Invenția se referă la tehnologia cu ultrasunete, și anume la structurile sistemelor cu vibrații cu ultrasunete și poate fi utilizată la dezvoltarea echipamentelor medicale cu ultrasunete. Rezultatul tehnic al invenției este creșterea amplitudinii oscilațiilor, creșterea fiabilității muncii, reducerea dimensiunile per totalși masele. Sistemul oscilant cu ultrasunete este realizat sub forma unui corp de revoluție și este format din două plăci metalice situate succesiv, reflectând și concentrând și două elemente piezoelectrice situate între plăci, interconectate acustic de un element de strângere. Elementele piezoelectrice sunt fabricate pe disc, plăcuța reflectorizantă constă dintr-o oprire filetată secvențială cu o gaură centrală și o placă disc. Tamponul de concentrare conține trei secțiuni: prima este cilindrică cu flanșă, a doua este exponențială, iar a treia este o ieșire cilindrică cu o gaură orb filetată pentru fixarea instrumentului ghid de undă, iar elementul de strângere este realizat sub forma unui sticlă cu fir intern și două găuri: una rotundă în centrul fundului și una dreptunghiulară.pe suprafața laterală a sticlei. Prima secțiune cilindrică a tamponului de concentrare este filetată până la flanșă; în această secțiune este plasată suplimentar o piuliță de îmbinare. 2 bolnav.

Desenele brevetului RF 2465071

Invenția se referă la domeniul tehnologiei cu ultrasunete și este utilizată pentru a primi și transmite vibrații mecanice cu frecvență subsonică, sonică sau supersonică și poate fi utilizată în orice proces tehnologic utilizând ultrasunete.

Sisteme vibrante cu ultrasunete cunoscute (traductoare piezoceramice) de tip Langevin [E. Kikuchi. Traductoare cu ultrasunete. M.: Editura „Mir”, 1972, p. 472.; Brevetul Republicii Federale Germania nr. 2711306 MKI V06V 3/00]. Acest tip de traductor este un mozaic format din bucăți de cuarț tăiat și închis între două plăci metalice. Dezavantaje ale traductoarelor piezoceramice de acest tip sunt: ​​design low-tech, complexitate de asamblare și putere redusă.

De asemenea, sunt cunoscute sistemele oscilatorii cu ultrasunete (emițătoare) de tip „sandwich” [SS Volkov, B.Ya. Chernyak. Sudarea cu ultrasunete a materialelor plastice. M.: Chimie, 1986, p. 126; Novikov A.A., Negrov D.A., Shuster Ya.B. La problema determinării tensiunii traductoarelor piezoceramice de tip longitudinal. Materiale ale celui de-al III-lea Congres științific și tehnologic internațional „Echipamente militare, arme și tehnologii cu dublă utilizare”. - Omsk. - 2005. - Partea 1. - S. 177-178; Certificat pentru modelul util RU Nr. 18655. Emițător ceramic cu ultrasunete. / Novikov A.A., Shuster Ya.B., Negrov D.A. Publ. BI nr. 19, 2001], dintre care unul a fost selectat ca prototip [RU 2141386 "Sistemul oscilator cu ultrasunete" Barsukov R.V. și altele], ca cea mai apropiată în esență tehnică de cea propusă. Este un sistem oscilator sub forma unui corp de revoluție, format din conectate succesiv și conectate acustic între ele două plăcuțe metalice și două elemente piezoelectrice situate între plăcuțe, iar generatoarea corpului de rotație a sistemului oscilator este realizată sub formă de curbă continuă netedă în bucăți, iar corpul de rotație este format din trei secțiuni: prima cilindrică, a doua secțiune cu o schimbare radială exponențială sau netedă în diametrul secțiunii și a treia - cilindrică, în timp ce elementele piezoelectrice inelare sunt situate între exponențială și prima secțiune cilindrică, care sunt conectate printr-un element de strângere (de exemplu, un șurub sau un ac de păr).

