Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 73
Текст из файла (страница 73)
В диапазоне десятков и сотен кГц в акустоэлектропике используются магнитострикционные ферриты-шпинели, на частотах до десятков и сотен МГц — ферриты-гранаты па основе редкоземельных элементов. В подавляющем большинстве случаев М. и. работают при наличии постоянной составляющей магнитного поля Н, (индукции В,), причем соблюдается условие В, е Вг, где Вт — амплитуда перемеинои составляющ™ей индукции. При таком подмагнвчивании постоянным полем имеет место лннеаризация эффекта магнитеетрикции и сердечник излучателя колеблется с частотой возбуждаюгцего поля, а вдс в обмотке приемника имеет ту же частоту, что и внешнее действующее на сердечник звуковое давление.
Постоянное подмагничивавие создается либо постоянным током, протекающим по обмотке, либо с помощью постоянных магнитов, вставленных в магпитопровод сердечника, либо аа счет остаточной намагниченности. Величина Н,(Ве) выбирается в зависимости от конкретных условий применения М. п. Для того чтобы обеспечить максимальный эффект преобразования, используется т.
и. оптимальное значение Нг(На т), соответствуювтее максимуму коэфф. магнитомеханической связи. В мощных излучателях применяются значения Не, в два раза превыгпающие Ноям с целью сохранения линейной зависимости между возбуждающей индукцией и механич.
напряжением и уменьшения механич. потерь. В целях достижения предельной для данного магнитострнкционного материала удельной мощности излучения применяют Не Не/2, где В, — ипдукция насыщений. В приемниках достаточной бывает остаточная камагпиченностгь при к-рой магвитострикциопиая ьонстанта чувствительности близка к своему максимальному значению. М.п. в фильтрах, стабилизаторах и т.п. устройствах работают как при остаточной намагниченности, так и с подмагничиваипем постоянным полем.
Подбирая величину постоянного поля в применяя термомагнитную обработку, можно управлять теми или иными свойствами М. н., напр.: снижать потери, повышать константы преобразования и стабильность 'свойств (см. зависимость характеристик материаэга от Не в ст. Магнитаетрикцианние материалн), изменять в известных пределах рабочую частоту [см. Дельта Н-эффект). М. и. как излучатели, так и приемники звука используются обычно в режиме резонансных колебаний сердечника.
Па резонансе работают и М. п. в устройствах акустозлектроники. М.п., применяемые в качестве датчиков колебаний, могут использоваться и вне резонанса. В гидроакустич. устройствах и в промышленных УЗ-вых установках чаще всего применяются М. п. стержневого или кольцевого типа. Сердечники стержневых М, п. представляют собой два (или несколько) стержня, соверпзающпх продольные колебания вдоль оси. Еонцы стержней соединяются между собой накладкой, так что образуется замкнутый магнитопровод (рвс. ), а). Обмотка наносится на стерн<ни таким образом, чтобы в соседних стержнях поле было паправлеио противоположно.
Геометрич. параметры стержневого сердечника обычно выбираются так, чтобы сохранялась продольная устойчивость при колебаниях стержней, не возникали парааитные изгибные колебания накладок и чтобы резонансная частота понижалась без большого увеличения продольных размеров. Излучение (или прием) звука происходит со стороны накладок. При одвосто- 198 МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ роннем излучении (или приеме) со стороны неработающей поверхности соадают экран — воздушную поду(пну (напр., с помощью пористой резины). Длн кольцевых преобразователей применяется тороидальная обмотка, проходящая в нок-рых конструкциях черев отверстия в сердечнике (рис. 1, б).
И зависимости от способа нанесения обмотки и от располоя(ения экранов звук ивлучается наружной или внутренней цилиндрич. поверхностью кольца: при помещении экрана на наружной поверхности излучатель работает как фекусирующий, при обклейке резиной изнутри он излучает во внешнюю среду с равно- Рис. т. Преобрпэоеатели ип металлических мягнитостРикционнык иетериалов с серцечниками: а — стержневой, б и е — кольцевой йормы. Стрелками (не всех рис.) помечено направление тока е обмотке. мерной азнмутальной характеристикой кояровленоости. Сердечники из металлич, материалов длн уменьшения потерь на токи Фуко набирают из штампованных тонких пластин (рис. 1, а и б) или навиван(т из тонкой ленты (рис. 1, е).
