويجب أن يتم لف الملف حتى قاعدة الباعث. يتم لصق الشريط على قاع البالوعة. تم تثبيت المغناطيس في منتصف الرف. يجب أن تكون المحطات على الجانبين.

يتعلق الاختراع بتكنولوجيا الموجات فوق الصوتية ، أي تصميم أنظمة التذبذب فوق الصوتي ، ويمكن استخدامها في تطوير المعدات الطبية بالموجات فوق الصوتية. تتمثل النتيجة التقنية للاختراع في زيادة سعة التذبذبات ، وزيادة موثوقية العملية ، وانخفاض في الأبعاد والوزن الكليين. يتكون نظام التذبذب بالموجات فوق الصوتية على شكل جسم ثورة ويتكون من لوحين معدنيين متواجدين على التوالي ، عاكسة ومركزة ، وعنصرين كهرضغطية موجودين بين الألواح ، متصلين صوتيًا مع بعضهما البعض بواسطة عنصر إحكام. تكون العناصر الكهروإجهادية على شكل قرص ، وتتكون اللوحة العاكسة من سدادة ملولبة بفتحة مركزية ولوحة قرص مرتبة في سلسلة. تحتوي وسادة التركيز على ثلاثة أقسام: الأول أسطواني بشفة ، والثاني أسي ، والثالث أسطواني مع فتحة مخفية ملولبة لتثبيت أداة الدليل الموجي ، وعنصر التثبيت مصنوع على شكل كوب بخيط داخلي وثقبين: دائري في منتصف القاع ومستطيل على جانب الزجاج. يتم ربط الجزء الأسطواني الأول من وسادة التركيز حتى الحافة ، ويتم وضع صمولة نقابية إضافية في هذا القسم. 2 مريض.

رسومات لبراءة الاختراع RF 2465071

يتعلق الاختراع بمجال تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية ويستخدم للحصول على الاهتزازات الميكانيكية ونقلها للترددات دون سرعة الصوت أو الصوتية أو فوق الصوتية ويمكن استخدامها في أي عمليات تكنولوجية باستخدام الموجات فوق الصوتية.

أنظمة التذبذب بالموجات فوق الصوتية المعروفة (محولات الطاقة بيزوسيراميك) من نوع لانجفين [E. Kikuchi. محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية. م: دار النشر "مير" ، 1972 ، ص 472. براءة الاختراع الألمانية رقم 2711306 MKI V06V 3/00]. هذا النوع من المحولات عبارة عن فسيفساء مكونة من قطع من الكوارتز المقطوع ومحاطة بين لوحين معدنيين. عيوب محولات الطاقة من هذا النوع هي: تصميم منخفض التقنية ، وتعقيد التجميع ، والطاقة المنخفضة.

ومن المعروف أيضًا أنظمة التذبذب بالموجات فوق الصوتية (بواعث) من نوع "الساندويتش" [SS Volkov، B.Ya.Chernyak. لحام البلاستيك بالموجات فوق الصوتية. م: الكيمياء ، 1986 ، ص 126. نوفيكوف أ.أ. ، نيجروف د ، شوستر ياب. حول مسألة تحديد قوة لقط محولات الطاقة بيزوسيراميك من النوع الطولي. مواد المؤتمر الدولي الثالث العلمي والتكنولوجي "المعدات العسكرية والأسلحة والتكنولوجيات ذات الاستخدام المزدوج". - أومسك. - 2005. - الجزء 1. - ص177-178 ؛ شهادة نموذج المنفعة RU رقم 18655. باعث السيراميك بالموجات فوق الصوتية. / نوفيكوف أ.أ ، شوستر ياب ، نيجروف د. نشرت BI No. 19 ، 2001] ، تم اختيار أحدها كنموذج أولي [ EN 2141386"نظام التذبذب بالموجات فوق الصوتية" بارسوكوف R.V. إلخ] ، باعتباره الأقرب من الناحية الفنية إلى المقترح. إنه نظام تذبذب على شكل جسم ثورة ، يتكون من وسادتين معدنيتين وعنصرين كهرضغطية موجودين في سلسلة ومتصلين صوتيًا ، ويقعان بين الوسادات ، ويتكون الهيكل المولّد لدوران النظام التذبذب في شكل منحنى سلس متعدد الصفحات ، ويتكون جسم الثورة من ثلاثة أقسام: القسم الأسطواني الأول ، والقسم الثاني مع تغيير أسي أو شعاعي سلس في قطر المقطع ، والثالث - أسطواني ، بينما الجزء الحلقي تقع العناصر الكهروضغطية بين القسم الأسي والجزء الأسطواني الأول ، والتي يتم توصيلها بواسطة عنصر إحكام (على سبيل المثال ، مسمار أو دبوس شعر).

مشعات نوع "ساندويتش" خالية من عيوب مشعات نوع لانجفين الموصوفة أعلاه. من السهل تصنيعها وتجميعها ، ومع ذلك ، مع استخدام أقطار صغيرة من حلقات بيزو ، يصبح قطر الفتحة الداخلية في حلقة بيزو قيمة تحد من معلمات الطاقة للنظام التذبذب ، لأنه من ناحية يقلل من السطح النشط للعنصر الكهروإجهادي ، ومن ناحية أخرى ، فإنه يؤدي إلى الحاجة إلى مثل هذا التخفيض في قطر قضيب الربط أو الترباس ، حيث لا توفر خصائص قوة عنصر الشد عملية موثوقة للنظام التذبذب ككل.

تتمثل النتيجة التقنية للاختراع في زيادة سعة التذبذبات مع زيادة موثوقية التشغيل وتقليل الأبعاد الكلية والوزن لنظام التذبذب فوق الصوتي بشكل كبير.

يتم تحقيق النتيجة الفنية من خلال حقيقة أنه في جهاز معروف ، وهو نظام تذبذب فوق صوتي على شكل جسم ثورة ، يتكون من لوحين معدنيين متوضعين على التوالي ، عاكسة ومركزة ، وعنصرين كهرضغطية موجودين بين الألواح ، متصلة صوتيًا ببعضها البعض بواسطة عنصر ربط ، وفقًا للاختراع المطالب به ، تكون العناصر الكهرضغطية على شكل قرص ، وتتكون اللوحة العاكسة من سدادة ملولبة مع فتحة مركزية ولوحة قرص متسلسلة ، وتحتوي وسادة التركيز على ثلاثة أقسام: الأول أسطواني بشفة ، والثاني أسي ، والثالث عبارة عن مخرج أسطواني بفتحة مسننة ملولبة لتثبيت أداة الدليل الموجي ، وعنصر الشد مصنوع على شكل كوب بخيط داخلي واثنين الثقوب: دائرية في منتصف القاع ومستطيلة على السطح الجانبي للكوب ، والمقطع الأسطواني الأول من وسادة التركيز ويتم تصنيعه ملولبًا على الحافة ، وفي هذه المنطقة يتم وضع صمولة الاتحاد بشكل إضافي.

يظهر الرسم التجميعي للجهاز المقترح في الشكل 1 ويحتوي على العناصر التالية: وسادة تركيز 1 يتم إدخالها في الفتحة المستديرة للكوب 2 بحيث يتم تثبيت موضعها بواسطة شفة الوسادة ؛ عناصر بيزو 3 مع بتلات تلامس 4 بارزة من خلال ثقب مستطيل 5 من الكوب 2 ، مثبتة في الكوب 2 مع بطانة قرص 6 وشريط بلاستيكي الفلور على شكل حلقة مقطوعة 7 وسدادة ملولبة 8. توجد صمولة نقابية 9 فوق قسم الشفة الأسطوانية لبطانة التركيز 1.

الجهاز المقترح يعمل على النحو التالي.

عندما يتم تطبيق جهد عالي التردد على أطراف بتلات التلامس 4 البارزة من خلال فتحة مستطيلة 5 من السطح الجانبي للكوب 2 ، تقوم الأقراص البيزوسيراميك 3 بتحويل الإشارة الكهربائية إلى إشارة صوتية.

