Магнитострикционный преобразователь Советский патент 1980 года по МПК H04R15/00 

Изобретение относится к области технической акустики и может быть использовано при разработке преобразователей для ферроакустически устройств -обработки информации. Известны магаитострикционные преобразователи, содержаище звукопровод, обмотки возбуждения, соединенные с соответствующими вы ходалш формирователей импульсов тока, входы которых, в свою очередь, соединены с соответствующими отводами линии задержки, причем с целью расширения полосы рабочих частот обмотки возбуждения имеют разную длину 1. Недостаток таких преобразователей состоит в том, что для возбуждения мощной ультразвуко вой волны требуется большое количество формирователей импульсов тока. Частично зтот недостаток устраняется в известном преобразователе, где на звукопроводе и на линии задержки отражающие нагрузки и формирователи импульсов тока используются дважды, соответственно на обратном и прямом ходе ультразвукового импульса 2. Таким образом, количество формирователей импульсов тока по сравнению с предьщущими конструкциями уменьшается в два раза. Однако для получения мощных ультразвуковых колебаний требуется еще довольно большое количество формирователей импульсов тока. Наиболее близким по технической сущности является преобразователь, содержащий звукопров од с демпфером и последовательно соединенными обмотками возбзгждения, охватывающими участки преобразования звукопровода и подключенными к формирователю импульсов тока 3J. Недостаток этого преобразователя состоит в том,- что он имеет большие линейные размеры зоны преобразования, активная линия задержки формирует пачку импульсов, имеющих сильную температурную зависимость, так как длительности формируемых мультивибраторами импульсов очень близки, то возможны ложные срабатывания мультивибраторов. Целью предлагаемого изобрета{ия является повыщшие эффективности преобразователя путем уменьшения длин зоны возбуждения. Указанная цель достигается тем, что преобразователь снабжен коммутаторами с электронными ключами, дополнительными замыкающими обмо ками, охватьгеающими те же участки звукопровода, что и обмотки возбуждения, причем расстояние между любыми двумя сосеш ими участ ками преобразования одинаково по длине звукопровода, управляющие выходы коммутатора соединены с соответствующими замыкающими обмотками, а выход задающих импульсов пачки коммутатора соединен со входом формирователя импульсов тока. Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема предлагаемого магнитострикционного преобразователя; на фиг. 2 один из вариантов злектронного коммутатора. Устройство содержит магнитострикционный звукопривод 1 с участками возбуждения, после довательно соед1шенные распределенные обмотки возбуждения 2-1 - 2-8, демпфер 3, формирователь импульсов тока 4, дополнительные замыкающие обмотки 5-1 - 5-8,- электронные ключи 6-1 - 6-8, коммутатор 7, коллекторные сопротивления R 8-1-8-8, логические элементы 2И-НЕ с повышенной нагрузо шой спосо ностью 9-1 - 9-8, логические элементы ЗИНЕ 10-1 -10-8, счетные триггеры 11-1 - 11логические элементы 2И-НЕ 12, 13, 14, 15, неременный резистор регулировки частоты 16 и емкость генератора импульсов С. Коммутатор состоит из трех составных час: тей: дешифратора, двоичного четырехразрядного счетчика, генератора импульсов и инвертора. В дешифратор входят схемы совпадения на три входа и состоят из элементов; 19, 10,. Двоичный четьфехразрядный счетчик выполнен на счетных триггерах 11-1 - 11-4. Генератор импульсов состоит из двух логических элементов 12, 13 с емкостной положительной связью и нормирующего инвертора, выполненного на логическом элементе 14. Инвертор выполнен на логическом элементе 2И-ЫЕ 15. Стрелкой показано направление распространения мощного ультразвукового импульса в звукопроводе 1. Количество обмоток возбуждения может быть другим и выбирается в зависимости от величины требуемой акустической мощности ультразвуковых колебаний на выходе преобразовател Электронные ключи 6-1 - 6-8 выполнены на параллельно включенных импульсных германиевых диодах, имеющих малое динамическое сопротивление. При импульсном токе порядка 40 mQ, протекающем через параллельно включенные диоды, сопротивление перехода может быть около 1 Ома. В качестве электронных ключей можно использовать и другие элементы обладающие малым динамическим сопротивлением и требуемыми частотными характеристиками. Параллельно обмоткам 5-1 - 5-8 включены электро1шые ключи, представляющие собой шунтирующие диоды 6-1 - 6-8. Правые обмоток соединены с источником питания 5 В (на чертеже не показан). Левые концы обмоток 5-1 - 5-8 соединены соответственно с комнлекторными сопротивлениями R 8-1 - R 8-8. Коллекторные сопротивления R 8-1 - В 8-8 подсоединены к выходам соответствующих логических элементов 9-1 - 9-8 с повыщенной нагрузочной способностью. Выход счетного триггера 11-1 1 соединен со входами логических элементов 10-2, 10-4, 10-6, 10-8, а также со счетным входом триггера 11-1. Выход счетного триггера 11-2 1 соединен со входами. логических элементов 10-3, 10-4, 10-7, 10-8 и со счетным входом триггера 11-3. Выход счетного триггера 11-2 О соеди1ен со входами логических элементов 10-1, 10-2, 10-5, 10-7 и со входом установка 1 триггера 10-2. Выход триггера 11-3 1 соединен со входами 10-5, 10-6, 10-7, 10-8 и со счетным входом триггера 11-4. Выход триггера 12-3 О соединен со входами схем 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 и со входом установка 1 триггера 11-3. Входы установка О счетных триггеров 11-1, 11-2, 11-3, 11-4 соединены со входом инвертора 15, на вход которого подаются импульсы тактовой частоты. Счетный вход триггера 11-1 соединен с выходом логического элемента 14. Выход триггера 11-4 1 соединен со входом логического элемента 13, выход 11-4 О соединен со входом установка 1 триггера 11-4. Оба входа логического элемента 12 соединены вместе,, и к ним подсоединены переменный резистор регулировки частот R 16 и конденсатор С. Выход логического элемента 12 соединен со входом логического элемента 13 и с другим концом R 16. Выход логического элемента 13 подключен ко входам логического элемента 14 и конденсатору С. Формирователь импульсов тока 4 сострит из предварительного усилителя, выполнешюго на транзисторе КТ 911 А, и оконечного усилителя тока на транзисторе КТ 909 А, нагрузкой которого являются распределенные обмотки 2-1 - 2-6 магнитострикщюнного преобразователя. Коммутатор 7 с электронными ключами 6-1 - 6-8 служит для щунтирования S определенные моменты времени дополнительных замыкающих обмоток 5-1 - 5-8. . Преобразователь работает следующим образом. При подаче положительного тактового импульса через логический элемент 15 на установоюые входы счетных триггеров 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, пересчетная схема, выполненная на этих триггерах, устанавливается в исходное состояние. Положительный потенциал с выхода