Emițătorii de tip sandwich nu prezintă dezavantajele emițătorilor Langevin descriși mai sus. Acestea sunt ușor de fabricat și asamblat, cu toate acestea, cu diametre mici ale inelelor piezoelectrice utilizate, diametrul găurii interioare din inelul piezoelastic devine o valoare care limitează parametrii energetici ai sistemului oscilator, întrucât, pe de o parte, reduce suprafața activă a elementului piezoelectric și, pe de altă parte, conduce la necesitatea unei astfel de reduceri a diametrului tirantului sau a șurubului, în care caracteristicile de rezistență ale elementului de strângere nu asigură o funcționare fiabilă a sistemul vibrator în ansamblu.

Rezultatul tehnic al invenției este de a crește amplitudinea vibrațiilor, crescând în același timp fiabilitatea funcționării și o reducere semnificativă a dimensiunilor globale și a greutății sistemului vibrator cu ultrasunete.

Rezultatul tehnic este obținut prin faptul că în dispozitivul cunoscut, care este un sistem oscilator cu ultrasunete sub forma unui corp de revoluție, format din două plăci metalice localizate succesiv, reflectante și concentrate, și două elemente piezoelectrice situate între plăci, conectate acustic între ele printr-un element de strângere, conform invenției revendicate, elementele piezoelectrice sunt realizate pe disc, plăcuța reflectorizantă constă dintr-o oprire filetată secvențială cu o gaură centrală și o placă de disc, plăcuța de concentrare conține trei secțiuni: prima este cilindric cu flanșă, al doilea este exponențial, iar al treilea este o ieșire cilindrică cu o gaură orb filetată pentru fixarea instrumentului ghid de undă, iar elementul de prindere este realizat sub formă de sticlă cu filet interior și două găuri: rotund în centrul fundului și dreptunghiular pe suprafața laterală a sticlei și prima secțiune cilindrică a tamponului de concentrare și este filetat până la flanșă, iar o piuliță de îmbinare este plasată suplimentar pe această secțiune.

Un desen de asamblare al dispozitivului propus este prezentat în Fig. 1 și conține următoarele elemente: un tampon de concentrare 1 introdus în gaura rotundă a sticlei 2 astfel încât poziția sa să fie fixată de flanșa tamponului; elemente piezoelectrice 3 cu petale de contact 4 care ies în afară prin orificiul dreptunghiular 5 al cupei 2, fixat în cupa 2 folosind un disc disc 6 și o bandă fluoroplastică sub forma unui inel tăiat 7 și a unui opritor filetat 8. Piulița de unire 9 este situat pe secțiunea flanșei cilindrice a tamponului de concentrare 1.

Dispozitivul propus funcționează după cum urmează.

Când se aplică o tensiune de înaltă frecvență la bornele petalelor de contact 4 care ies în afară prin deschiderea dreptunghiulară 5 a suprafeței laterale a sticlei 2, discurile piezoceramice 3 convertesc un semnal electric într-un semnal acustic.

În timpul funcționării sistemului oscilator acustic [Novikov AA, Shuster Ya.B., Negrov DA. Caracteristicile proiectării unui traductor cu ultrasunete piezoceramic cu lungime de undă. Omsk buletin științific... - 2009. Ser.: Dispozitive, mașini și tehnologii. - Nr. 3 (83). - P.194-198.], Distribuția amplitudinilor vibrațiilor acustice longitudinale de-a lungul lungimii acestui sistem acustic va arăta așa cum se arată în Fig.2. În acest caz, vibrațiile „zero” vor cădea pe zona secțiunii flanșei cilindrice a tamponului de concentrare 1, prin urmare, amplasarea piuliței de îmbinare 9 pe această secțiune va permite utilizarea acesteia pentru fixarea rigidă a întregului sistem oscilator în corpul radiatorului cu impact minim al elementelor de fixare asupra caracteristicilor sistemului de difuzoare. Pe de altă parte, utilizarea duzei 2 ca element de strângere transferă proiectarea unui sistem acustic cu ultrasunete dintr-un sistem cu o legătură internă (cel mai răspândit în prezent atât în ​​țara noastră, cât și în străinătate) la proiectarea sistemelor cu un sistem extern cravată. Acest lucru, în primul rând, face posibilă utilizarea nu inelelor, ci a discurilor ca elemente piezoactive, care, cu aceleași diametre ale sistemului de difuzoare, face posibilă creșterea puterii acustice de ieșire și cu cât este mai semnificativ, cu atât diametrul elementele piezoelectrice utilizate și, în al doilea rând, elimină problema asigurând rezistența necesară și fiabilitatea elementului de strângere intern.

