Майер В.В. - Простые опыты с ультразвуком (1040531), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Это соображение позволяет допустить, что здесь будет уместен небольшой рассказ о том, как были построены магнитострнкционпые излучатели высокой частоты. На одной нз конференций мы встретились с А. Р. Геннингом, который любезно показал в действия разработанные им ультразвуковой генератор н магннтострикцнонный излучатель на частоту 20 кГц. Опыты с этими приборамн были настолько прекрасны, что нх нельзя было не повторить. Когда спустя не- са + ся Ф- делю илн две мы воспронз- г вели нх у себя в институте, Йг д нужно было решить, что делать дальше.
Посовещав- Р "с, З Ч'Рт'ж каР",аса высокочастотного дросселя. и нссь мы пришли к выводу, что разумно работать в двух направлениях: максимально упростить электронный генератор, не снижая при этом его мощности, н попытаться — поскольку феррит доступен и отлично работает на низких частотах — получить с помощью ферритовых вибраторов ультразвук максимально высокой частоты. Насколько скромны были наши желания, следует из того, что в то время частота Г80— 200 кГц казалась нам почти недостижимой! Первая задача была решена довольно быстро: мы собрали все описанные в методической и доступной нам специальной литературе ультразвуковые генераторы, исследовалн нх, сопоставили полученные результаты и остановились на уже хорошо вам знакомом генераторе, собранном на лампах по двухтактной схеме с емкостной обратной связью н индуктивной регулировкой частоты (см.
рис. 22 и 28). Вторая задача оказалась сложнее: короткие внбраторы никак не хотели возбуждаться. Наконец, удалось получить ультразвук с помощью ферритовых стержней диаметром 8 мм н наименьшей длиной 55 около 30 мм. При этом использовался магнитострикционный излучатель без подмагничивапия вибратора (см. задание 16). Трудности этой работы станут понятнее, если заметить, что генератор и излучатель фактически представляют собой единое целое. При изменспии длины вибратора изменяется индуктивность излучателя, меняются параметры колебательного контура, с которым связан излучатель, «уходит» резонансная частота и т. д.
Все это приводит к изменению мощности, отдаваемой генератором в излучатель. А мощность генератора и так невелика. И увеличивать ее не имеет смысла: тогда уж лучше вообще бросить это дело и рекомендовать для постановки учебных опытов промышленную ультразвуковую установку. Помимо подобных трудностей, есть и другие, пожалуй, более неприятные. Исследователь, с большим трудом получивший какой-то экспериментальный результат, в дальнейшем очень неохотно идет на изменение условий эксперимента.
Необходимо определенное время, чтобы исследователь внутренне оказался подготовленным к новому этапу работы, Ведь любой новый этап отрицает старый результат, а последний сонсем недавно был тем неизведанным новым, к чему исследователь стремился, напрягая все свои душевные и физические силы! Проводя экспериментальную работу, вы очень скоро почувствуете все это.
Спустя примерно год после начала работы (а за это время были поставлены сотни опытов!) мы построили ультразвуковой излучатель средней частоты (см. рис. 27). Как уже отмечалось выше, для возбуждения его вибратора пришлось несколько изменить параметры колебательного контура генератора. Мы попытались и дальше идти по этому пути: еще уменьшилп индуктивность контурной катушки генератора.
В результате удалось возбудить колебания феррнтового вибратора длиной порядка 10 мм. Вольшего мы получить не смогли. Неудачи при попытках возбудить еще более короткий вибратор привели к мысли попробовать воспользоваться обмоткой возбуждения излучателя в качестве контурной катушки генератора. Так был построен генератор, схема которого изображена на 56 рис.
28. Этот генератор позволил получить ультразвук с помощью ферритовых стержней диаметром 8 мм и длиной около 5 мм. Однако рабочая плошадь таких вибраторов мала и возможности их применения ограничены. Поэтому в дальнейшем в качестве вибратора использовалась круглая пластинка (диск) диаметром 20 мм, вырезанная из плоского ферритового стержня толшияой 3 ми.
Опыты по возбуждению этого вибратора продолжались довольно долго. Менялись генераторы, обмотки возбуждения, поляризуюшие вибратор магниты, а успеха все не было. Слабенький ультразвук получался, по д Г у г-Эа это было далеко не то, что Ф нужно. ! ! Ы В опытах плоский вибратор помешался непосредственно на магниты; обмотка возбуждения, как и во всех других магнитострикциониых излучателях, была параллельна излучавшей плоскости вибратора (рис.