أثناء تشغيل نظام تذبذب صوتي [Novikov A.A.، Shuster Ya.B.، Negrov YA. ميزات تصميم محول طاقة بيزوسيراميك بالموجات فوق الصوتية بطول نصف موجة. نشرة أومسك العلمية. - 2009. سلسلة: الأجهزة والآلات والتقنيات. - رقم 3 (83). - ص.194-198.] ، سيبدو توزيع اتساع التذبذبات الصوتية الطولية على طول هذا النظام الصوتي كما هو موضح في الشكل 2. في هذه الحالة ، ستسقط الاهتزازات "الصفرية" على منطقة قسم الحافة الأسطوانية من وسادة التركيز 1 ، وبالتالي فإن موقع صمولة الاتحاد 9 في هذا القسم سيسمح باستخدامها للتثبيت الصلب للنظام التذبذب بأكمله في غلاف الرادياتير مع تأثير ضئيل لعناصر التثبيت على خصائص النظام الصوتي. من ناحية أخرى ، فإن استخدام الكوب 2 كعنصر تشديد ينقل تصميم نظام صوتي فوق صوتي من نظام به مقرنة داخلية (الأكثر انتشارًا في الوقت الحاضر ، سواء في بلدنا أو في الخارج) ، إلى تصميم أنظمة ذات مقرنة خارجية. هذا ، أولاً ، يجعل من الممكن استخدام ليس الحلقات ، ولكن الأقراص كعناصر بيزوإكتوزاكتيف ، والتي ، مع نفس أقطار النظام الصوتي ، تجعل من الممكن زيادة الطاقة الصوتية الناتجة ، والأهم من ذلك ، أصغر قطر العناصر الكهروضغطية المستخدمة ، وثانيًا ، تقضي على المشكلة لضمان القوة والموثوقية اللازمتين لعنصر التثبيت الداخلي.

ثقب مستطيل 5 على السطح الجانبي للكوب 2 يستخدم لإحضار بتلات التلامس 4 من خلاله ، كما أن الفتحة الموجودة في السدادة الملولبة 7 لا توفر فقط إمكانية شد البيزودس بدون قلبها ، ولكن أيضًا إمكانية تصحيح بعض من خصائص التردد للنظام التذبذب.

وبالتالي ، فإن النظام الصوتي بالموجات فوق الصوتية المقترح يسمح بما يلي:

الحصول على بواعث بالموجات فوق الصوتية فعالة صغيرة الحجم باستخدام عناصر كهرضغطية (أقراص) بأقطار صغيرة ؛

تحقيق الحد الأدنى من تأثير عناصر التثبيت للنظام الصوتي في جسم الباعث بالموجات فوق الصوتية ؛

لزيادة سعة التذبذب للنظام مع زيادة موثوقية التشغيل في نفس الوقت مع تقليل كبير في الأبعاد والوزن الكليين ، وهو أمر ضروري للمعدات الطبية الحديثة بالموجات فوق الصوتية.

مطالبة

نظام تذبذب بالموجات فوق الصوتية على شكل جسم ثورة ، يتكون من لوحين معدنيين متوضعين على التوالي ، عاكسة ومركزة ، وعنصران كهرضغطية موجودان بين الألواح ، متصلان صوتيًا ببعضهما البعض بواسطة عنصر اقتران ، يتميز بأن العناصر الكهرضغطية مصنوعة من قرص ، وتتكون اللوحة العاكسة من سلسلة من السدادة الملولبة بفتحة مركزية ولوحة قرصية ، وتحتوي لوحة التركيز على ثلاثة أقسام: الأول أسطواني بشفة ، والثاني أسي ، والثالث مخرج أسطواني بفتحة عمياء ملولبة لتثبيت أداة الدليل الموجي ، وعنصر التثبيت مصنوع على شكل كوب بخيط داخلي وثقبين: دائري في وسط القاع ومستطيل على السطح الجانبي للكوب ، و يتم ربط الجزء الأسطواني الأول من وسادة التركيز إلى الحافة ويتم وضع صمولة نقابية إضافية في هذا القسم.