Gaura dreptunghiulară 5 de pe suprafața laterală a sticlei 2 este utilizată pentru a scoate petalele de contact 4 prin ea, iar gaura din opritorul filetat 7 oferă nu numai posibilitatea strângerii piezodiscoșelor fără a le roti, ci și posibilitatea unor corecții. a caracteristicilor de frecvență ale sistemului oscilator.

Astfel, sistemul acustic cu ultrasunete propus permite:

Pentru a obține traductoare ultrasonice eficiente de dimensiuni mici folosind elemente piezoelectrice (discuri) de diametre mici;

Obțineți influența minimă a elementelor de fixare a sistemului acustic în carcasa traductorului cu ultrasunete;

Creșteți amplitudinea vibrațiilor sistemului, crescând în același timp fiabilitatea funcționării cu o reducere semnificativă a dimensiunilor și greutății globale, ceea ce este extrem de necesar pentru echipamentele medicale ultrasonice moderne.

REVENDICARE

Un sistem oscilant cu ultrasunete sub forma unui corp de revoluție, format din două plăci metalice situate succesiv, reflectând și concentrând și două elemente piezoelectrice situate între plăci, interconectate acustic de un element de strângere, caracterizat prin faptul că piezoelementele sunt realizate pe disc, placa reflectorizantă este formată dintr-un opritor filetat amplasat secvențial cu o gaură centrală și o placă de disc, plăcuța de concentrare conține trei secțiuni: prima este cilindrică cu flanșă, a doua este exponențială, iar a treia este o ieșire cilindrică cu o jaluză filetată orificiu pentru fixarea instrumentului ghid de undă, iar elementul de strângere este realizat sub formă de sticlă cu un filet interior și două găuri: rotund în centrul fundului și dreptunghiular pe suprafața laterală a sticlei și prima secțiune cilindrică a tamponului de concentrare este filetat până la flanșă și o piuliță de îmbinare este plasată suplimentar pe această secțiune.

Pentru a genera ultrasunete, se folosesc emițători speciali de tip magnetostrictiv. Parametrii principali ai dispozitivelor includ rezistența și conductivitatea. Se ia în considerare și valoarea de frecvență admisibilă. Designul dispozitivului poate varia. De asemenea, trebuie remarcat faptul că modelele sunt utilizate în mod activ în sondele de ecou. Pentru a înțelege emițătorii, este important să luați în considerare aspectul acestora.

Diagrama dispozitivului

Un traductor cu ultrasunete magnetostrictiv standard constă dintr-o bază și un set de terminale. Magnetul este alimentat direct la condensator. Există o înfășurare în partea superioară a dispozitivului. Un inel de prindere este adesea montat la baza radiatoarelor. Magnetul este potrivit numai pentru tipul de neodim. Există o tijă în partea de sus a modelelor. Un inel este folosit pentru a-l repara.

Modificarea inelului

Dispozitivele inelare funcționează la o conductivitate de 4 microni. Multe modele sunt produse cu suporturi scurte. De asemenea, trebuie remarcat faptul că există modificări ale condensatoarelor de câmp. Pentru a asambla un emițător magnetostrictiv cu propriile mâini, se folosește o bobină cu solenoid. În acest caz, este important să setați terminalele la un nivel scăzut tensiunea de prag... Este mai oportun să selectați un miez de ferită cu un diametru mic. Inelul de prindere este plasat ultimul.