30), т. е. намотана по длине — или здесь лучше сказать по толщине — вибратора. Конечно, работать с такой обмоткой возбуждения неприятно, но мы надеялись в случае успеха гридумать приемлемую конструкцию излучателя. После месяцев работы однажды стало совершенно ясно, что построить высокочастотный магнитострикционный излучатель ультразвука не удастся. Жаль было не потраченных усилий — к этому нужно всегда быть готовым,— а того, что доказать возможность или невозможность получения ультразвука высокой частоты и достаточной интенсивности определенно не удалось. Работа в тот день продолжалась по инерции и не так тщательно, как обычно. Обмотка возбуждения соскочила с излучателя, стала под углом к поверхности вибратора, и не было нн сил, ни желания поправить ее — все равно ничего ие получается! Однако.
когда была произведена настройка в резонанс, 57 ультразвук как будто стал интенсивнее. Мы вновь проверили это наблюдение, теперь уже специально разместив обмотку возбуждения перпендикулярно к плоскости излучателя: появились мощные ультразвуковые колебания! Впереди был еше целый год работы, но в принципе этим «случайным» наблюдением проблема была решена. Отличительная особенность всех описанных ниже высокочастотных излучателей ультразвука заключается в том, что в них используются колебания вибраторов, происходящие в направлении, перпендикулярном к направлению изменения напряженности возбуждающего эти колебания переменного магнитного поля.
В низкочастотных же излучателях внбраторы совершают ультразвуковые колебания в направлении, совпадающем с направлением переменного магнитного поля. Допустить возможность такого отличия высокочастотных излучателей отнизкочастотных в принципе ве трудно. Однако поверить в его необходимость после того, как сформировался определенный стереотип в работе с низкочастотными излучателями, почти невозможно. Необходимо было либо случайное наблюдение, либо опыт, поставленный по принципу: «а что получится, если наугад изменить условия?», чтобы от низкочастотных излучателей перейти к высокочастотным. Магннтострикционный излучатель для получения ультразвука частотой порядка 1 МГц состоит из ферритового вибратора 1, обмотки возбуждения 2 и подмагничиваюшнх вибратор магнитов 3 (рис. 31).
Вибратором служит плоский ферритовый стержень марки М4ООНН размером 3 Х 20Х 100 мм'. Вибратор совершает колебания по своей толщине, и при возбуждении на основной собственной частоте между излучающими плоскостями вибратора укладывается половина длины волны (3 мм) ультразвука в феррнте. Расчет и измерения показывают, что частота ультразвука в этом случае заключена в пределах 0,9— 1,2 МГц (не все ферритовые стержни одной марки обладают одинаковыми свойствами).
Вибратор в каркасе обмотки возбуждения расположен совершенно свободно (иикак не закреплен). бэ Обмотка возбуждения излучателя содержит две секции по 23 — 27 витков в каждой, намотанные проводом ПЭЛ 0,8 — 1,0 на плоском каркасе, конструкция и размеры которого показаны на рнс. 32. Секции намотаны в одну сторону и разделены тонкой текстолитоной перегородкой. Для подмагничивания вибратора использована стопа из 3 — 6 кольцевых керамических магнитов диаметром 35 мм н толщиной 7 мм. Магниты должны касаться вибратора и могут располагаться относительно него, вообще говоря, как угодно. Необходимо иметь в виду, что увеличение напряженности подмагничивающего вибратор постоянного магнитного поля Рис.
31. Схема иесимметричныо магннтострнкционного излучатели для иолучения ультразвука частотой 1 Мрц. Рнс. 32. Чертекг каркаса об- мотки воабугкдения. приводит к уменьшению индуктнвностн' обмотки возбуждения. А поскольку обмотка возбуждения одновременно является контурной катушкой генератора (см, рис. 28), зто уменьшение индуктивности при настройке в резонанс должно быть компенсировано соответствующим увеличением емкости контурного конденсатора.
Общий вид подготовленного к работе магнитострикционного излучателя изображен на рис. 33. Для проверки излучателя следует, протерев вибратор спиртом (он должен быть совершенно чистым и сухим), ввести его внутрь каркаса обмотки возбуждения и привести поляризующие вибратор магниты в соприкосновение с его торцом или нижней излучающей плоскостью. На выступающую из каркаса обмотки возбуждения часть верхней излучающей плоскости нанесите каплю трансформаторного или подсолнечного масла.
Подключите обмотку возбуждения бв излучателя к генератору и конденсатором переменной емкости настройте генератор в резонанс с вибратором. При этом о нормальной работе излучателя свидетельствует характерное «вспучивание» масла на поверхности вибратора. Изготовив и проверив излучатель, отберите такие ферритовые стержни, которые дают ультразвук максимальной интенсивности. Рис. 33. Внешний вин несимметричного магннтостриинионното излучателя на частоту 1 МГн.
Выводы а обмотки вовбумдевив водоливам светлымк враводииквыи, вывол б — темным. Скруеиветь выводы ыеыду собой вемелвтельио. В дальнейшем лля определенности мы будем считать основную резонансную частоту ферритового вибратора толщиной 3 мм равной 1 МГц, Магиитострикциопные излучатели для получеиия ультразвука частотой до 15 МГц. