Ultrasonik element yayıcı Langevin. Kendi ellerinizle manyetostriktif yayıcı nasıl yapılır: açıklama, diyagram ve öneriler

Ultrason üretmek için manyetostriktif tipte özel yayıcılar kullanılır. Cihazların ana parametreleri direnç ve iletkenliği içerir. İzin verilen frekans değeri de dikkate alınır. Cihaz tasarımı değişiklik gösterebilir. Modellerin aktif olarak yankı sirenlerinde kullanıldığını da belirtelim. Yayıcıları anlamak için şemalarını dikkate almak önemlidir.

Cihaz şeması

Standart bir manyetostriktif ultrason transdüseri, bir stand ve bir dizi terminalden oluşur. Mıknatıs doğrudan kondansatöre bağlıdır. Cihazın üst kısmında sargı bulunmaktadır. Yayıcıların tabanına genellikle bir sıkıştırma halkası takılır. Mıknatıs sadece neodim tipi için uygundur. Modellerin üst kısmında bir çubuk bulunur. Düzeltmek için bir yüzük kullanılır.

Halka modifikasyonu

Halka cihazlar 4 mikron iletkenlikte çalışır. Birçok model kısa stantlarla yapılır. Alan kapasitörlerinde modifikasyonlar olduğunu da belirtmek gerekir. Manyetostriktif yayıcıyı kendi ellerinizle monte etmek için bir solenoid sargı kullanılır. Bu durumda, terminalleri düşük bir eşik voltajına ayarlamak önemlidir. Küçük çaplı bir ferrit çubuk seçmek daha uygundur. Sıkıştırma halkası en son takılır.

bahçe cihazı

Kendi ellerinizle manyetostriktif bir yayıcı yapmak oldukça basittir. Her şeyden önce, çubuk için bir raf hazırlanır. Ardından, standı kesmek önemlidir. Bunun için metal bir disk kullanabilirsiniz. Uzmanlar, standın çapının 3,5 cm'den fazla olmaması gerektiğini söylüyor.Cihazın terminalleri 20 V için seçilmiştir.Modelin üst kısmına bir halka sabitlenmiştir. Gerekirse bandı sarabilirsiniz. Bu tip yayıcılar için direnç indeksi 30 ohm civarındadır. En az 5 mikron iletkenlik ile çalışırlar. Bu durumda sarma gerekli değildir.

Çift sarma modeli

Çift sargılı cihazlar farklı çaplarda üretilmektedir. Modellerin iletkenliği 4 mikron civarındadır. Çoğu cihaz yüksek dalga empedansına sahiptir. Kendi ellerinizle manyetostriktif bir yayıcı yapmak için sadece çelik bir stand kullanılır. Bu durumda bir yalıtkan gerekli değildir. Ferrit çekirdeğin astar üzerine monte edilmesine izin verilir. Uzmanlar önceden bir o-ring hazırlamanızı tavsiye ediyor. Yayıcıyı monte etmek için alan tipi bir kapasitörün gerekli olduğu da belirtilmelidir. Modelin giriş direnci 20 ohm'dan fazla olmamalıdır. Sargılar çubuğun yanına monte edilir.

Reflektör bazlı yayıcılar

Bu tip radyatörler, yüksek iletkenlik ile ayırt edilir. Modeller 35 V voltajda çalışır. Birçok cihaz alan kapasitörleri ile donatılmıştır. Kendi ellerinizle manyetostriktif bir yayıcı yapmak oldukça problemlidir. Her şeyden önce, küçük çaplı bir çubuk seçmeniz gerekir. Bu durumda terminaller 4 mikron iletkenlikte hazırlanır.

Cihazdaki dalga empedansı 45 ohm olmalıdır. Plaka bir stand üzerine monte edilmiştir. Bu durumda sargı, terminallerle temas etmemelidir. Cihazın alt kısmında yuvarlak bir sehpa bulunmalıdır. Halkayı sabitlemek için genellikle sıradan elektrik bandı kullanılır. Kondansatör manganit üzerine lehimlenmiştir. Yüzüklerin bazen kaplamalarla birlikte kullanıldığına da dikkat edilmelidir.

Yankı sirenleri için cihazlar

Yankı sirenleri için genellikle manyetostriktif bir ultrasonik dönüştürücü kullanılır. Kendi elinizle bir model nasıl yapılır? Ev yapımı modifikasyonlar 5 mikron iletkenlik ile yapılır. ortalama 55 ohm'dur. Güçlü bir ultrasonik çubuk yapmak için 1,5 cm kullanılır Solenoid sargısı küçük artışlarla sarılır.