Толщина пластин (ленты) составляет обычно 0,1 — 0,2 мм. Для иаолнции используетсн окисная пленка (на никеле) или пленка из к.-л. полимеризующейся смолы. Перед сборкой сердечника материал подвергают отжигу, рея(нм к-рого может влиять на свойства М. и. Сердечники из форрптов испольвуют монолитными, ввиду большого электросоттротнвления втих материалов, и обычно с вклеенными постоянными магнитами (рис. 2). Применяют также стержневые сердечники, у которых накладки выполненм не ив магнитострикционных, а из магнитно-мягких материалов.
Ферритовые сердечники в фильтрах, резонаторах и т. п. устронствах имеют форму колец, стержней, гантелей, трубок; при этом использу- Рис. 2. Ферритовые преобраповатоли с вставленныии в монопитный серцечник постоянными магнитами (эачернены). ются как продольные, так и крутильные колебания сердечников (рис. 3).
Сердечники, работающие на крутильных колебаниях, имеют форму трубок или гацуелей со сквозным отверстием по оси и взаимно перпондикулнрной ориентацией постоянной и переменной индукции. Напр., остаточная индукция подмагничивания В„ созданная с помощью соосного с трубкой соленоида, направлена по оси, а переменное поле В возбуждается тороидалъной обмоткой и ориентировано по окружностям в плоскостях, перпендикулярных оси (рис. 3, б). Или циркулярная постоянная остаточная индукцня возникает в результате мощного импульса тока в пропущенном через отверстие проводнике, а переменное позе направлено вдоль оси и создается соленоидальной, соосной с сердечником обмоткой (рис.
3 е). а Зоре п б е Рис. 3. Мягнитострикционные Рееонаторы, Работающие; с — ке процояьных, б и е — не крутильиыт колебаниях. Резопанснме частоты )е сердечников в виде тонких трубок или стержкей постоянного сечения вычвслнютсн по формулам: )е = — 1Г— длн продольных и (е = — ")г т/О 2)) р для крупильных колебаний, где и— МАГИИТОСТРИКЧИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 199 номер гармоники, ! — длина стерн«ня (трубки), й — модуль Юнга, 6— модуль сдвига, р — плотность материала сердечника.
При учете конечной толщины стерн«нн радиуса г и эффекта Пуассона вырви«ение для го умножается на величину 1()л 1 -«- и'охя'г94р, где о — коэфф. Пуассона. Резонансные частоты стержневого сердечника с накладками определяютсн выражением: и зп б, с!8 =" (,! == б !8 —.— у зло где !х и Я> — длина и площадь поперечного сечения стержня, ! и Я— те >ко величины длн накладки. Резонанснан частота радиальных колебаний тонкого кольца или цичиндра приближенно определяется ф-лои: где г Р— средний радиус кольца.
Наличие отверстий длн обмотки понижает частоту кольцевого сердечника. В чаписимости ог режима работы, обусловленного нагрузкой в электрич. цепи преобразователи (ехолостой ходе, «короткое замыкание« или промежуточные режимы), в ф-лах для резонансных частот будут фигурировать модули упругости Е и 6>г й~и 6В пли же промежуточные между этими крайними величинами значения модулей (см. Ма«нито«и>риквия); соответственно и сами значения резонансных частот будут несиолько различными.
В технологич. УЗ-вых установках используют М. п. в сочетании с пассивными металлич. элементаии — диафрагмами (рис. 4, а) и стержневыми кончентраторами (рис. 4, б). Излучатели на основе М.п. с диафрагмами широко используютсн в ваннах УЗ-вой очистки, в устройствах длн воздействия УЗ на разнообразные процессы, протекающие п жидкой фазе. М. п. о концентраторами составляют основу УЗ-зых инструментов для л>ехапической обработки, с«арпи, выполнения хирургич. операций и т.п. М.