Dispozitiv Yar

Realizarea unui emițător magnetostrictiv cu propriile mâini este destul de simplă. În primul rând, se recoltează un suport pentru lansetă. Apoi, este important să decupați standul. Pentru aceasta poate fi utilizat un disc metalic. Experții spun că diametrul suportului nu trebuie să depășească 3,5 cm. Terminalele dispozitivului sunt selectate pentru 20 V. Un inel este fixat în partea de sus a modelului. Dacă este necesar, puteți lichida banda electrică. Indicele de rezistență pentru emițători de acest tip este în regiunea de 30 ohmi. Funcționează cu o conductivitate de cel puțin 5 microni. Înfășurându-se acest caz nu este necesar.

Model cu două înfășurări

Unitățile cu bobină dublă sunt disponibile în diferite diametre. Conductivitatea modelelor este de aproximativ 4 microni. Majoritatea dispozitivelor au o impedanță caracteristică ridicată. Pentru a crea un emițător magnetostrictiv cu propriile mâini, este utilizat doar un suport din oțel. În acest caz nu este necesar un izolator. Miezul de ferită este permis să fie așezat pe tampon. Experții recomandă pregătirea unui inel O în avans. De asemenea, trebuie remarcat faptul că este necesar un condensator de tip câmp pentru a asambla emițătorul. Rezistența de intrare a modelului nu trebuie să depășească 20 ohmi. Înfășurările sunt instalate lângă miez.

Emițătoare bazate pe reflector

Emițătorii de acest tip se disting prin conductivitatea lor ridicată. Modelele funcționează la o tensiune de 35 V. Multe dispozitive sunt echipate cu condensatori de câmp. Realizarea unui emițător magnetostrictiv cu propriile mâini este destul de problematică. În primul rând, trebuie să ridicați o tijă cu diametru mic. În acest caz, terminalele sunt recoltate cu o conductivitate de 4 microni.

Impedanța caracteristică a dispozitivului trebuie să fie între 45 ohmi. Placa este instalată pe un suport. În acest caz, înfășurarea nu trebuie să intre în contact cu terminalele. Trebuie să existe un suport rotund în partea de jos a dispozitivului. Banda electrică convențională este adesea utilizată pentru a fixa inelul. Condensatorul este lipit peste manganit. De asemenea, trebuie remarcat faptul că inelele sunt uneori folosite cu suprapuneri.

Dispozitive sonar

Pentru sondele de ecou, ​​este adesea folosit un emițător magnetostrictiv cu ultrasunete. Cum să gătești un model cu propriile mâini? Modificările de casă se fac cu o conductivitate de 5 microni. au o medie de 55 ohmi. Pentru a realiza o tijă cu ultrasunete puternică, se aplică 1,5 cm. Înfășurarea solenoidului este înfășurată cu un pas mic.

Experții spun că este mai indicat să selectați rafturi pentru emițătoare din oțel inoxidabil. În acest caz, terminalele sunt utilizate cu conductivitate scăzută. Condensatoarele se potrivesc tipuri diferite... emițătorii sunt în jur de 14 W. Inelele de cauciuc sunt folosite pentru fixarea tijei. O bandă electrică este înfășurată la baza dispozitivului. De asemenea, merită menționat faptul că magnetul ar trebui instalat ultima dată.

Moduri Fish Finder

Dispozitivele de căutare a peștilor sunt asamblate numai cu condensatori cu fir. Mai întâi trebuie să instalați raftul. Este mai oportun să folosiți inele cu un diametru de 4,5 cm. Înfășurarea solenoidului trebuie să se potrivească perfect cu tija. Destul de des, condensatorii sunt lipiți la baza emițătorilor. Unele modificări sunt făcute pentru două terminale. Miezul de ferită trebuie fixat pe izolator. Banda electrică este utilizată pentru a întări inelul.

Modele cu impedanță redusă

Dispozitive reduse rezistența la undă funcționează la 12 V. Multe modele au doi condensatori. Pentru a asambla un dispozitiv care generează ultrasunete cu propriile mâini, veți avea nevoie de o tijă de 10 cm. În acest caz, condensatoarele sunt instalate pe emițătorul de tip cablat. Înfășurarea este înfășurată ultima. De asemenea, trebuie remarcat faptul că un terminal este necesar pentru a asambla modificarea. În unele cazuri, sunt folosiți condensatori de câmp de 4 microni. Setarea frecvenței va fi destul de ridicată. Este mai oportun să instalați magnetul deasupra terminalului.