Uzmanlar, yayıcılar için rafları paslanmaz çelikten seçmenin daha uygun olduğunu söylüyor. Bu durumda, terminaller düşük iletkenlik ile kullanılır. Kondansatörler uygun farklı tip. yayıcılar için yaklaşık 14 watt'tır. Çubuğu sabitlemek için lastik halkalar kullanılır. Elektrik bandı cihazın tabanına sarılır. Mıknatısın en son takılması gerektiğini de belirtmekte fayda var.

Balık bulucular için modifikasyonlar

Balık bulucu cihazları yalnızca tel kapasitörlerle monte edilir. İlk önce rafı kurmanız gerekir. Çapı 4,5 cm veya daha fazla olan halkaların kullanılması daha uygundur Solenoid sargısı çubuğa sıkıca oturmalıdır. Çoğu zaman, kapasitörler yayıcıların tabanında lehimlenir. İki terminalde bazı değişiklikler yapılmıştır. Ferrit çubuk yalıtkan üzerine sabitlenmelidir. Halkayı güçlendirmek için elektrik bandı kullanılır.

Düşük empedanslı modeller

Cihazlar düşük dalga direnci 12 V'ta çalışır. Çoğu modelde iki kapasitör bulunur. Kendi ellerinizle ultrason üreten bir cihazı monte etmek için 10 cm'lik bir çubuğa ihtiyacınız olacak Bu durumda, yayıcıya kablolu tipte kapasitörler takılır. Sargı en son sarılır. Modifikasyonu monte etmek için bir terminalin gerekli olduğu da belirtilmelidir. Bazı durumlarda 4 mikron alan kapasitörleri kullanılır. Frekans ayarı oldukça yüksek olacaktır. Mıknatısı terminalin üzerine monte etmek daha uygundur.

Yüksek empedanslı cihazlar

Yüksek dirençli ultrason dönüştürücüler, kısa dalga alıcıları için çok uygundur. Cihazı yalnızca geçiş kapasitörleri bazında kendiniz monte edebilirsiniz. Bu durumda, terminaller yüksek iletkenlik için seçilir. Oldukça sık, mıknatıs bir stand üzerine monte edilir.

Emitör standı alçak yükseklikte kullanılır. Cihazı monte etmek için bir çubuğun kullanıldığına da dikkat edilmelidir. Tabanını yalıtmak için sıradan elektrik bandı uygundur. Vericinin üst kısmında bir halka bulunmalıdır.

Çubuk cihazları

Çubuk tipi devre, sargılı bir iletken içerir. Kondansatörlerin farklı kapasiteleri kullanmasına izin verilir. Bununla birlikte, iletkenlik bakımından farklılık gösterebilirler. düşünürsek basit model, ardından sehpa yuvarlak şekilde hazırlanır ve uçlar 10 V'a ayarlanır. En son solenoid sargısı sarılır. Mıknatısın neodim tipi seçildiğine de dikkat edilmelidir.

Çubuğun kendisi 2,2 cm'de uygulanır Terminaller bir astar üzerine monte edilebilir. 12 V için modifikasyonların olduğunu da belirtmek gerekir.Yüksek kapasiteli alan kapasitörlü cihazları düşünürsek, çubuğun minimum çapı 2,5 cm'dir, bu durumda sargının yalıtıma kadar sarılması gerekir. Vericinin üstüne koruyucu bir halka yerleştirilmiştir. Standların astarsız yapılmasına izin verilir.

Tek bağlantılı kapasitörlü modeller

Bu tip yayıcılar 5 mikron seviyesinde iletkenlik verir. Aynı zamanda, dalga direnci göstergeleri maksimum 45 ohm'a ulaşır. Vericiyi bağımsız olarak üretmek için küçük bir raf hazırlanmaktadır. Standın tepesinde lastik bir tampon bulunmalıdır. Mıknatısın neodimyum tipinde hazırlandığı da unutulmamalıdır.

