Ультразвуковой магнитострикционный излучатель Советский патент 1982 года по МПК B06B1/08 

(5) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к ультразвуковой технике, а конкретно- к устройствам, преобразующим электрическую энергию в механические колебания высокой частоты, и может быть использоваг ;но в различном технологическом оборудовании разныхотраслей народного .хоз.яйства.

Из основного авт. св. W 250556 известен ультразвуковой магнитострикци-,о онный излучатель, содержащий магнитопровод и обмотку возбуждения, причем магнитопровод выполнен в виде соединенных в общий пакет секций, имеющих различные собственные частоты ts механического резонанса П 1.

Недостаток этого устройства состоит в невысоком коэффициенте полезного действия.20

Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия.

Поставленная цель достигается .тем, что секции выпсзлиены из пластин

с одинаковыми геометрическими размерами и по крайней мере из трех разнородных материалов с различной скоростью распространения упругой волны, причем пластины объединены в группы так, что в группе содержится по крайней мере одна пластина из каждого материала,а частоты их механического резонанса изменяются монотонно, а также тем, что у пластин, входящих в соседние группы, характер изменения частот механического резонанса носит противоположный характер.

Сущность изобретения заключается в том, что выполнение пластин с одинаковыми геометрическими размерами, изготовление их из разнородных магнитострикционных материалов и соответствующий набор в секциях позволяют избежать значительных потерь на внутреннее трение и тем самым, при сохранении широкой полосы амплитудночастотной характеристики (АЧХ), а точнее - при ее расширении, повысить КПД , исключив его взаимосвязь с шириной полосы АЧХ, а также устранить неравномерность излучения и рас ширить функциональные возможности пр образователя. На фиг. 1 показан общий вид преобразователя (вид сверху) ; на фиг.2вертикальный разрез; на фиг. 3-5 показаны варианты группировки пластин в секции и эпюры изменения скорости распространения упругой волны по высоте .секции; на фиг. 6 представлена aмплитyднo-чacтotнaя характеристика. Магнитопровод 1 излучателя, рассчитанного на среднюю рабочую часто-ту 18 КГЦ, набран-из кольцевых пластин 2, имеющих одинаковые геометрические размеры и средний радиус 1,i) мм. В пластинах выполнены радиально расположенные цилиндрические отверстия 3, через которые проходит |обмотка возбуждения k, тороидально |уложенная на магнитопровод 1 и подключенная к ультразвуковому генератору (на чертежах не показан),напрнмер УЗГ-2-10. Пластины выполнены из пяти разнородных магнитострикционных материалов, а именно из сплава К-б5 (на чертежах обозначен буквой А), альсифера (В), альфера (В), гиперника (г) и пермалоя (Д), имеющих разли ные скорости распространения упругой волны, соответственно (данные взяты из разных источников) 5,1x10 , 4,9x10, 4,78x10, ,г|х10 и 4,3х х10 см/сек. : Магнитопровод преобра.зователя вы сотой 36 мм состоит из тридцати групп 5, каждая из которых объединена из восьми пластин 2 толщиной 0,15 мм. Плаот.уны объединены в группы таким образом, что в каждой из них есть по меньшей мере одна пластина из каждого из вышеуказанных материалов а скорость распространения упругой волны изменяется монотонно при переходе от одной пластины к другой (эпюра 6)- сначала уменьшается от 5,1x1.0 до А,3x10 см/сек, а затем возрастает до 4,9x10 см/сек. При этом пластины, контактирующие между собой и входящие в разнь1е груп пы, выполнены из сплава К-б5(А) и альсифера (Б), скорости распростране ния упругой волны которых отличаются одна от другой на 0,2хШ см/сек. Выполнение пластин преобразователя менее чем из трех разнородных материалов является нецелесообразным, т.к. это будет приводить к уменьшению ширины полосы АЧХ при условии сохранения достаточно высокого КПД, либо к снижению КПД при обеспечении значительной ширины полосы АЧХ. Использование же максимально возможного количества магнитострикционных материалов обеспечит преобразователю большую ширину полосы АЧХ и высокий КПД, Оптимальным представляется выполнение пластин из четырех или пяти разнородных материалов, которые нужно стремиться подобрать так, чтобы скорости распространения упругой волны у них отличались одна от другой на минимальную и примерно одинаковую величину. Формировать группы Jj необходимо таким образом, чтобы их высота была одинакова и чтобы в каждой из них были представлены все магнитострикционные материалы, из которых выполнены .пластины, т.к. это обеспечивает им одинаковые по ширине полосы АЧХ и равномерность излучения по высоте магнитопровода. Принцип работы преобразователя тот же, что и известных преобразователей кольцевого типа. При подключении обмотки возбуждения 3 к ультразвуковому генератору в магнитопроводе 1 возникают магнитные силовые лит НИИ, проходятцие по окружностям, лежащим в плоскостях, перпендикулярных его оси. Под влиянием магйитострикционных сил, развивающихся в теле магнитопровода, его излучающие поверхности начинают совершать радиальные механические колебания. При этом за счет того,- что пластины магнитопровода выполнены с одинаковыми геометрическими размерами (средний радиус 1,5 мм) и из сплава K-6lj (,5 кгц), аль.фера (,8 кгц), альфера (| 18,0 кгц) , гиперника (fpe-r 7,0 кгц) И, пермалоя (,5. кгц) , каждая из его секций, а следовательно и весь преобразователь, имеет ширину полосы АЧХ 2,5 КГЦ. В случае работы на постоянную нагрузку, например при обработке жидкости, преобразователь работает на какой-то одной частоте, например на средней рабочей частоте 18 кгц. При работе же на постоянно изменяющуюся , нагрузку , например, при волочении труб на цепных станах, пре5ЭУобразователь работает на резонансных частотах, отклоняющихся от средней рабочей частоты, например, в одну до 17,7 КГц) и другую (до 18,3 КГц) стороны. В группы пластины могут быть сгруппированы так, что скорость распространения упругой волны будет либо только увеличиваться (уменьшаться) (фиг. it, эпюра 7). либо последовательно и несколько раз (фиг.5, эпюра 8) увеличиваться и уменьшаться. Секции 3 могут быть сгруппированы и соединены в магнитопровод так что скорость распространения упругой волны у пластин, контактирующих между собой и входящих в разные секции (фиг. 4), будет одинакова, что так же, как.выполнение секции одинаковой высоты и из всех магнитострикционных материалов, из которых изготовлены пластины, способствует обеспечению равномерного излучения по высоте магнитопровода.. в Формула изобретения 1. Ультразвуковой магнитострикционный излучатель по авт. св. №250556, отличающийся тем; что, с целью повышения КПД,секции выполнены из пластин с одинаковыми геометрическими размерами и по крайней мере из трех разнородных материалов с различной скоростью распространения упругой волны, при этом пластины объединены в группы так, что в группе содержится по крайней мере одна пластина из каждого материала, , а частоты их механического резонанса изменяются монотонно. 2. Излучатель по п. 1, о т л и чающийся тем, что у пластин, входящих в соседние группы, характер изменения частот механического per зонанса носит противоположный характер, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №250556, кп. В Об В 1/08.- 1967 (прототип).