Dispozitive cu impedanță ridicată

Traductoarele cu ultrasunete cu impedanță ridicată sunt potrivite pentru receptoarele cu undă scurtă. Puteți asambla singur dispozitivul numai pe baza condensatoarelor de tranziție. În acest caz, terminalele sunt selectate pentru o conductivitate ridicată. Destul de des, magnetul este montat pe un raft.

Suportul emițătorului este utilizat la o înălțime mică. De asemenea, trebuie remarcat faptul că o tijă este utilizată pentru asamblarea dispozitivului. Pentru izolarea bazei sale, banda electrică obișnuită este potrivită. În partea superioară a emițătorului trebuie să existe un inel.

Dispozitive cu tijă

Un circuit de tip bar include un conductor înfășurat. Condensatoarele au voie să utilizeze diferite capacități. Cu toate acestea, ele pot diferi în ceea ce privește conductivitatea. Luand in considerare model simplu, apoi suportul este pregătit într-o formă rotundă, iar bornele sunt fixate la 10 V. Înfășurarea solenoidului este înfășurată ultima dată. De asemenea, trebuie remarcat faptul că magnetul este selectat de tip neodim.

Direct tija se aplică la 2,2 cm. Terminalele pot fi instalate pe un suport. De asemenea, trebuie menționat faptul că există modificări de 12 V. Dacă luăm în considerare dispozitivele cu condensatori de câmp de mare capacitate, atunci diametrul minim al tijei este de 2,5 cm. În acest caz, înfășurarea trebuie să fie înfășurată până la izolație. Un inel de protecție este instalat în partea superioară a radiatorului. Se poate face standuri fără suprapunere.

Modele cu condensatori cu joncțiune simplă

Emițătorii de acest tip dau o conductivitate de 5 microni. În acest caz, indicatorul rezistenței la undă pentru acestea atinge maximum 45 ohmi. Pentru a crea emițătorul pe cont propriu, este pregătit un mic stand. În partea de sus a standului trebuie să existe un tampon de cauciuc. De asemenea, trebuie remarcat faptul că magnetul este procurat de tip neodim.

Experții recomandă instalarea pe lipici. Terminalele pentru dispozitiv sunt selectate pentru 20 W. Direct condensatorul este instalat deasupra plăcii. Lanseta este utilizată cu un diametru de 3,3 cm. Ar trebui să existe un inel în partea inferioară a înfășurării. Dacă luăm în considerare modele pentru doi condensatori, atunci tija este permisă să fie utilizată cu un diametru de 3,5 cm. Înfășurarea trebuie înșurubată până la baza emițătorului. În partea de jos a canalului de scurgere, banda electrică este lipită. Magnetul este instalat în mijlocul raftului. În acest caz, terminalele trebuie să fie laterale.

Proprietatea undelor ultrasonice de a reflecta dintr-un obstacol și de a reveni înapoi sub forma unui ecou este utilizată pentru a determina distanța până la obiectele greu accesibile.

Sursele mecanice ale undelor ultrasonice cunoscute la începutul secolului al XX-lea - furcile de reglare și tijele de oțel vibrante, aveau o putere mare, dar nu au putut să le trimită într-un fascicul direcțional îngust, ca un fascicul de lumină. Ecografia emisă de aceștia a divergut în direcții diferite. Din această cauză, a fost imposibil să se determine direcția în care se afla obiectul investigat.

Dar omul de știință francez Paul Langevin a găsit o cale de ieșire. În 1916, în timpul primului război mondial, el căuta o modalitate de a detecta submarinele folosind ultrasunete. Și ca sursă de unde ultrasonice, el a folosit un fenomen piezoelectric, care nu fusese folosit anterior.

Descoperirea piezoelectricității

Faceți clic pe imagine

Efect piezoelectric a fost descoperit în 1880 de frații oamenilor de știință francezi Pierre și Paul Curieîn timp ce cercetează proprietățile cristalelor. Comprimând un cristal de cuarț din două părți, au descoperit apariția sarcinilor electrice pe fețele perpendiculare pe direcția de comprimare. Acuzațiile pe o față au fost pozitive, iar pe de altă parte, negative. Au observat aceeași imagine atunci când cristalele au fost întinse. Pe marginea unde, atunci când a fost comprimat, a apărut taxe pozitive, în timpul întinderii, au apărut cele negative și invers.

Pierre Curie

S-a dovedit că, pe lângă cuarț, cristalele de turmalină, sarea Rochelle, sulfatul de litiu și alte cristale care nu au un centru de simetrie au proprietăți similare. Acest fenomen a fost numit piezoelectricitate, din cuvântul grecesc "piezo" - zdrobesc și cristale cu astfel de proprietăți - piezoelectric.

Cu cercetări suplimentare, frații Curie au descoperit că există efect piezoelectric invers... Dacă creați sarcini electrice polarități diferite pe fețele de cristal, apoi se va micșora sau se va întinde.

Această descoperire a fost folosită de Paul Langevin în cercetările sale.

Emițător piezoelectric Langevin

Paul Langevin

Dacă este expusă o placă de cuarț stres mecanic, apoi este electrificat. Și invers, dacă schimbați câmpul electric în care este situat cu o anumită frecvență, atunci va începe să oscileze cu aceeași frecvență.

Ce se întâmplă dacă se încarcă cristalul cu o sursă de curent alternativ de înaltă frecvență? După ce a efectuat un astfel de experiment, Langevin a fost convins că frecvența oscilațiilor cristaline este aceeași cu frecvența schimbării tensiunii. Dacă este sub 20.000 Hz, cristalul devine o sursă de sunet și, dacă este mai mare, va emite unde ultrasonice.

Dar puterea ultrasunetelor emise de o placă de cristal este foarte mică. Prin urmare, omul de știință a creat un strat de mozaic din plăci de cuarț și l-a așezat între două plăci de oțel care au servit drept electrozi. Fenomenul de rezonanță a fost utilizat pentru a crește amplitudinea vibrațiilor. Dacă frecvența tensiunii alternative aplicată cristalului piezo coincide cu frecvența sa naturală, atunci amplitudinea oscilațiilor sale a crescut brusc.

Această construcție a fost numită „sandvișul Langevin”. Și s-a dovedit a fi foarte reușită. Puterea de radiație a fost suficient de mare, iar fasciculul de undă s-a dovedit a fi direcționat îngust.

Mai târziu, ceramica cu titanat de bariu, al cărei efect piezoelectric este de multe ori mai mare decât cea a cuarțului, a început să fie folosită ca element piezoelectric în locul plăcilor de cuarț.

O placă piezoelectrică poate fi, de asemenea, un receptor de sunet. Dacă unda de sunetîl întâlnește pe drum, apoi placa va începe să vibreze cu frecvența sursei sonore. Încărcăturile electrice vor apărea pe marginile sale. Energia vibrațiilor sonore este convertită în energie a vibrațiilor electrice, care sunt captate de receptor.

Putem spune că traductoarele cu ultrasunete s-au născut în apă. În 1826, Colladone și Sturm la Lacul Geneva au măsurat mai întâi viteza de propagare a sunetului în apă folosind un clopot al bisericii. Chiar înainte de acest experiment, Leonardo da Vinci a remarcat că apa conduce bine. Cu toate acestea, se poate considera cu siguranță că experimentul din 1826 este primul caz de utilizare a unui dispozitiv rezonant pentru emisia de sunet în apă. Ulterior, clopotele subacvatice, excitate de ciocanele electromagnetice sau pneumatice, au fost folosite pentru a măsura adâncimile folosind metoda acustică și în alte scopuri de navigație. În forma sa, clopotul de semnalizare subacvatic era diferit de cel al bisericii. Marginea a fost făcută foarte groasă pentru a îmbunătăți proprietățile de rezonanță ale clopotului atunci când funcționează în apă, a cărei impedanță acustică este de peste 3000 de ori mai mare decât impedanța acustică a aerului. La acea vreme, capsulele de microfon din carbon erau folosite ca hidrofoane, închise în carcasa metalica... Pentru a obține o putere acustică sporită, sirenele de apă au fost folosite de ceva timp, a căror parte mobilă se rotea într-un rezervor de apă atașat la suprafața interioară a corpului navei. Dar în 1907 a apărut generatorul Fessenden (Fig 2.1), care a fost folosit pentru semnalizarea subacvatică.

