"Электроакустический преобразователь "OLGA" Советский патент 1992 года по МПК B06B1/02 

Изобретение относится к акустической технике, в частности к устройствам для генерирования мощных звуковых колебаний, и может быть использовано в системах акустического и радиоакустического исследования атмосферы, для вибрационных испытаний конструкций в газовой среде, для акустических исследований ограниченных объемов, заполненных газовой средой (трубопроводов, скважин, шахт и т.п.).

Известен электроакустический преобразователь (а.с. СССР № 485782, кл. В 06 В 1/02, 30.09.75), использующий дуговой разряд и содержащий разрядную камеру, образованную полюсами электромагнита, в виде продольной щели, в которой установлены два основных и один вспомогательный (поджигающий) электроды и рупор, согласующий акустический преобразователь с окружающей средой. Звуковые импульсы или периодические колебания в виде последовательности импульсов получают в результате однократных или периодических поджига и гашения дугового разряда. Электрическая дуга между основными электродами поджигается с помощью вспомогательного электрода, поэтому между основными электродами должно действовать напряжение, достаточное для развития самостоятельного разряда, т.е. несколько киловольт. Гашение дуги происходит в результате ее обрыва на концах электродов при движении в магнитном поле.

Недостатком известного электроакустического преобразователя является низкий КПД, обусловленный значительными потерями энергии в цепях электропитания, малым активным сопротивлением дуги и необходимостью дополнительного источника питания электромагнита.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электроакустический преобразователь (а.с. СССР № 869839, кл. В 1/02, 07.10.81), содержащий разрядную камеру с двумя электрода- ми, конденсатор, заряжающийся от внешнего источника тока, и импульсный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику импульсов поджига. В известном преобразователе

ю

с

XI

х| О N

сл

горение дуги прекращается после разряда конденсатора, подключенного к электродам. При этом величина и длительность импульса тока определяются полным активным сопротивлением цепи и индуктивностью проводов.

Недостатком устройства является низкий КПД, обусловленный значительными потерями энергии в цепях электропитания, малым сопротивлением дуги и большим током разряда, а также малым объемом газа, разогреваемого плазмой дуги. По нашим оценкам, коэффициент преобразования электрической энергии в звуковую не превышает 0,02%.

Целью изобретения является повышение КПД дугового электроакустического преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что в электроакустическом преобразователе, содержащем разрядную камеру с двумя электродами, конденсатор, заряжающийся от внешнего источника тока, и импульсный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику импульсов под- жига, в цепь дугового разряда введена катушка индуктивности, соединенная последовательно с высоковольтной обмоткой импульсного трансформатора и разрядной камерой с двумя электродами. Разрядная камера выполнена в виде полого цилиндра, помещенного в Магнитное поле катушки со- осно с ней, электроды в разрядной камере расположены радиально под углом друг к другу и находятся в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра.

Введение в цепь дугового разряда катушки индуктивности и последовательное соединение ее с высоковольтной обмоткой импульсного транформатора и разрядной камерой с двумя электродами позволяет ограничить импульсный ток дуги, увеличить длительность импульса разряда и уменьшить потери в цепи электропитания.

Помещение разрядной камеры в магнитное поле катушки индуктивности позволяет использовать возникающее в катушке за счет тока основного разряда сильное магнитное поле для перемещения дуги внутри разрядной камеры в процессе ее горения.

Расположение электродов под углом друг к другу в плоскости, перпендикулярной вектору магнитного поля катушки, обеспечивает увеличение длины шнура дуги (плазмы) при ее перемещении. При этом увеличивается эффективность теплообмена между плазмой дуги и нейтральным газом в разрядной камере, что позволяет увеличить КПД преобразователя.

На фиг. 1 представлена электрическая принципиальная схема устройства; на фиг,

2 - расположение электродов в разрядной камере.

Электроакустический преобразователь (фиг. 1) содержит разрядную камеру 1 с двумя электродами 2, конденсатор 3, импульсный повышающий трансформатор 4, катушку 5 индуктивности и шунтирующий ее конденсатор 6.