счетного триггера 11-4 1 поступает на вход логического элемента 13 2И-НЕ, входящего в состав схемы генератора импульсов. Генератор импульсов, собранный на двух логических элементах 2И-НЕ 12 и 13 начинает выдавать импульсы, длительность и частота которых определяется постоянной цепи R 16, С и может регулироваться Р16. Через логический элемент 14 положительные импульсы подаются на счетный вход триггера 11 - 1, входящего в схему счетчика. Двоичный четырехразрядный счетчик, выполненный на триггерах 11-i, 11-2, 11-3, 11-4, совместно со схемой де1Ш фратора, которая состоит из восьми трехвходовых схем совпадения, позволяет вьщелять последовательно на выходах логических элементов 9-1 - 9-8 импульсы от первого до восьмого. Для обеспечения синхронной работы электронных ключей коммутатора 7 и формирователя импульсов тока 4 пачка из восьми-импульсов берется непосредственно с выхода триггера 11 - 1. Эта пачка подается на вход формирователя импульсов тока, с выхода которого на последовательно соединенные обмотки 2-1 - 2-8 подаются мощные импульсы тока. Этим самым достигается не только синхронная работа этих двух узлов, по и исключается необходимость введения дополнительного формирователя пачки импульсов. С логических элементов 9-1 - 9-8, 10 ЗИ-НЕ и 15 2И-НЕ, сигналы в определенной ко довой последовательности через электронные ключи 6-1 - 6-8 поступают на дополнительны обмотки 5-1 - 5-6. При соответствующей ком бинации потенциалов, снимаемых с выходов триггеров пересчетной схемы, на входах схем совпадения в данный момент положительный импульс будет появляться только на входе одного канала, и таким образом закрыт только один электронный ключ, а все остальные откры ты (замкнуты). Например, первый импульс появится на выходе логического элемента 9-1 в момент, когда на входах логического элемен та 10-1 появятся одновременно три положител ных потенциала, снимаемых с тех разрядов счетчика, которые соответствуют двоичной комбинадии 000, и т.д. После того, как появится восьмой импульс, положительный потенциал, снимаемый с четвертого разряда счетчика, сменится на отрицательный и генератор импульсов прекратит работу. В случае создания пачки импульсов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, более надежен способ формирования с помощью схемы коммутатора. При этом используется только часть схемы коммутатора: генератор импульсов и один разряд счегчика. Настройка осуществляется только подбором нужной частоты енератора импульсов. Температурная нестабильность при этом по кра}шей мере в 2 раза ниже, чем у активной лияни задержки, а ложные срабатывания вообще отсутствуют.

