СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ Российский патент 1997 года по МПК G10K11/00 

Изобретение относится к области акустики.

Известен способ генерации звуковой волны путем пропускания переменного тока через обмотку возбуждения, намотанную на стержень из магнитострикционного материалов, имеющий также обмотку поляризации (авт.св. 267238, кл. B 06 B 1/08, 1970).

Данный способ характеризуется генерацией звуковой волны за счет возбуждения вибраций стержня.

Техническим эффектом от использования изобретения является разработка способа генерации звука путем создания нового типа излучателя, не имеющего вибрирующих частей.

Данный эффект достигается за счет того, что преобразуют колебания магнитного поля в механические колебания путем пропускания электрического тока через соленоид с многослойной намоткой при условии взаимной компенсации магнитного поля слоев соленоида, образованных одним или двумя проводниками, а полученные механические колебания, распространяющиеся по оси соленоида, регистрируют приемником звуковых волны, причем в случае использования одного проводника слои соленоида имеют противоположное направление намотки.

Кроме того, при использовании двух проводников слои соленоида имеют одинаковое направление намотки и противоположное друг другу обозначение выводов или наоборот.

Сущность способа заключается в следующем: обычно при пропускании электрического тока через соленоид вокруг него создается магнитное поле, значение ЭДС которого, наведенной в контуре, пропорционально скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот соленоид. Таким образом, согласно законам электромагнитной индукции происходит преобразование электрической энергии в магнитную и обратно в электрическую.

Способ намотки соленоида согласно изобретению отличается от классического. При пропускании электрического тока через соленоид в первом случае, т. е. когда обмотка состоит из одного проводника, намотанного так, что каждый слой витков наматывается в противоположном друг другу направлении, происходит взаимная компенсация магнитных послей, поэтому датчики магнитного поля, помещенные вокруг соленоида, регистрируют отсутствие магнитного поля и преобразования энергии тока в магнитное поле не происходит, соответственно отсутствует и преобразование магнитного поля в электрический ток. Но часть энергии, идущей на компенсацию магнитных полей, преобразуются в механические колебания, распространяющиеся вдоль продольной оси соленоида, которые и регистрируются приемником звуковых колебаний. При пропускании электрического тока через соленоид во втором случае, т.е. когда все слои обмотки намотаны в одну сторону, а ток пропускают в каждом слое в противоположных направлениях друг другу, что также обеспечивает взаимную компенсацию магнитных полей каждого слоя обмотки, соответственно, как и в первом случае, часть энергии электрического тока преобразуется в механические колебания. Механические колебания такого рода можно формировать в потоки с высокой плотностью энергии в широком диапазоне частот (1-10⁶ Гц).

Практическая применимость способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Брали два намоточных провода в эмалевой изоляции диаметром 0,1 см и изготавливали соленоид следующим образом. Вначале первым проводом намотали 100 витков на цилиндрический каркас диаметром 3 см и длиной 12 см. Затем на этот слой намотали 100 витков вторым проводом, но в противоположном направлении, а на этот слой еще намотали 100 витков первым проводом и также с противоположным направлением. В конечном итоге были намотаны 500 витков первым проводом и 500 витков вторым проводом. Начальные и конечные выводы обмоток соединяют вместе, в результате чего обмотки включаются параллельно. Далее в соленоиде и на расстоянии в 3, 6, 10, 15 см от него были размещены датчики, регистрирующие появление ЭДС. На расстоянии 3, 10, 30, 100, 200 и 300 см от торца соленоида вдоль его продольной оси были размещены датчики для регистрации звуковых колебаний. Затем подавали переменный ток силой 4,5 А на обе обмотки соленоида и производили замеры ЭДС на датчиках.

В результате получено:
датчики, расположенные на расстоянии 3 и 6 см, показали, что магнитное поле близко к нулю, так как магнитные потоки взаимно компенсируются;
удаленные датчики наличие магнитного поля не зарегистрировали;
датчики в соленоиде показали наличие слабого магнитного поля напряженность 0,3 0,8 Э;
датчики звуковых колебаний показали наличие акустических колебаний с плавным снижением плотности потока по мере удаления датчиков от соленоида;
при изменении силы тока в соленоиде было установлено, что изменение показаний акустических датчиков имеет квадратичную зависимость от величины тока.

Пример 2. Соленоид наматывают одним проводом следующим образом. На цилиндр диаметром 2 см и длиной 12 см сначала наматывали 100 витков по часовой стрелке, затем 100 витков против часовой стрелки, затем опять 100 витков по часовой стрелке и т.д. Таким образом на соленоид было намотано 1000 витков. Испытания проводили аналогично примеру 1. При пропускании тока по соленоиду магнитное поле было близко к пределу чувствительности магнитометра. Показания акустических и магнитных датчиков при одинаковых токах в соленоидах в примерах 1 и 2 были одинаковы, что объясняется тем, что соленоиды в первом и втором примерах имеют одинаковые геометрические размеры, одинаковые количество витков и количество ампер-витков. Разница между соленоидами в двух примерах лишь в том, что в одном случае для намотки использовался один проводник, а в другом два.

Кроме того, было установлено, что энергия создаваемого соленоидом акустического потока прямо пропорциональная длине проводника обмотки соленоида и не зависит от количества витков, а плотность энергии в акустическом поле на единицу сечения зависит от длины соленоида.

Использование: для генерации звуковой волны. Сущность изобретения: преобразуют колебания магнитного поля в механические колебания путем пропускания электрического тока через соленоид с многослойной намоткой при условии взаимной компенсации магнитного поля слоев соленоида, образованных одним или двумя проводниками, а полученные механические колебания, распространяющиеся по оси соленоида, регистрируют приемником звуковой волны. В случае использования одного проводника слои соленоида имеют противоположное направление намотки.

1. Способ генерации звуковой волны, отличающийся тем, что преобразуют колебания магнитного поля в механические колебания путем пропускания электрического тока через соленоид с многослойной намоткой при условии взаимной компенсации магнитного поля слоев соленоида, образованных одним или двумя проводниками, а полученные механические колебания, распространяющиеся по оси соленоида, регистрируют приемником звуковой волны, причем в случае использования одного проводника слои соленоида имеют противоположное направление намотки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании двух проводников слои соленоида имеют одинаковое направление намотки и противоположное друг другу обозначение выводов. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании двух проводников слои соленоида имеют разное направление намотки и одинаковое обозначение выводов.