Uzmanlar, yapıştırıcı üzerine kurulmasını tavsiye ediyor. Cihazın terminalleri 20 watt için seçilmiştir. Kondansatör doğrudan astarın üzerine monte edilir. 3,3 cm çapında çubuk kullanılır, sarımın alt kısmında halka bulunmalıdır. İki kapasitörlü modelleri düşünürsek, çubuğun 3,5 cm çapında kullanılmasına izin verilir, sargı yayıcının tabanına kadar sarılmalıdır. Bant, drenajın dibine yapıştırılmıştır. Mıknatıs, rafın ortasına yerleştirilmiştir. Terminaller yanlarda olmalıdır.

Buluş, ultrasonik teknolojiyle, yani ultrasonik salınımlı sistemlerin tasarımıyla ilgilidir ve ultrasonik tıbbi ekipmanın geliştirilmesinde kullanılabilir. Buluşun teknik sonucu, salınımların genliğinde bir artış, çalışma güvenilirliğinde bir artış, bir azalmadır. Genel boyutları ve kitleler. Ultrasonik salınım sistemi, bir döner gövde şeklinde yapılır ve bir sıkıştırma elemanı ile akustik olarak birbirine bağlanan, yansıtan ve yoğunlaştıran, sıralı olarak düzenlenmiş iki metal plaka ve plakalar arasına yerleştirilmiş iki piezoelektrik elemandan oluşur. Piezoelektrik elemanlar disk şeklindedir, yansıtıcı yastık, merkezi bir delik ile dişli bir durdurucu ve seri olarak düzenlenmiş bir disk yastığından oluşur. Konsantre pedi üç bölümden oluşur: birincisi flanşlı silindirik, ikincisi üstel ve üçüncüsü dalga kılavuzu aletini sabitlemek için dişli bir kör deliği olan çıkış silindiridir ve kenetleme elemanı şu şekilde yapılmıştır: içten dişli ve iki delikli bardak: tabanın ortasında yuvarlak ve camın yan tarafında dikdörtgen şeklinde. Konsantre pedinin birinci silindirik kısmı flanşa kadar vidalanmıştır ve bu kısma ayrıca bir rakor somunu yerleştirilmiştir. 2 hasta

2465071 sayılı RF patentine ilişkin çizimler

Buluş, ultrasonik teknoloji alanı ile ilgilidir ve ses altı, sonik veya süpersonik frekansların mekanik titreşimlerini almak ve iletmek için kullanılır ve herhangi bir şekilde kullanılabilir. teknolojik süreçler ultrason kullanımı ile gidiyor.

Langevin tipi [E. Kikuchi. ultrasonik dönüştürücüler. M.: "Mir" yayınevi, 1972, s.472; Alman patenti No. 2711306 MKI V06V 3/00]. Bu tip dönüştürücü, kesilmiş kuvars parçalarından oluşan ve iki metal plaka arasına kapatılmış bir mozaiktir. Bu tip piezoseramik dönüştürücülerin dezavantajları şunlardır: düşük teknolojili tasarım, montaj karmaşıklığı ve düşük güç.

"Sandviç" tipi [S.S.Volkov, B.Ya.Chernyak. Plastiklerin ultrasonik kaynağı. M.: Kimya, 1986, s.126.; Novikov A.A., Negrov D.A., Shuster Ya.B. Uzunlamasına tipteki piezoseramik dönüştürücülerin kenetleme kuvvetinin belirlenmesi konusunda. III. Uluslararası Bilimsel ve Teknolojik Kongre "Askeri teçhizat, silahlar ve çift kullanımlı teknolojiler" malzemeleri. - Omsk. - 2005. - Bölüm 1. - S.177-178; Faydalı model sertifikası RU No. 18655. Ultrasonik seramik yayıcı. / Novikov A.A., Shuster Ya.B., Negrov D.A. Yayınlanan BI No. 19, 2001], bunlardan biri prototip olarak seçildi [ EN 2141386"Ultrasonik salınım sistemi" Barsukov R.V. vb.], teknik öz olarak önerilene en yakın olanı. Seri olarak yerleştirilmiş ve akustik olarak birbirine bağlı iki metal plaka ve iki piezoelektrik elemandan oluşan, plakalar arasında yer alan ve salınım sisteminin dönme gövdesinin generatriksi yapılmış, bir devir gövdesi şeklinde salınımlı bir sistemdir. sürekli parçalı düz bir eğri şeklinde ve devrimin gövdesi üç bölümden oluşur: birinci silindirik bölüm, bölümün çapında üstel veya pürüzsüz radyal bir değişiklik olan ikinci bölüm ve üçüncü - silindirik, halka şeklinde iken piezoelektrik elemanlar, bir sıkma elemanı (örneğin, bir cıvata veya bir saç tokası) ile bağlanan üstel ve birinci silindirik kısım arasına yerleştirilmiştir.