يتم استخدام خاصية انعكاس الموجات فوق الصوتية من عائق والعودة مرة أخرى في شكل صدى لتحديد المسافة إلى الأشياء التي يصعب الوصول إليها.

كانت للمصادر الميكانيكية للموجات فوق الصوتية المعروفة في بداية القرن العشرين - الشوكات الرنانة وقضبان الفولاذ المتذبذبة ، قوة كبيرة ، لكنها لم تكن قادرة على إرسالها في حزمة ضيقة موجهة ، مثل شعاع الضوء. اختلفت الموجات فوق الصوتية المنبعثة منها في اتجاهات مختلفة. لهذا السبب ، كان من المستحيل تحديد الاتجاه الذي يقع فيه الكائن قيد الدراسة.

لكن العالم الفرنسي بول لانجفين وجد مخرجًا. في عام 1916 ، أثناء الحرب العالمية الأولى ، كان يبحث عن طريقة لاكتشاف الغواصات باستخدام الموجات فوق الصوتية. وكمصدر للموجات فوق الصوتية ، استخدم ظاهرة كهرضغطية لم تكن مستخدمة من قبل.

اكتشاف الكهرباء الانضغاطية

اضغط على الصورة

تأثير كهرضغطيةتم اكتشافه في عام 1880 من قبل إخوة علماء فرنسيين بيير وبول كوريأثناء دراسة خصائص البلورات. بضغط بلورة كوارتز من جانبين ، اكتشفوا ظهور الشحنات الكهربائية على الوجوه بشكل متعامد مع اتجاه الانضغاط. كانت التهم الموجهة على أحد الوجهين إيجابية وعلى الوجه الآخر سلبية. لاحظوا أيضًا نفس الصورة عند شد البلورات. على الوجه حيث ظهرت الشحنات الموجبة أثناء الضغط تظهر الشحنات السالبة أثناء التوتر والعكس صحيح.

بيير كوري

اتضح أنه بالإضافة إلى الكوارتز ، فإن بلورات التورمالين وملح روشيل وكبريتات الليثيوم والبلورات الأخرى التي تفتقر إلى مركز التناظر لها خصائص مماثلة. تم استدعاء هذه الظاهرة الكهربائية الضغطية،من الكلمة اليونانية "بيزو" - أضغط ، وبلورات بمثل هذه الخصائص - كهرضغطية.

في مزيد من البحث ، وجد الأخوان كوري أن هناك و تأثير كهرضغطية عكسي. إذا قمت بإنشاء شحنات كهربائية ذات قطبية مختلفة على وجوه البلورة ، فسوف تتقلص أو تتمدد.

كان هذا الاكتشاف هو الذي استخدمه بول لانجفين في بحثه.

محول لانجفين الكهرضغطية

بول لانجفين

إذا تعرضت لوحة الكوارتز لضغط ميكانيكي ، فإنها تصبح مكهربة. والعكس صحيح ، إذا قمت بتغيير المجال الكهربائي الذي يقع فيه بتردد معين ، فسيبدأ في التذبذب بنفس التردد.

ولكن ماذا يحدث إذا كنت تستخدم الكهرباء من مصدر تيار متناوب عالي التردد لشحن البلورة؟ بعد إجراء مثل هذه التجربة ، تأكد لانجفين من أن تردد التذبذبات البلورية هو نفس تواتر تغيرات الجهد. إذا كانت أقل من 20000 هرتز ، تصبح البلورة مصدرًا للصوت ، وإذا كانت أعلى ، فإنها ستصدر موجات فوق صوتية.

لكن قوة الموجات فوق الصوتية المنبعثة من لوحة بلورية واحدة صغيرة جدًا. لذلك ، ابتكر العالم طبقة فسيفساء من ألواح الكوارتز ووضعها بين لوحين من الصلب يعملان كقطب كهربائي. تم استخدام ظاهرة الرنين لزيادة سعة التذبذب. إذا تزامن تردد الجهد المتناوب المطبق على البلورة البيزو مع ترددها الطبيعي ، فإن سعة اهتزازاتها تزداد بشكل حاد.