п, из металлич. материалов обладают электроакустич. кпд-50«йе. У ферритовых М. п, благодаря отсутс>- нию потерь на токи Фуко и высокой механической добротности кпд достигает — 70 — 80«йе. Интенсивность, т. е. удельная мощность, днусторонпего излучения стержневых М. и. на резонансной частоте (е определнетсн выражением: 1 = — тее сое ! сп Н* с где а — магнитострикционпая константа, гн — механическое удеяьное сопротивление акустической нагрузки, с — скорость звука в материале сердечника, ц„„ — мехапоакустический кпд. Максимальная интепсивцость нзлунения рп„х ))!. п. ограпйч>«веется при работе на значительную акустнч, нагрузку (нанр..
прп излуче- Рнс. «. Магнптостовкцнонные ноеобраэоеателн: а — дня уяьтразеуповых вани, б — для ультраееукоеых инструментов. нии з жидкость в докавитационном режиме) нелинейпостью свойств материала, обусловленной явлением магнитного насыщения. Длн излучателей из никели Ртах Достигает — 10 — 20 Вт/сзтх, для излучателей из железокобальтовых сплавов (пермендюр, гиперко) л'т составляет несколько десятков Вт>смх, для ферритовых излучателей-10 Вт>сие.
При работе с малой нагрузкой (напр., в УЗ-вых инструментах) ограничивающим фактором нвляется мехаиичоскан прочность материала. Так, у ферритовых иалучателей в отсутствии нагрузки амплитуда колебаний ограпичиваетсн величинои -2 мкм на частотах 20 — 40 кГц, у л>еталлич, излучателей амплитуда может достигать 10 мкм к более. Высокан механич.
прочность, отсутствие специальных требований к гидроп злектропзоляцни сердечника являются достоинствами М. и., определяющими в пек-рых случаях их препмущестзо перед пьезоэлектрическими преобразователями при использовании в диапазоне частот от 1 до 100 кГц для целей гидроакустики и УЗ-вой технологии. При использовании ферритовых М. п. в фильтрах и резонаторах добротность их достигает десят- 5!АГНИТОСТРИКЦИЯ ков тысяч при отвосительвоя простоте изготовлевин и удобстве схемных решений.
М. п. иа основе ферризаграната вттрин (Иб>Г) обеспечивают устройствам акустоэлектронвки в акустич. СВЧ диапазоне добротность до (О'. Лит.: Х з р н е в н ч А. А., Теория преобрззогвтелей, М. — Л., ! 048; Г у т н и Л. Я., »журн. техннч. фйзннн», 1945, т. 15, № 12,с. 024 — 41; Матаутен И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962; ультразвуковые преобразователи, под ред. Е. Кннучн, пер.
с знгд., М., 1972; ти о о 1- ! е 1 1 К. 3., «1ЕЕЕ 1га>нас!.», 1968 ЗП 15, № 4, р. 218 — 29; Ганеев Л. 5(., Гол я ни на И. Н., »Ануст. жл, 1974, т. 20, № 3, с. 378 — 85. И. Г). Галанино. МАГНИТОСТРИКЦИЯ вЂ” деформировавие тел при изменении их магвитпого состояния. Термин »М.» употреблнют также для обозначения величины магвитострикциоввой деформаднв А = А!Н, т. е. относительного измевевия размера ! образца в магвитвом поле. Эффект Ы.
сильно выражев в ферромагветпках и век-рых фгрритаг, для к-рых й достигает 20 г — (О-г; в автиферромагветиках ов очень мал, а у диа- и парамагяитпых веществ практически отсутствует. М. открыта в 4542 Дж. П, Джоулем, обнаружившим изменение ливеивых размеров ферромагнитного тела (ливейиан М.) в направлении напряженпостн магнитного поля 11(продольвая М., или эффект Джоуля). Деформировавне тел наблюдается также и в других ваправленвях, в частности лежащих в плоскости, перпендикулярной Л (поперечная М.), Величина линейной М, в области техвич. вамагничпвавия (т. е, до техпич.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
