Излучатель акустических колебаний Советский патент 1982 года по МПК B06B1/04 

(54) ИЗЛУЧАТЕЛЬ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

1

Изобретение относится к те.хничсской акустике и может найти применение для получения .механически.х колебаний, в частности для генерирования мощных звуковых или ультразвуковых импульсов при исследовании физико-химических характеристик газообразных, жидких и твердых сред, определении чистоты обработки поЕзерхности. при диагностике и линии заболеваний в медицине.

Известен излучатель акчхтических колебаний, содержащий , металлическую спираль, располженную в одной плоскости и помепхенную в высокопрочный изо; ирующий материал, и подвижный элемент, выполненный ввиде диска из двух .металлических пластин, закрепленных в разделяющем их изолирующе.м материале, при этом одна из пластин, обрапхенная к спирали, выполнена из материала:с высокой электропроводностью, а другая, обрап1енная к внешней среде (жидкости), из .материала с высокой механической прочностью |1.

Недостатками данного устройства являются затянутость спадов акустических импульсов и недостаточная частота их формирования, что оъясняетея значительной .массой (инерпионностью) систе.мы и возвратом подвижного эле.мента в первоначальное ноломчепие при по.монхи резинового жгута.

Известен импульсный электродина.ми ческий излучатель, содержащий корнус, возбуждающую KaTynjKy и подвижный эле.мент, выполненный в виде излучающей диафрагмы (мембраны) с закрепленной на ней подвижной катущкой индуктивности, при этом 10 возбуждающая и подвижная катупши размещены соосно и выполнены с неременным числом витков в поперечном сечении 2.

Недостаток указанного излучателя - малая крутизна фронта н спада формируемого акустического импульса. Это объясняется значительной инерционностью 1 злучаю;цей диафрагмы с закрепленной на ней катучнкой индуктивности.

Кро.ме того, значительные динамические ьагрузки. воздействующие на подвижный 20 э.:1е.мент, приводят к eiO быстрому износу и разрушению.

Наиболее близким по технической сущности и достигае.мо.му рез мьтату к изобретению является устройство, содержащее

корпус с зак нм1;и:иными и нем мембраной из токоироиодяиимО иемаг11Иги()1о матерна,ia соосиым-i катушками иидуктнвности, расположенными парадлс.идю мембране но |)азные сторошя от иее н вын()Л1 енные в Егиде п.тоских металлическнх сниралей, закрепленных па п(.дл(жках из изо-лиционно|() мате})иала с )тве)стияУ1Н в 1еитра,1)Иой част 11 |о.

Не/юстатками этого устройства НБЛякпсн He;iocTaTi 4HC) -высокий козф()И 1иент иолезногч) действия и искривление фронта формируемых акустических колебаний.

Первый недостаток обьясняетси тем, ч го часть мемб)аиы, распо.южениая нротив отверстий в ()сиов,)ниях каг И1ек индукти 1К)сти, является нассивиым элементом, в котором вихревые гоки не наводятся. Следовательно, отталкивающее действие испытывает только часть мембраиы, расиоложенная непосредстве-1но перед снира.тями индукторов, которая составляет 50 от общей поверхности мембран1, что зпачнтельио сннжае1 коэффициент полезного действия устройства.

По этой же причине, ввиду незиачительиой ГОЛН1И11Ы н отсутствия ()тталкии)ю;пих си,:| на ее центральную час1ч., мембрана нр()1л;бае1Чя, что искривление фронта (l)o|)ми|) акустических ко.ЧбаHHii

Це,:г1; изобрет1;-нияпо;5ьннени1 К;1.:1

и ./лучшенне частотной ха)акте|)истики уст)ойст1 а, а также унрошсние сборки.

11()став.;1енная цель дос пгается тем, 4io в из,.1учате;1) 5В(ич1ы донол1П1те, апа л(1чгчпые ка1ллп1 -1 ипдукшвности, CTanoii;1енпые соосно с основиыми симм:Т)ичп() по обе CTOpoiii) MCMtipaH), внутри катункк установ,.1еНь; ij:y6K ; пз магиитомя кого материала, а и;: o6ei х поверхностях мемб),1 нанесен1 ; окр,1Т1-я из тонкоп)ов()дян1его ireмагнн1Т1Ого .чатернала, нрн этом донолните,:1ьчые кагун1кп индукти1 Н()етп, раепо.ю;КСМ1ПЬ е по :тороиу от ме.мбраны, сое.чинены носледовате.аьно одна с )й и с осн.овной катуп1кой индуктивности, расно.юженной но ;, ето()ону от нее, а |-акже гем, что нентра,тьная чаеть мембраны вынолнена из магннга, диаметр которс;го швен диа.метру тчкфстия катуи ек индуктивноети, а все катун ки илдуктивности, )аси(;ложенные по одну сторону от 1емб)аны,С()С .чпиен 1 иос,чедовательпо.