هذا التصميم كان يسمى "لانجفين ساندويتش". وكانت ناجحة جدا. كانت قوة الإشعاع عالية بدرجة كافية ، وتبين أن الحزمة الموجية كانت ضيقة التوجيه.

في وقت لاحق ، بدلاً من ألواح الكوارتز ، بدأ استخدام سيراميك تيتانات الباريوم كعنصر كهرضغطية ، حيث يكون التأثير الكهروضغطي أعلى بعدة مرات من الكوارتز.

يمكن أيضًا أن تكون اللوحة الكهروإجهادية جهاز استقبال صوت. إذا التقت بها موجة صوتية في طريقها ، فستبدأ اللوحة في التأرجح مع تردد مصدر الصوت. ستظهر الشحنات الكهربائية على وجوهها. يتم تحويل طاقة الاهتزازات الصوتية إلى طاقة الاهتزازات الكهربائية ، والتي يتم التقاطها بواسطة جهاز الاستقبال.

يمكننا القول أن محولات الطاقة فوق الصوتية ولدت في الماء. في عام 1826 قام كولادون وستورم بقياس سرعة انتشار الصوت في الماء لأول مرة على بحيرة جنيف باستخدام جرس الكنيسة. حتى قبل هذه التجربة ، لاحظ ليوناردو دافنشي أن الماء يعمل بشكل جيد. ومع ذلك ، يمكن اعتبار أن تجربة عام 1826 هي الحالة الأولى لاستخدام جهاز طنين لإصدار الصوت في الماء. بعد ذلك ، تم استخدام أجراس تحت الماء ، مثارة بواسطة المطارق الكهرومغناطيسية أو الهوائية ، لقياس الأعماق بالطريقة الصوتية ولأغراض ملاحية أخرى. في شكله ، اختلف جرس الإشارة تحت الماء عن جرس الكنيسة. تم جعل الحافة سميكة جدًا لتحسين خصائص الرنين للجرس عند التشغيل في الماء ، حيث تكون المعاوقة الصوتية أكثر من 3000 مرة من المعاوقة الصوتية للهواء. في ذلك الوقت ، تم استخدام كبسولات ميكروفون الكربون الموضوعة في علبة معدنية كمواد مائية. للحصول على طاقة صوتية متزايدة ، تم استخدام صفارات الإنذار المائي لبعض الوقت ، والتي يتم تدوير الجزء المتحرك منها في خزان مياه متصل بالسطح الداخلي لهيكل السفينة. ولكن في عام 1907 ، ظهر مولد Fessenden (الشكل 2.1) ، والذي تم استخدامه للإشارات تحت الماء.

أرز. واحد.

تم إنشاء المولد على أساس محرك تحريضي (غير متزامن) باستخدام التأثير الكهروديناميكي. تم إثارة اهتزازات الحجاب الحاجز المعدني السميك بواسطة أنبوب نحاسي سميك بطول معين ، والذي يمكن أن يتحرك بحرية في الاتجاه المحوري في مجال مغناطيسي شعاعي قوي وثابت. تم جرح الملف الأولي ، الذي يتدفق من خلاله التيار المتردد ، على القلب الموجود بالداخل بطريقة تجعل الأنبوب النحاسي هو المنعطف الوحيد قصير الدائرة للملف الثانوي. ينتج عن التيار الثانوي المستحث في الأنبوب النحاسي ، والذي يتفاعل مع المجال الثابت ، قوة ميكانيكية متغيرة. كان النظام الميكانيكي للمولد ضخمًا للغاية من أجل التغلب على المعاوقة الصوتية العالية للوسط. تم توفير تيار متناوب من مولد عالي التردد ، وتم اختيار التردد ليكون مساويًا لتردد الرنين للحجاب الحاجز الملامس للماء ، نظرًا لأن كفاءة التحويل الكهروضوئي تنخفض بشكل ملحوظ عند إثارة الرنين الميكانيكي الخارجي. تم إنتاج مولدات Fessenden بترددات طنين تبلغ 540 و 1050 و 3000 هرتز من قبل الصناعة واستخدمت لفترة طويلة في الممارسة العملية للإشارات تحت الماء وقياس العمق الصوتي. حتى تلك الأوقات البعيدة ، لم يتم استخدام الموجات فوق الصوتية على الإطلاق.