Orez. unu.

Generatorul a fost creat pe baza unui motor cu inducție (asincron) folosind efectul electrodinamic. Oscilațiile unei diafragme metalice groase au fost excitate de un tub gros de cupru de o anumită lungime, care se putea mișca liber în direcția axială într-un câmp magnetic radial puternic constant. Înfășurarea primară, prin care curgea curentul alternativ, a fost înfășurată pe un miez localizat în așa fel încât tubul de cupru a fost singura întoarcere scurtcircuitată a înfășurării secundare. Indus în tub de cupru curentul secundar, interacționând cu un câmp constant, a creat o forță mecanică alternativă. Sistemul mecanic al generatorului a fost foarte masiv pentru a depăși impedanța acustică ridicată a mediului. Un curent alternativ a fost furnizat de la un generator de înaltă frecvență, iar frecvența a fost aleasă egală cu frecvența de rezonanță a diafragmei în contact cu apa, deoarece eficiența conversiei electroacustice atunci când este excitată în afara rezonanței mecanice scade considerabil. Fessenden generatoare cu frecvențe rezonante 540, 1050 și 3000 Hz au fost produse de industrie și au fost utilizate în practică pentru o perioadă destul de lungă de timp pentru semnalizarea subacvatică și măsurarea adâncimii acustice. Până în acele timpuri îndepărtate, undele ultrasonice nu au fost folosite deloc.

Orez. 2.

Dar cu o dimensiune rezonabilă a emițătorului, sunetul frecvențelor sonore se propagă în apă non-direcțional. În plus, sunetul sonor poate fi foarte enervant pentru pasageri și echipajul navei. Din aceste puncte de vedere, precum și luând în considerare anumite aplicații militare, a devenit clară necesitatea utilizării undelor ultrasonice. În 1920, a apărut un emițător cu ultrasunete adecvat, conceput pentru semnalizarea de la submarine și numit emițător Langevin (Fig. 2.2).

Acest emițător este un mozaic compus din bucăți de cuarț tăiat în X și închis între două plăci metalice groase. Dacă se aplică o tensiune electrică alternativă pe plăci, atunci apare o forță de acționare piezoelectrică în cristalele de cuarț, iar acestea, împreună cu plăcile conectate rigid la ele, încep să vibreze ca un singur sistem mecanic. Frecvența tensiunii electrice interesante este selectată pentru a fi egală cu frecvența modului fundamental de vibrație longitudinală a acestei structuri cu trei straturi. Suprafața plăcii metalice, orientată spre apă, efectuează oscilații ale pistonului, iar directivitatea emițătorului este suficientă pentru un diametru al plăcii de aproximativ 30-40 cm. Suprafața opusă celeilalte plăci este de obicei în contact cu aerul, astfel încât nu emite radiații acustice.

