Кольцевой магнитострикционный преобразователь Советский патент 1984 года по МПК B06B1/08 H04R15/00 

Изобретение относится к акустике и может быть использовано для излучения и приема акустических сигналов . Известен преобразователь кольцевой формы, содержащий магнитострикционный сердечник, набранный из отштампованных колец, и обмотку воз буждения, тороидально охватывающую сердечник, при этом кольца имеют отверстия Cl . Однако наличие отверстий в магни .тострикцион14 ;м сердечнике понижает добротность преобразователя, тем самым увеличивая диапазон рабочих частот. Недостатком такого преобразователя является трудоемкость изготовления, требующая больших затрат вре мени и наличия большого количества отходов магнитострикционного материала, связанных с операцией штамповки колец из ленты. Известен также магнитострикционный преобразователь кольцевой формы содержащий сердечник витой слоистой конструкци, в котором чередуются слой диэлектрического материала и слой магнитострикционного материала в котором вьтолнены сквозные отверс тия, и электрическую обмотку ZJ. Такой преобразователь обладает широким диапазоном рабочих частот, однако имеет большую неравномерност излучения упругих колебаний в радиальной поверхности, что ограничивае область его применения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является кольцевой магнитострикционный преоб разователь, содержащий сердечник ,. витой слоистой конструкции с череду щимися слоями из диэлектрического и магнитострикционного материалов и обмотку возбуждения, тороидально охватывающую сердечник . Недостатком такого преобразовате ля является узкий диапазон рабочих частот. Цель изобретения - расширение диапазона рабочих частот преобразов теля при сохранении высокой равномерности излучения. Поставленная цель достигается тем, что в кольцевом магнитострикционном преобразователе, содержащем сердечник витой слоистой конструкци с чередующимися слоями из магнитострикционного и диэлектрическогс ма териалов и обмотку нозС)уж;,гчия, сердечник выполнен из магнитострикционной ленты с отверстиями, распределенными вдоль ленты по закону Г aL,(n - 1) где г - внутренний радиус сердечника;п - порядковый номер отверстий, а - шаг спирали сердечника; L. - расстояние между центрами первых двух отверстий, отсчитанных от внутреннего конца спирали; Lj - расстояние между центрами п-го и (п - 1)-го отверсJТИЙ . На чертеже изображен кольцевой преобразователь. Преобразователь содержит сердечник витой слоистой конструкции .с чередующимися слоями диэлектрического материала 1 и магнитострикционного материала 2, выполненного в виде ленты с отверстиями 3, и обмотку возбуждения 4, тороидально охватывающую сердечник. В преобразователе имеется определенное количество сегментов (на чертеже их 15), в каждом из которых отверстия одного слоя перекрыты промежутками между отверстиями следующего слоя. Так как длина каждого витка спирали увеличивается с увеличением радиуса витка, то для того, чтобы отверстия одного слоя перекрьшапись промежутками между отверстиями другого слоя, отверстия на ленте должны быть распределены по определенному закону. В полярных координатах уравнение спирали имеет вид Ч - угол между неподвижной полярной осью и подвижным радиусом вектором; модуль радиуса вектора точки на спирали; шаг спирали. Пользуясь этим уравнением можно показать, что расстояние между центрами п-го и ( h- 1)-го отверстий дается формулой aL-i(n + 1) п .l

где отверстия отсчитываются от внутреннего конца спирали,

г - внутренний радиус спирали,п - порядковый номер отверстий, расстояние между центрами

первых двух отверстий. Чтобы обеспечить перекрытие отверстий одного слоя промежутками между отверстиями следующего слоя, необходимо, чтобы число сегментов было нечетным (на чертеже их 15), а так как отверстия расположены через сегмент, то нечетной должна быть величина Ji TJ. /L ;;, Первое отверстие может располагаться на произвольном.расстоянии от внутреннего конца ленты. Важно, чтобы при намотке спирали первое отверстие перекрывалось промежутком между отверстиями второго витка спирали (на чертеже центр первого отверстия расположен на расстоянии от конца спирали). Перекрытия отверсти остальных слоев обеспечиваются авто(Матически.

Преобразователь работает следующим образом.

На концы обмотки возбуждения 4 подается переменное электрическое напряжение. Возникающее переменное магнитное поле приводит в силу наличия магнитострикционного эффекта в слое 2 к радиальным колебаниям сердечника. При необходимости увеличения магнитоупругой постоянной в слое 2 к обмотке 4 можно подключить и постоянное напряжение, выполнив электрическую схему известными способами. Наличие диэлектрического слоя 1 предотвращает возниКновение вихревых токов между магнитострикционными слоями 2 сердечника и устраняет таким образом возможность экранирования внещнего переменного магнитного поля. Наличие отверстий 3.обеспечивает расширение диапазона рабочих частот, а предлагаемое распложение отверстий сохраняет высокую равномерность излучения преобразователя.

Таким образом, предлагаемая кон-струкция преобразователя позволяет расширить диапазон рабочих частот на 10-20% при сохранении высокой равномерности излучения.

КОЛЬЦЕВОЙ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий сердечник витой слоистой конструкции с чередующимися слоями из диэлектрического и магнитострикционного материалов и обмотку возбуждения, тороидально охватывающую сердечник, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот при сохранении равномерности излучения, сердечник выполнен из магнитострикционной ленты с отверстиями, распределенными вдоль ленты по закону L l . aL(n - 1) 2Tr внутренний радиус сердечнигде г ка; шаг спирали сердечника; а п i порядковый номер отверстий; (Л L. расстояние между центрами первых двух отверстий, отс считанных от внутреннего конца спирали; L расстояние между центрами п-го и (п + 1)-го отверстий.