أرز. 2.

ولكن مع وجود أبعاد معقولة للباعث ، ينتشر صوت الترددات المسموعة في الماء بشكل غير اتجاهي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون الصوت المسموع مزعجًا جدًا لركاب وطاقم السفينة. من وجهة النظر هذه ، وكذلك في ضوء بعض التطبيقات العسكرية ، أصبحت الحاجة إلى استخدام الموجات فوق الصوتية واضحة. في عام 1920 ، ظهر محول طاقة فوق صوتي مناسب ، مصمم للإشارة من الغواصات ويسمى محول لانجفين (الشكل 2.2).

هذا الباعث عبارة عن فسيفساء مكونة من قطع من الكوارتز المقطوع بشكل X ومحاطة بين لوحين معدنيين سميكين. إذا تم تطبيق جهد كهربائي متناوب على الألواح ، فعندئذ تنشأ قوة دافعة كهرضغطية في بلورات الكوارتز ، وتبدأ مع الألواح المتصلة بها بشكل صارم في التأرجح كنظام ميكانيكي واحد. يتم اختيار تردد الجهد الكهربائي المثير بالتساوي مع تردد وضع الاهتزاز الطولي الرئيسي لهذا الهيكل المكون من ثلاث طبقات. يقوم سطح الصفيحة المعدنية المواجهة للماء بتذبذبات المكبس ، وتكفي اتجاهية الباعث لقطر صفيحة يبلغ قطرها حوالي 30-40 سم. وعادة ما يتلامس السطح المقابل للوحة الأخرى مع الهواء ، بحيث يحدث ذلك لا تنبعث منها إشعاع صوتي.

في عام 1933 ، تم اختراع هزازات التقبض المغناطيسي المصنوعة من صفائح رقيقة من المعدن. يتكون القلب المتذبذب لمثل هذا الهزاز على شكل مجموعة من مئات الألواح الرقيقة الملصقة معًا ، ومختومة من صفائح النيكل. يتم وضع اللفات الكهربائية في النوافذ التي يتم توفيرها أثناء الختم. يتم إنشاء القوة الدافعة للتضيق المغناطيسي بواسطة تيار متناوب ، يتم اختيار تردده عادةً مساويًا لتردد الرنين الميكانيكي للنواة. يتم تحديد سماكة الصفيحة الفردية وفقًا لتردد التشغيل ، مع مراعاة النفاذية المغناطيسية والمقاومة الكهربائية للمادة بحيث لا تتجاوز خسائر تيار الدوامة قيمة معينة ، لأنها العامل الرئيسي الذي يحدد الكفاءة الكهروضوئية لـ محول الطاقة. يمكن تحسين محولات التضيق المغناطيسي من هذا النوع من خلال تطوير سبائك جديدة ذات تأثير تقبض مغناطيسي متزايد ، وبالتالي إمكانية تحويل المزيد من الطاقة. في المقابل ، فإن مشعات لانجفين ، التي يعتمد مصدر الإثارة على طبيعة بلورات الكوارتز ، كان لديها مجال أقل للتحسين. كانت قوتهم الصوتية محدودة بسبب جهد انهيار الكريستال. بالإضافة إلى ذلك ، يرتبط الالتصاق القوي والموحد لفسيفساء من البلورات بسطح كبير من صفيحة معدنية تخضع لضغوط متناوبة قوية بصعوبات فنية. على النقيض من ذلك ، في الهزازات المغناطيسية ، تكون الأسطح المراد ربطها موازية تمامًا لاتجاه التذبذب ، وبما أن هذه ضغوط ميكانيكية متناوبة ، فلا داعي لاتخاذ الاحتياطات لضمان قوة الرابطة. ساهمت مزايا الهزازات التقبضية المغناطيسية في الاستبدال السريع لمحولات لانجفين. تم إجراء المزيد من الدراسات على سبائك مختلفة ، وفي عام 1942 تم الحصول على سبيكة من الألومنيوم والحديد تسمى Alfer ، والتي أدى استخدامها إلى تقليل تكلفة محولات التقبُّض المغناطيسي. سرعان ما وجدت الهزازات المصنوعة من هذه السبيكة تطبيقًا واسعًا ليس فقط في مسبار الصدى بالموجات فوق الصوتية ، ولكن أيضًا في أجهزة اكتشاف الأسماك بأنواعها المختلفة. ومع ذلك ، سرعان ما تم اكتشاف تأثير كهرضغطية كبير في كهروضوئي صناعي يسمى سيراميك تيتانات الباريوم ، وقد أدى تطوير الأساليب التكنولوجية إلى جعل منتجات السيراميك قوية ميكانيكيًا بما يكفي لاستخدامها في وضع الاهتزاز فوق الصوتي. حدث هذا على مدار فترة زمنية من عام 1947 إلى عام 1950. تنشأ القوة الدافعة في مادة كهذه عندما تتعرض لمجال كهربائي متناوب ، كما هو الحال في بلورة الكوارتز ، ولكن في هذه الحالة ، هناك حاجة أيضًا إلى استقطاب كهربائي ثابت - إزاحة كهربائية. يعتبر معامل الاقتران الكهروميكانيكي لسيراميك تيتانات الباريوم أعلى بكثير من معامل الكوارتز ، وبفضل هذا ، تم تذكر باعث لانجفين مرة أخرى. فيما يتعلق بتطوير راتنجات اصطناعية متينة مثل araldite ، فقد دخلت حيز التنفيذ مرة أخرى محولات طاقة بالموجات فوق الصوتية من نوع Langevin مع ألواح سيراميك تيتانات الباريوم بدلاً من فسيفساء الكوارتز. سمح لنا المعامل العالي للاقتران الكهروميكانيكي للمادة وفقد العازل المنخفض فيه أن نأمل في أن يؤدي استخدام مثل هذه المحولات إلى تحسين الكفاءة العامة لمختلف أجهزة الموجات فوق الصوتية.

