Магнитострикционный преобразователь Советский патент 1983 года по МПК B06B1/08 H04R15/00 

1

Изобретение относится к технической акустике и может быть использовано в различном технологическом оборудовании.

Известны магнитострикционные преобразователи, в которых возбуждающее поле и поле подмагничивания создаются пропусканием постоянного и переменного токов обмотки 1.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь, содержащий стержень из магнитострикционного материала, обмотку возбуждения и систему подмагничивания на постоянных магнитах 2.

Недостатком известного преобразователя является малая интенсивность излучения, обусловленная тем, что его конструкция может быть применена лишь для стержней из материалов с магнитной проницаемостью f( 1, которые обладают сравнительно низкой магнитострикцией.

При использовании магнитострикционных материалов на основе соединений редкоземельных элементов (РЗЭ) с железом с f для достижения максимальной магнитосрикции требуются значительно больщие поля подмагничивания, так как только

при этом условии образуется замкнутый магнитопровод, заключающий в себя основной магнитный поток и обеспечивающий требуемую напряженность поля подмагничивания.

Цель изобретения - повыщение удельной акустической мощности при использовании магнитострикционных материалов с низкой магнитной проницаемостью.

Поставленная цель достигается тем, что система подмагничивания выполнена

10 в виде двух симметрично расположенных относительно оси стержня магнитных блоков, каждый из которых состоит из двух примыкающих друг к другу постоянны-х магнитов, имеющих противоположную

15 полярность и намагниченных в направлении, перпендикулярном оси стержня, при этом поверхности магнитов, обращенные к стержню, имеют монотонно изменяющийся профиль с уменьщением зазора между

2р поверхностями магнитов и стержня от центра к краям стержня.

На фиг. 1 изображен преобразователь: на фиг. 2 - расчетная и экспериментальная кривые зависимости поля подмагничивания Н от координаты X вдоль оси стержня.

Преобразователь состоит из активного стержня 1,. из магнитострикционного сплава РЗЭ с железом, обмотки возбуждения 2, намотанной на каркасе 3 и статической системы подмагничивания, состоящей из двух одинаковых симметрично расположенных магнитных блоков, между которыми помещен стержень 1. Каждый магнитный блок состоит из двух примыкающих друг к другу постоянных магнитов 4 и 5 из высококоэрцитивного материала. Постоянные магниты 4 и 5 имеют противоположную полярность и намагничены в направлении, перпендикулярном оси стержня.

Магниты укреплены на пластинке 6 из стали с высоким значением магнитной проницаемости. Поверхности магнитов 4 и 5, обращенные к стержню 1, имеют монотонно изменяющийся ступенчатый профиль с величиной зазора между поверхностями магнита и стержня 0,,179E-0,077t-0,07« от центра к его краям через каждый 0,125f, где 6 - длина стержня. Стержень 1 закреплен по центру в каркасе 3 микрометрическими винтами 7.

Предлагаемый преобразователь, работает следующим образом.

Постоянный магнитный поток, выходящий во внещнее пространство (рабочую зону) с поверхности ступеней магнита 5 замыкается на поверхности ступеней магнита 4. Крайние ступени приближены к оси стержня 1 для получения максимальной размости магнитного потенциала на концах рабочей зоны. Высоты внутренних ступеней подобраны так, чтобы изменение потенциала вдоль стержня 1 было линейное и напряженность продольного поля постоянна. Роль внутренних ступеней состоит в том, что они направляют дополнительный магнитный поток в рабочую зону, так как при их отсутствии наблюдается заметное ослабление потока в центральной части стержня. Таким образом, высокая напряженность поля в данной системе подмагничивания достигается за счет достаточно больщого количества материала постоянных магнитов 4 и 5 и оптимальной геометрии конструкции, позволяющей направить основную часть магнитного потока вдоль продольной оси стержня 1 и максимально снизить поле рассеяния. Указанные соотношения размеров ступенчатого профиля позволяют получить требуемые значения напряженности поля в стержне 1 при однородности поля 5% в минимальных габаритах и при максимальном использовании энергии постоянных магнитов 4 и 5. Представленные (фиг. 2) экспериментальные измерения зависимости поля Н от координаты X вдоль оси стержня (сплощная кривая) и расчетная зависимость (пунктирная кривая) показывают, что на протяжении 80% длины стержня поле однородно и составляет 1100 Э. При подаче переменного напряжения на возбуждающую катущку 2 в стержне 1 возникает переменное магнитное поле, параллельное оси стержня. Суперпозиция этого поля и постоянного поля системы подмагничивания обеспечивает вывод рабочей точки преобразователя на наиболее крутой участок магнитострикции, на котором и происходит работа преобразователя.

Предложенное изобретение позволяет использовать в преобразователях материалы с высокой магнитострикцией, что, в свою очередь, позволяет увеличить удельную акустическую мощность преобразователя.

Формула изобретения

Магнитострикционный преобразователь, содержащий стержень из магнитострикционного материала, обмотку возбуждения и систему подмагничивания на постоянных магнитах, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной акустической мощности при использовании магнитострикционных материалов с низкой магнитной проницаемостью, система подмагничивания выполнена в виде двух симметрично pf cпoлoжeнных относительно оси стержня магнитных блоков, каждый из которых состоит из двух примыкающих друг к другу постоянных магнитов, имеющих противоположную полярность и намагниченных в направлении, перпендикулярном .оси стержня, при этом поверхности магнитов, обращенные к стержню, имеют монотонно изменяющийся профиль с уменьшением зазора между поверхностями магнитов и стержня от центра к краям стержня.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М,, Изд-во «Иностранная литература 1956, с. 55, фиг. 49.

2.Источники мош,ного ультразвука. Под ред. Л. Д. Розенберга. М., «Наука, 1967, ч. II. с. 133.

У/7//////////////////////////////////////////Л

-б

Фиг,.

5QQ ,