"Sandviç" tipi radyatörler, yukarıda açıklanan Langevin tipi radyatörlerin dezavantajlarından muaftır. Üretimi ve montajı kolaydır, ancak kullanılan piezo halkaların küçük çapları ile piezo halkadaki iç deliğin çapı, salınım sisteminin enerji parametrelerini sınırlayan bir değer haline gelir, çünkü bir yandan azaltır. piezoelektrik elemanın aktif yüzeyi ve diğer yandan, gerdirme elemanının mukavemet özelliklerinin salınım sisteminin güvenilir çalışmasını sağlamadığı rot kolu veya cıvatanın çapında böyle bir küçültme ihtiyacına yol açar. bir bütün olarak.

Buluşun teknik sonucu, işletimin güvenilirliğini arttırırken ve ultrasonik salınım sisteminin genel boyutlarını ve ağırlığını önemli ölçüde azaltırken salınımların genliğini arttırmaktır.

Teknik sonuç, bilinen bir cihazda, dönen bir cisim biçimindeki bir ultrasonik salınım sistemi olan, birbirini takip eden, yansıtan ve yoğunlaştıran iki metal plaka ve plakalar arasına yerleştirilmiş iki piezoelektrik elemandan oluşan, Bir sıkıştırma elemanı ile akustik olarak birbirine bağlanmış, talep edilen buluşa göre, piezoelektrik elemanlar disk şeklindedir, yansıtma pedi, merkezi bir deliğe sahip dişli bir durdurucu ve seri halinde bir disk pedinden oluşur, yoğunlaştırma pedi üç bölüm içerir: birincisi flanşlı silindirik, ikincisi üstel ve üçüncüsü, dalga kılavuzu aletini sabitlemek için dişli kör deliği olan silindirik bir çıkış ve sıkma elemanı, içten dişli bir kap şeklinde yapılmış ve iki delikler: tabanın ortasında yuvarlak ve bardağın yan yüzeyinde dikdörtgen şeklinde, yoğunlaştırma pedinin ilk silindirik bölümü flanşa kadar dişlidir ve bu bölüme ek olarak bir rakor somunu yerleştirilmiştir.

Önerilen cihazın montaj çizimi Şekil 1'de gösterilmektedir ve aşağıdaki öğeleri içermektedir: konumu yastık flanşı tarafından sabitlenecek şekilde kabın 2 yuvarlak deliğine sokulan bir yoğunlaştırma pedi 1; temas yaprakları 4 ile kap 2'nin dikdörtgen bir deliğinden 5 çıkıntı yapan piezoelementler 3, kap 2'de bir disk pedi 6 ve kesik halka 7 ve dişli bir durdurucu 8 şeklinde bir floroplastik bant 8 ile sabitlenmiştir. yoğunlaştırma pedinin silindirik flanş bölümü 1.

Önerilen cihaz aşağıdaki gibi çalışır.

Kabın (2) yan yüzeyinin dikdörtgen bir deliğinden (5) çıkıntı yapan temas yapraklarının (4) terminallerine yüksek frekanslı bir voltaj uygulandığında, piezoseramik diskler (3) elektrik sinyalini bir akustik sinyale dönüştürür.

Akustik salınım sisteminin çalışması sırasında [Novikov A.A., Shuster Ya.B., Negrov YA. Yarım dalga uzunluğunda bir ultrasonik piezoseramik dönüştürücü tasarlamanın özellikleri. Omsk Bilimsel Bülteni. - 2009. Seri: Cihazlar, makineler ve teknolojiler. - 3 numara (83). - S.194-198.], uzunlamasına akustik salınımların amplitüdlerinin belirli bir uzunluk boyunca dağılımı hoparlör sistemiŞekil 2'de gösterildiği gibi görünecektir. Bu durumda, yoğunlaştırma pedinin (1) silindirik flanş bölümünün bölgesine "sıfır" titreşim düşecektir, bu nedenle, rakor somununun (9) bu bölümdeki konumu, tüm salınım sisteminin sağlam bir şekilde sabitlenmesi için kullanılmasına izin verecektir. sabitleme elemanlarının akustik sistemin özellikleri üzerinde minimum etkisi ile radyatör mahfazasında. Öte yandan, kap 2'nin bir sıkıştırma elemanı olarak kullanılması, bir ultrasonik akustik sistemin tasarımını dahili bir kuplörlü bir sistemden (şu anda hem ülkemizde hem de yurtdışında en yaygın olan) bir sistem tasarımına aktarmaktadır. harici bir kuplör. Bu, ilk olarak, halkaların değil, akustik sistemin aynı çaplarında çıkış akustik gücünü artırmayı mümkün kılan ve daha da önemlisi, çapı ne kadar küçük olursa, piezoaktif elemanlar olarak disklerin kullanılmasını mümkün kılar. kullanılan piezoelektrik elemanlar ve ikinci olarak, dahili kenetleme elemanının gerekli sağlamlığını ve güvenilirliğini sağlayarak sorunu ortadan kaldırır.

Kabın (2) yan yüzeyindeki dikdörtgen delik (5), temas yapraklarını (4) dışarı çıkarmak için kullanılır ve dişli durdurucudaki (7) delik, sadece piezodiskleri döndürmeden sıkma imkanı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda bazı düzeltme frekans özellikleri salınım sistemi.

Böylece, önerilen ultrasonik akustik sistem şunları sağlar:

Küçük çaplı piezoelektrik elemanlar (diskler) kullanarak etkili küçük boyutlu ultrasonik yayıcılar elde edin;

Ultrasonik yayıcının gövdesindeki akustik sistemin sabitleme elemanlarının minimum etkisini elde edin;

Modern ultrasonik tıbbi ekipman için son derece gerekli olan genel boyutlarda ve ağırlıkta önemli bir azalma ile aynı anda işletim güvenilirliğini arttırırken sistemin salınım genliğini arttırmak.

İDDİA

Yansıtıcı ve konsantre iki sıralı olarak yerleştirilmiş metal plakadan ve plakalar arasında yer alan ve bir bağlantı elemanı ile akustik olarak birbirine bağlanmış iki piezoelektrik elemandan oluşan, döner gövde şeklinde bir ultrasonik salınım sistemi olup, özelliği piezoelektrik elemanların diskten yapılmıştır, yansıtıcı plaka, merkezi bir delik ve bir disk astarı olan bir dizi dişli durdurucudan oluşur, konsantre astar üç bölümden oluşur: birincisi flanşlı silindirik, ikincisi üstel ve üçüncüsü çıkış silindirik dalga kılavuzu aletini sabitlemek için dişli bir kör delik ile ve sıkıştırma elemanı, iç dişli ve iki delikli bir kap şeklinde yapılır: tabanın ortasında yuvarlak ve kabın yan yüzeyinde dikdörtgen ve yoğunlaştırma pedinin birinci silindirik kısmı flanşa vidalanmıştır ve bu kısma ayrıca bir rakor somunu yerleştirilmiştir.

Ultrasonik dalgaların bir engelden yansıtılıp yankı şeklinde geri dönme özelliği, ulaşılması zor nesnelere olan mesafeyi belirlemek için kullanılır.

20. yüzyılın başında bilinen ultrasonik dalgaların mekanik kaynakları - diyapazonlar ve salınan çelik çubuklar, büyük bir güce sahipti, ancak bunları bir ışık ışını gibi dar bir yönlendirilmiş ışında gönderemediler. Onlar tarafından yayılan ultrason farklılaştı farklı taraflar. Bu nedenle, incelenen nesnenin bulunduğu yönü belirlemek imkansızdı.

Ancak Fransız bilim adamı Paul Langevin bir çıkış yolu buldu. 1916'da Birinci Dünya Savaşı sırasında, ultrason kullanarak denizaltıları tespit etmenin bir yolunu arıyordu. Ve bir ultrasonik dalga kaynağı olarak, daha önce kullanılmayan bir piezoelektrik olgusu kullandı.

Piezoelektrikliğin keşfi

resme tıklayın

piezoelektrik etki 1880 yılında Fransız bilim adamları kardeşler tarafından keşfedilmiştir. Pierre ve Paul Curie kristallerin özelliklerinin incelenmesi sırasında. Bir kuvars kristalini iki taraftan sıkıştırarak, sıkıştırma yönüne dik olan yüzlerde elektrik yüklerinin görünümünü keşfettiler. Bir yüzdeki suçlamalar olumlu, diğer yüzde olumsuzdu. Aynı tabloyu kristaller gerildiğinde de gözlemlediler. Sıkıştırma sırasında pozitif yüklerin ortaya çıktığı yüzde, gerilim sırasında negatif yükler belirdi ve bunun tersi de geçerlidir.