Кроме того, н;1оекие металические спи ра,1и ДПх соседних кату|иек ипдуктивчости имеют протпвоно,1ожпое нанрав,1ение памотки.

С нелью иовьпнения иитенсивпостн магнитных нолей со.леноидов нутем создан1 Я замкнутьХ магннтонро и)дов, полые ,т,1ические ци.ли11д)ы и крынп и вьиюлнены и.з маг11итомя Ч ого материа,1а.

Такая конструкция излучателя акустичесKoio облучателя обеспечивает достижение юложительного эффекта нутем активного взан.м(.1действия полной поверхности мембраны с .1а1нитны.ми поля.ми одиночных катуnicK иидуктивности и еоленоидов, при этом часть мембраны, некрытая немагнитным проводя1ни.1 материалом, взаимодействует с полем п.юской металлической снирали катушки индуктивности, расположенной с одной стороны мембраны, а центральная часть мембраны, выполненная из магнитного проводяпгего .материала, взаи.модействует с полем соленоида, расноложенного с другой стороны ме.мбраны.

На фиг. 1 изображен эскиз излучателя

акустических колебаний, разрез; на фиг. 2 - излучатель с центральной частью мембраны из магнита; на фиг, 3 и 4 - внешний вид двух смежных катушек индуктивности с против(Л1Оложными намотка.ми металлических спиралей, вид сверху.

Устройство содержит корпус 1 с закренле ны.ми в пе.м ме.мбраной 2 из токопроводян1его магнитного материала, двумя основными катушка.ми 3 и 4 индуктивноети, распо5 .тоже,нныг.1и параллельно .ме.мбране по разные от нее стороны и вынолненными в виде плоских металлических спиралей 5, закреп,1енных на подложках (основаниях) б из и,золяционного материала е отверстия.ми 7 в центральной части. Корпус 1 закрыт крын1ками 8 е отверетия.ми 9 в центральной части.

Мембрана 2 закреплена в корпусе 1 при n(jMOHiH упругой кольцевой шайбы 10, при этом между поверхностями мембраны 2 и

5 кату1нка.ми 3 и 4 индуктивности имеются и);,.|,ун1ные зазоры 11,

В из,:1учатель акустических колебаний дополнительно введены катушки 12 индуктивности аналогичной конструкции и два польгх метал;1ических цилиндра 13. Катушки 12

0, ,

)аеноложены соосно с обеих сторон мембраны 2 и образуют два соленоида 14 (фиг. 1 ус,1овно показан один соленоид).

,.1ические спирали 5 катушек 12, )асно,тоженных с одной стороны ме,мбраны 2 5 соединены последовательно в единую электрическую цепь, которая включена поеледовательно с отдельной катушкой 3 (4) индуктивности, расположенной с противоположной стороны мембраны 2, Свободные концы сниралей 5 образуют электрические входы 15

и И) соленоидов 14.

V, целью упрошения технологичности c6(j)KH соленоидов 14 плоские металлические спирали 5 двух смежных катушек 12 и)1дуктизности имеют противоположное направ.юние намотки (фиг. 3 и 4). Спирали 5 всех катугнек 3, 4, 12 индуктивности помеHicHbi в высокопрочный изолирующий .матеМеталлические полые цилиндры 13 плотно вставлены в отверстия 7 и 9 катччпек 12 и крышек 8 и вместе с корпусом 1, мембраной 2 и крышками 8 образуют замкнутые магнитопроводы соленоидов 14.

Мембрана 2 выполнена многослойной. Основу ее составляет сплошной диск из магнитного проводяш,его материала (сталь, железо, а часть мембраны 2, расположенная против спиралей катушек 3 и 4 индуктивности, с обеих сторон содержит покрытие 18 из немагнитного проводяшего материала (например медь, серебро и т.д.).

Если центральная часть мембраны выполнена из магнита 19 (фиг. 2), то вне катушки по одну сторону от мембраны соединены последовательно, а к источнику импуль сов тока они подключены через пусковые диоды 20 и 21.

Излучатель работает следующим образом.

Управляющий ток подается поочередно на входы 15 и 16 соленоидов.

При подаче напряжения на вход 15 в токопроводящей части мембраны 2, расположенной против металлической спирали 5 катушки 4, наводятся вихревые токи. В результате пондеромоторного взаимодействия с магнитным полем катушки 4 возникают силы, отталкивающие мембрану 2 в сторону катушки 3.