Таким образом, дополнительные обмотки закрываются последовательно от 5-1 до 5-8 и тем самым обеспечивают последовательное возбуждение ультразвуковых импульсов соответственна под обмотками от 2-1 до 2-8.

В результате на выходе преобразователя появляется мощный упьтразвуковой импульс, окружгнньп с каждой стороны маломощными ультразвуковыми импульсами, амплитуда которь х в десятки раз меньше основного. Величина помехи существенно зависит от величины сбпротивления ключей 6-1 - 6-8 в открытом состояржи. Так сопротивление ключей в открытом состоянии порядка 0,5 Ома обеспечивает отношение сигнал/помеха по магнитоупругому считыванию 20, тогда как магнитострикционный преобразователь по прототипу, имеющий 8 звеньев, имеет отношение сигнал/помеха 8.

Длина зоны преобразования предлагаемого преобразователя в 5 раз меньще длины зоны

преобразования прототипа. Преимущество предлагаемого преобразователя состоит также в том. что у него значительно меньще индуктивная нагрузка на формирователь 4. Формула изобретения Магнитострикционный преобразователь, содержащий звукопровод с демпфером и последовательно соединенными обмотками возбуждения, охватывающими участки преобразования звукопровода и подключенными к формирователю импульсов тока, отличающийс я тем, что, с целью повыщения эффективности путем уменьшения длины зоны возбуждения, он снабжен коммутатором с электронными ключами дополнительнь1ми замыкающими обмотками, охватывающими те же участки звукопровода, что и обмотки, причем расстояние между любыми двумя соседними участками преобразования одинаково по длине звукопровода, управляющие выходы коммутатора соед1шены с соответствующими замыкающими обмотками, а выход задающих импульсов пачки коммутатора соединен со входом формирователя импульсов тока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 272363, кл. Н 04 R 15/00, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 534889, кл. Н 04 R 15/00, 1976. 3.Авторское свидетельство СССР № 477561, кл. Н 04 R 15/00, 1975.

Г

К

r-iS

f глчненту 4

К злектрвннмм ключам 6 Фиг.2