Pierre Curie

Kuvarsa ek olarak, turmalin kristalleri, Rochelle tuzu, lityum sülfat ve simetri merkezi olmayan diğer kristallerin de benzer özelliklere sahip olduğu ortaya çıktı. Bu fenomen denir piezoelektriklik, Yunanca "piezo" kelimesinden - basıyorum ve bu tür özelliklere sahip kristaller - piezoelektrikler.

Daha ileri araştırmalarda Curie kardeşler, var olduğunu ve ters piezoelektrik etki. eğer oluştur elektrik ücretleri kristalin yüzlerinde farklı kutuplar varsa, o zaman büzülecek veya esneyecektir.

Paul Langevin'in araştırmasında kullandığı bu keşifti.

Piezoelektrik Langevin dönüştürücü

Paul Langevin

Bir kuvars levha mekanik baskıya maruz kalırsa, elektriklenir. Ve tam tersi, içinde bulunduğu elektrik alanını belirli bir frekansla değiştirirseniz, aynı frekansta salınım yapmaya başlayacaktır.

Ancak, kristali şarj etmek için yüksek frekanslı bir alternatif akım kaynağından elektrik kullanırsanız ne olur? Böyle bir deney yapan Langevin, kristal salınımlarının frekansının voltaj değişimlerinin frekansıyla aynı olduğundan emin oldu. 20.000 Hz'in altındaysa kristal ses kaynağı olur, daha yüksekse ultrasonik dalgalar yayar.

Ancak bir kristal plaka tarafından yayılan ultrasonun gücü çok küçüktür. Bu nedenle, bilim adamı kuvars plakalardan bir mozaik katman oluşturdu ve bunu elektrot görevi gören iki çelik plaka arasına yerleştirdi. Salınım genliğini artırmak için rezonans fenomeni kullanıldı. Piezokristale uygulanan alternatif voltajın frekansı doğal frekansıyla çakışırsa, salınımlarının genliği keskin bir şekilde artar.

Bu tasarıma "Langevin sandviçi" adı verildi. Ve çok başarılıydı. Radyasyon gücü yeterince yüksekti ve dalga ışınının dar bir şekilde yönlendirildiği ortaya çıktı.

Daha sonra, kuvars plakalar yerine, piezoelektrik etkisi kuvarsınkinden birçok kez daha yüksek olan bir piezoelektrik eleman olarak baryum titanat seramikler kullanılmaya başlandı.

Bir piezoelektrik plaka aynı zamanda bir ses alıcısı olabilir. Eğer ses dalgası yolda onunla karşılaşırsa, plaka ses kaynağının frekansı ile salınım yapmaya başlar. Yüzlerinde elektrik yükleri belirecek. Ses titreşimlerinin enerjisi, alıcı tarafından yakalanan elektriksel titreşimlerin enerjisine dönüştürülür.

Ultrasonik dönüştürücülerin suda doğduğunu söyleyebiliriz. 1826'da Colladone ve Sturm, sesin suda yayılma hızını ilk kez Cenevre Gölü'nde bir kilise çanı kullanarak ölçtüler. Bu deneyden önce bile Leonardo da Vinci, suyun sesi iyi ilettiğine dikkat çekmişti. Bununla birlikte, 1826 deneyinin, suya ses yaymak için bir rezonans cihazının kullanıldığı ilk durum olduğu kesinlikle kabul edilebilir. Daha sonra, elektromanyetik veya pnömatik çekiçlerle uyarılan su altı çanları, akustik yöntemle derinlikleri ölçmek ve diğer seyir amaçları için kullanıldı. Formunda, su altı sinyal zili kiliseden farklıydı. Akustik empedansı havanın akustik empedansının 3000 katından fazla olan suda çalışırken çanın rezonans özelliklerini geliştirmek için kenar çok kalın yapılmıştır. O zamanlar hidrofon olarak karbon mikrofon kapsülleri kullanılıyordu. metal gövde. Artırılmış akustik güç elde etmek için, bir süre hareketli kısmı gemi gövdesinin iç yüzeyine bağlı bir su tankında dönen su sirenleri kullanıldı. Ancak 1907'de, su altı sinyalizasyonu için kullanılan Fessenden jeneratörü ortaya çıktı (Şekil 2.1).