Одновременно с этим процессом за счет протекания тока по общей электрической цепи Образуется магнитное поле соленоида 14, которое взаимодействует с центральной частью мембраны 2, перемещая ее в том же направлении, в котором она перемещается под действием магнитного поля катущки 4. Таким образом, перемещение мембраны 2 совершается под действием поля катушки 4 индуктивности, расположенной с одной стороны мембраны 2, и магнитного поля соленоида, расположенного с противоположной ее стороны.

При подаче управляюшего тока на вход 16 описанный процесс повторяется и мембрана 2 движется в противоположную сторону. Колебания мембраны 2 через отверстия в полых металлических цилиндрах 13 передаются в окружающ.ую среду.

Излучатель может работать в импульсном режиме и режиме непрерывных колебаний. Изменяя соотношение диаметра мембраны 2 к диаметру ее центральной части, количество катушек 12 индуктивности в соленоидах 14, а также величину воздушных зазоров 11. можно регулировать эффективность работы облучателя и управлять фронтом формируемых акустических колебаний.

Достоинством предлагаемого устройства является более высокий коэффициент полезного действия, что достигается благодаря участию всей рабочей поверхности мембраны в электромагнитных процессах, обуславливающих перемещение мембраны.

При этом устраняется нежелате.1ьный прогиб мембраны и, следовательно, создают ся условия для формирования акустических волн с плоски.м (неискаженным) фронтом.

Если центральная часть мембраны выполнена из магнита, то магнитное поле соленоида взаимодействует с полем постоянного магнита 19 мембраны 2, перемещая центральный участок мембраны 2 в том же направлении, в которо.м перемещается часть мембраны 2, состоящая из проводящего немагнитного материала.

Подбором направления протекания тока по спиралям 8 соленоидов добиваются, что5 л. бы при этом происходило отталкивание мембраны 2 в сторону обесточенного соленоида.

Этот результат обеспечивается, например путем подачи переменного напряжения или последовательности импульсов типа меандр 0 через пусковые диоды 20 и 21 на соответствующие входы соленоидов.

Если управляющий ток подается в противоположный соленоид, то весь описанный процесс повторяется и мембрана 2 движется в противоположную сторону.

5

Излучатель может работать в режиме непрерывных колебаний и импульсном режиме. Изменяя соотнощение диаметра мембраны 2 к диаметру ее центральной части, количество катушек индуктивности в соленоидах, а 0 также величину воздушного зазора между мембраной и соленоидами можно регулировать эффективность излучателя и изменять фронт формируемых акустических колебаний от сферического до плоского.

Достоинством устройства является более 5 высокий коэффициент полезного действия, что достигается благодаря участию всей рабочей поверхности мембраны в электромагнитных процессах, обуславливающих перемещение мембраны.

Q При этом устраняется нежелательный прогиб .мембраны и, следовательно, создается условие для формирования акустических волн с плоским (неискаженным) фронтом.

Формула изобретения

45

. Излучатель акустических колебаний содержащий корпус с закрепленными в нем ме.мбраной из токопроводящего немагнитного материала двумя соосными катушками индуктивности, расположенными параллельно мембране по разные стороны от нее и выполненные в виде плоских металлических спиралей, закрепленных на подложках и.з изоляционного материала с отверстиями в центральной части, отличающийся тем, что,

с целью повышения КПД и улучшения частотной характеристики устройства, в него введены дополнительные аналогичные ка тушки индуктивности, установленные соосно

с осмовнылти сиуметрично по обе cTopoiihi мембргигь, )и катуп/ек ч-т;п1()н,1спы трубки из .1ягко о материала, а на обеих fioBcpxHOCTHX мембрар1Ь нанесены покрытия из токонроводящего немагнитнслч; материала, при зтом дополиителыгьге катушкк иилуктивноети, раеположенные по одну сторону от мембраны, соединены пое-ледова те.тьпо одна с дру.ой и с оеповпой катунжой индуктивности, раеположенной io другую сторону от нее.

2. Излучатель ио и. I, отличающийся тем, что централь,пая част) мемб)аны вы io;iHena из магпита, диамет) равен диаметру отверстия катушек индуктивности а все катушки индуктивности, рас ихюженные 1о одну сторону от мембраны, соединены последовательно.

3. Излучатель по п. п. I и 2, отличающийся тем, что, с целью упрощения сборки плоские .металличеекие спирали двух соеед них индуктивности имеют противоаоложпое направление намотки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР Л« 355990, кл. В 06 В 1/04, 1970.

2..Авторское свидетельство СССР Л 466052, кл. В 06 В /04, 1970.

3.Авторекое свидетельство СССР по заявке .N1. 2360862. кл. В 06 В 1/04, 1976.