În 1933, au fost inventate vibratoare magnetostrictive realizate din foi subțiri de metal. Miezul vibrator al unui astfel de vibrator este realizat sub forma unui set de sute de plăci subțiri lipite între ele, ștanțate din tablă de nichel. Înfășurările electrice sunt plasate în ferestrele prevăzute pentru ștanțare. Se generează forța de acționare magnetostrictivă curent alternativ, a cărei frecvență este de obicei aleasă egală cu frecvența rezonanței mecanice a miezului. Grosimea plăcii individuale este selectată în funcție de frecvența de funcționare, luând în considerare permeabilitatea magnetică și rezistența electrică a materialului, astfel încât pierderile de curenți turbionari să nu depășească o anumită valoare, deoarece acestea sunt factorul principal care determină eficiența electroacustică a traductorului. Convertorii magnetostrictivi de acest tip ar putea fi îmbunătățiți prin dezvoltarea de noi aliaje cu efect din ce în ce mai magnetostrictiv și, în consecință, capacitatea de a converti mai multă putere. În schimb, emițătorii Langevin, a căror sursă a forței excitante depinde de natura cristalelor de cuarț, au avut mai puține posibilități de îmbunătățire. Puterea lor acustică a fost limitată de tensiunea de rupere a cristalului. În plus, aderența puternică și uniformă a mozaicului de cristal la suprafața mare a plăcii metalice expuse puternic tensiuni alternative, este asociat cu dificultăți tehnice. În schimb, la vibratoarele magnetostrictive, suprafețele care trebuie lipite sunt exact paralele cu direcția vibrației și, deoarece acestea sunt solicitări mecanice variabile, nu este necesar să se ia măsuri de precauție pentru a asigura rezistența legăturii. Aceste avantaje ale vibratoarelor magnetostrictive au contribuit la înlocuirea rapidă a traductoarelor Langevin. S-au efectuat cercetări suplimentare pe diferite aliaje, iar în 1942 s-a obținut un aliaj de aluminiu cu fier, numit Alfer, a cărui utilizare a redus costul traductoarelor magnetostrictive. Vibratoarele din acest aliaj au găsit rapid o aplicație largă nu numai în sondele ecologice cu ultrasunete, ci și în căutătorii de pești. tipuri diferite... Cu toate acestea, în curând, un efect piezoelectric mare a fost descoperit într-un feroelectric artificial numit ceramică cu titanat de bariu, iar dezvoltarea metodelor tehnologice a făcut ca produsele ceramice să fie suficient de puternice mecanic pentru a fi utilizate în modul vibrațiilor ultrasonice. Acest lucru s-a întâmplat în perioada 1947 - 1950. Forța motrice apare într-un astfel de material atunci când este expus unui câmp electric alternativ, ca într-un cristal de cuarț, dar în acest caz este necesară și o polarizare electrică constantă - deplasarea electrică. Coeficientul de cuplare electromecanică pentru ceramica cu titanat de bariu este semnificativ mai mare decât pentru cuarț și, datorită acestui fapt, emițătorul Langevin este amintit din nou. Odată cu dezvoltarea rășinilor artificiale durabile, cum ar fi araldita, traductoarele cu ultrasunete de tip Langevin cu plăci ceramice de titanat de bariu în loc de mozaicuri de cuarț au reintrat în practică. Coeficientul ridicat de cuplare electromecanică a materialului și pierderile dielectrice reduse din acesta au făcut posibilă speranța că utilizarea unor astfel de traductoare va spori eficiența generală a diferitelor dispozitive cu ultrasunete.

Orez. 3.

În ciuda faptului că dificultățile menționate anterior inerente tehnicii de asamblare nu au fost depășite pentru traductorul Langevin fabricat din titanat de bariu, acesta a găsit o aplicare practică largă în diferite echipamente cu ultrasunete de mică putere, în special în dispozitivele de căutare a peștilor compacte, unde a acționat ca un concurent la traductoare magnetostrictive din Alfer sau nichel.

În perioada 1954 - 1957 s-au obținut noi materiale magnetostrictive utile - ferite; Ca rezultat al dezvoltării industriale a tehnologiei lor, a fost atinsă rezistența mecanică a feritelor, suficientă pentru radiații cu ultrasunete de mare putere. Datorită faptului că feritele au o rezistență electrică foarte ridicată, pierderile de curenți turbionari nu sunt resimțite pentru ele în niciun volum monolitic de material, iar vibratorul poate fi realizat imediat în forma finală din pulbere de ferită prin presare și ardere ulterioară. Eficiența electroacustică a feritelor este evident mai mare decât eficiența vibratoarelor magnetostrictive metalice asamblate din plăci subțiri și, de obicei, o depășește pe acestea din urmă de aproximativ 3 ori, ajungând la 80-90%. Avantajele caracteristice ale unui traductor magnetostrictiv față de unul piezoelectric sunt inerente oricărui traductor de ferită. Prin urmare, în multe domenii de aplicare industrială a ultrasunetelor, traductoarele de ferită sunt utilizate în prezent predominant.