Pirinç. 1.

Jeneratör, elektrodinamik etki kullanılarak bir endüksiyon (asenkron) motor temelinde oluşturuldu. Kalın bir metal diyaframın salınımları, güçlü bir sabit radyal manyetik alanda eksenel yönde serbestçe hareket edebilen, belirli bir uzunluktaki kalın bir bakır boru tarafından uyarıldı. İçinden alternatif akımın aktığı birincil sargı, bakır boru ikincil sargının tek kısa devre dönüşü olacak şekilde içeride bulunan çekirdeğe sarılmıştır. indüklenen bakır boru sabit alanla etkileşime giren ikincil akım, değişken bir mekanik kuvvet yarattı. Ortamın yüksek akustik empedansının üstesinden gelmek için jeneratörün mekanik sistemi çok büyüktü. Yüksek frekanslı bir jeneratörden alternatif bir akım sağlandı ve mekanik rezonans dışında uyarıldığında elektroakustik dönüşümün verimliliği belirgin şekilde azaldığından, frekans su ile temas halindeki diyaframın rezonans frekansına eşit olacak şekilde seçildi. 540, 1050 ve 3000 Hz rezonans frekanslarına sahip Fessenden jeneratörleri endüstri tarafından üretilmiş ve oldukça uzun bir süre pratikte su altı sinyalizasyon ve akustik derinlik ölçümü için kullanılmıştır. O uzak zamanlara kadar ultrasonik dalgalar hiç kullanılmıyordu.

Pirinç. 2.

Ancak yayıcının makul boyutlarıyla, işitilebilir frekansların sesi suda yönsüz olarak yayılır. Ayrıca duyulan ses, geminin yolcuları ve mürettebatı için çok rahatsız edici olabilir. Bu bakış açılarından ve ayrıca bazı askeri uygulamalar açısından, ultrasonik dalgaların kullanımına olan ihtiyaç ortaya çıktı. 1920 yılında uygun bir ultrasonik yayıcı, denizaltılardan sinyal vermek için tasarlanmış ve Langevin emitörü olarak adlandırılmıştır (Şekil 2.2).

Bu yayıcı, X-cut kuvars parçalarından oluşan ve iki kalın metal plaka arasına kapatılmış bir mozaiktir. Plakalara alternatif bir elektrik voltajı uygulanırsa, kuvars kristallerinde piezoelektrik bir itici güç ortaya çıkar ve bunlar, onlara rijit bir şekilde bağlı olan plakalarla birlikte tek bir mekanik sistem olarak salınım yapmaya başlar. Uyarıcı elektrik voltajının frekansı, bu üç katmanlı yapının ana uzunlamasına titreşim modunun frekansına eşit olarak seçilir. Metal plakanın suya bakan yüzeyi piston salınımları yapar ve emitörün yönlülüğü yaklaşık 30-40 cm'lik bir plaka çapı için yeterlidir.Diğer plakanın karşı yüzeyi genellikle hava ile temas eder, böylece akustik radyasyon yaymaz.