أرز. 3.

على الرغم من حقيقة أن الصعوبات المذكورة أعلاه المتأصلة في تقنية التجميع لم يتم التغلب عليها بالنسبة لمحول Langevin المصنوع من تيتانات الباريوم ، فقد وجد تطبيقًا عمليًا واسعًا في العديد من معدات الموجات فوق الصوتية منخفضة الطاقة ، ولا سيما في مكتشفات الأسماك المدمجة ، حيث كان يعمل كمنافس جاد لمحولات التقبض المغناطيسي المصنوعة من الفير أو النيكل.

خلال الفترة من 1954 إلى 1957 ، تم الحصول على مواد تقبض مغناطيسي مفيدة جديدة - الفريت ؛ نتيجة للتطور الصناعي لتقنيتهم ​​، تم تحقيق القوة الميكانيكية للفريت ، وهو ما يكفي لإشعاع الموجات فوق الصوتية عالي الطاقة. نظرًا لحقيقة أن الفريت تتمتع بمقاومة كهربائية عالية جدًا ، فلا يتم الشعور بفقد التيار الدوامة بالنسبة لهم في أي حجم متآلف من المواد ، ويمكن صنع الهزاز على الفور في الشكل النهائي من مسحوق الفريت عن طريق الضغط وإطلاق النار اللاحق. من الواضح أن الكفاءة الكهروصوتية للفريت أعلى من كفاءة الهزازات المعدنية التقبضية المغناطيسية المجمعة من ألواح رقيقة ، وعادة ما تتجاوز الأخيرة بحوالي 3 مرات ، لتصل إلى 80-90٪. المزايا المميزة لمحول التقبُّض المغناطيسي على محول كهرضغطية متأصلة في أي محول طاقة من الفريت. لذلك ، في العديد من مجالات التطبيقات الصناعية للموجات فوق الصوتية ، تُستخدم محولات الطاقة الفريتية حاليًا في الغالب.