Разрядная камера 1 своими двумя элек0 тродами 2 соединена последовательно с конденсатором 3 через вторичную (повышающую) обмотку импульсного трансформатора 4 и катушку 5 индуктивности. Шунтирующий конденсатор 6 подключен

5 параллельно катушке 5 индуктивности, причем емкость конденсатора 6 значительно меньше емкости конденсатора 3. Первичная обмотка импульсного трансформатора 4 соединена с источником импульсов поджига

0 разряда, Конденсатор 3 подключен к полюсам внешнего источника постоянного тока. Разрядная камера 1 выполнена в виде полого цилиндра и помещена в рабочую зону катушки 5 индуктивности, а электроды 2 в

5 виде штырей введены радиально в разрядную камеру 1 под углом так, что магнитное поле катушки 5 индуктивности направлено перпендикулярно плоскости расположения электродов 2, а минимальное расстояние

0 между электродами 2 находится в центральной части камеры 1 (фиг. 2).

Электроакустический преобразователь работает следующим образом.

Конденсатор 3 заряжается периодиче5 ски в перерывах между импульсами дугового разряда от внешнего источника до напряжения порядка 500 В, после чего на первичную обмотку импульсного трансформатора 4 подается импульс поджига дли- 0 тельностью около с. При этом на

вторичной обмотке импульсного трансформатора 4 возникает импульс высокого напряжения 15 3 кВ, вызывающий искровой пробой зазора между электродами 2 в цен5 тральной части разрядной камеры 1, где расстояние между электродачи 2 минимально. Конденсатор 6 шунтирует катушку 5 индуктивности во время действия импульса поджига. Во время искрового поджигающе0 го разряда между электродами 2 образуется проводящий канал, по которому через вторичную обмотку импульсного трансформатора 4 и катушку 5 индуктивности начинается разряд конденсатора 3 (основ5 ной разряд). Газовый разряд между электродами 2 быстро переходит в стадию дугового. Сердечник трансформатора 4 насыщается током основного разряда. В цепи дугового разряда образуется колебательный контур, состоящий из катушки 5 индуктивности и

конденсатора 3, резонансная частота которого близка к частоте генерируемых колебаний. Длительность импульса тока основного разряда соответствует половине периода свободных колебаний этого контура. Шнур 5 дугового разряда в цепи, содержащей катушку 5 индуктивности,устойчив к кратковременным внешним воздействиям. Поэтому деформации шнура не приводят к обрыву дуги. Это позволяет расположить 10 электроды 2 в разрядной камере 1 так, чтобы при движении дуги в магнитном поле катушки 5 длина шнура дуги существенно увеличивалась,

Под действием магнитного поля катуш- 15 ки 5 каждый элемент шнура дугового разряда перемещается от центра камеры 1 в радиальном направлении, сохраняя форму дуги окружности. Удлинение шнура дугового разряда увеличивает его электрическое 20 сопротивление и, следовательно, увеличивается количество выделенного в разрядой камере 1 тепла.Сильное магнитное поле катушки 5 вызывает перемещение шнура дуги с большой скоростью и резко увеличи- 25 вает теплообмен в области движущейся плазмы. Импульсный разогрев и быстрое охлаждение газа в разрядной камере 1 после прекращения разряда порождают звуковую волну, распространяющуюся от 30 устройства.

+ 0

Частота звуковых колебаний равна частоте следования импульсов поджига. Относительный уровень мощности высших гармоник не превышает 30% при полной акустической мощности 10 Вт,

Коэффициент полезного действия преобразователя (по результатам предварительных испытаний) составляет от 1 до 6%.

Преобразователь может использоваться в системах акустического и радиоакустического зондирования атмосферы, для вибрационных испытаний конструкций в газовой среде и газовом потоке, для акустического исследования трубопроводов, шахт, скважин и т.п.

Формула изобретения

Электроакустический преобразователь, содержащий разрядную камеру с двумя электродами, конденсатор, импульсный трансформатор с высоковольтной обмоткой и внешний источник тока, отличающий- с я тем, что, с целью повышения КПД.в него введена катушка индуктивности, соединенная последовательно с конденсатором и подключенная к одному из электродов, другой электрод связан с высоковольтной обмоткой импульсного трансформатора, причем электроды расположены под углом друг к другу в плоскости, перпендикулярной оси катушки, и размещены в ее рабочей зоне.

Изобретение относится к акустической технике, в частности к устройствам для генерирования мощных периодических звуковых колебаний. Электроакустический преобразователь содержит последовательно соединенные разрядную камеру с двумя электродами, катушку индуктивности, конденсатор, заряжающийся от внешнего источника тока, и импульсный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику импульсов поджига. Новым в преобразователе является введение катушки индуктивности и размещение разрядной камеры с электродами в магнитном поле этой катушки. 1 ил.