1933'te ince metal levhalardan yapılmış manyetostriktif vibratörler icat edildi. Böyle bir vibratörün salınımlı çekirdeği, nikel levhadan damgalanmış, birbirine yapıştırılmış yüzlerce ince plakadan oluşan bir set şeklinde yapılır. Elektrik sargıları damgalama sırasında sağlanan pencerelere yerleştirilir. Manyetostriktif bir itici güç üretilir alternatif akım frekansı genellikle çekirdeğin mekanik rezonans frekansına eşit olarak seçilir. Tek bir plakanın kalınlığı, elektroakustik verimi belirleyen ana faktör olduğundan girdap akımı kayıpları belirli bir değeri aşmamak için malzemenin manyetik geçirgenliği ve elektrik direnci dikkate alınarak çalışma frekansına göre seçilir. dönüştürücü. Bu tip manyetostriktif dönüştürücüler, giderek daha fazla manyetostriktif etkiye sahip yeni alaşımların geliştirilmesi ve dolayısıyla daha fazla gücü dönüştürme olasılığı ile geliştirilebilir. Buna karşılık, uyarma gücü kuvars kristallerinin doğasına bağlı olan Langevin radyatörlerinde iyileştirme için daha az yer vardı. Akustik güçleri, kristalin kırılma voltajıyla sınırlıydı. Ek olarak, kristal mozaiğin güçlü bir şekilde maruz kalan metal plakanın geniş yüzeyine güçlü ve düzgün bir şekilde yapışması değişken voltajlar teknik zorluklarla ilişkilidir. Buna karşılık manyetostriktif vibratörlerde yapıştırılacak yüzeyler salınım yönüne tam olarak paraleldir ve değişen mekanik gerilmeler söz konusu olduğundan, bağın sağlamlığını sağlamak için önlem alınmasına gerek yoktur. Manyetostriktif vibratörlerin bu avantajları, Langevin transdüserlerinin hızla değiştirilmesine katkıda bulunmuştur. Çeşitli alaşımlar üzerinde daha ileri çalışmalar yapıldı ve 1942'de, kullanımı manyetostriktif dönüştürücülerin maliyetini azaltan Alfer adı verilen bir alüminyum ve demir alaşımı elde edildi. Bu alaşımdan vibratörler, yalnızca ultrasonik yankı sirenlerinde değil, aynı zamanda balık bulucularda da hızla geniş bir uygulama alanı buldu. çeşitli tipler. Ancak kısa süre sonra, baryum titanat seramiği adı verilen yapay bir ferroelektrikte büyük bir piezoelektrik etki keşfedildi ve teknolojik yöntemlerin geliştirilmesi, seramik ürünleri mekanik olarak ultrasonik titreşim modunda kullanılabilecek kadar güçlü hale getirdi. Bu, 1947'den 1950'ye kadar olan bir zaman diliminde oldu. Böyle bir malzemede, alternatif bir akıma maruz kaldığında bir itici güç ortaya çıkıyor. Elektrik alanı, bir kuvars kristalinde olduğu gibi, ancak bu durumda, sabit bir elektrik polarizasyonu da gereklidir - bir elektrik yer değiştirmesi. Baryum titanat seramikler için elektromekanik birleştirme katsayısı kuvarstan çok daha yüksektir ve bu sayede Langevin yayıcı tekrar hatırlandı. Araldit gibi dayanıklı yapay reçinelerin geliştirilmesiyle bağlantılı olarak, kuvars mozaikler yerine baryum titanat seramik plakalara sahip Langevin tipi ultrasonik dönüştürücüler yeniden uygulamaya girmiştir. Malzemenin yüksek elektromekanik bağlantı katsayısı ve içindeki düşük dielektrik kayıpları, bu tür dönüştürücülerin kullanımının çeşitli ultrasonik cihazların genel verimliliğini artıracağını ummamıza izin verdi.

Pirinç. 3.

Baryum titanattan Langevin dönüştürücü için yukarıda belirtilen montaj tekniğinin doğasında var olan zorlukların üstesinden gelinmemiş olmasına rağmen, oldukça geniş bir alan buldu. pratik kullanımçeşitli düşük güçlü ultrasonik ekipmanlarda, özellikle alfer veya nikelden yapılmış manyetostriktif dönüştürücülere ciddi bir rakip olarak hareket ettiği kompakt balık bulucularda.

1954'ten 1957'ye kadar olan dönemde, yeni kullanışlı manyetostriktif malzemeler elde edildi - ferritler; teknolojilerinin endüstriyel gelişiminin bir sonucu olarak, yüksek güçlü ultrason radyasyonu için yeterli olan ferritlerin mekanik mukavemeti elde edildi. Ferritlerin çok yüksek bir elektrik direncine sahip olması nedeniyle, herhangi bir yekpare malzeme hacminde onlar için girdap akımı kayıpları hissedilmez ve presleme ve ardından ateşleme ile ferrit tozundan vibratör hemen nihai formda yapılabilir. Ferritlerin elektroakustik verimliliği, ince plakalardan birleştirilmiş metal manyetostriktif vibratörlerin verimliliğinden açıkça daha yüksektir ve genellikle ikincisini yaklaşık 3 kat aşar ve %80-90'a ulaşır. Manyetostriktif bir dönüştürücünün piezoelektrik dönüştürücüye göre karakteristik avantajları, herhangi bir ferrit dönüştürücüde doğaldır. Bu nedenle, ultrasonun endüstriyel uygulamalarının birçok alanında, şu anda ağırlıklı olarak ferrit dönüştürücüler kullanılmaktadır.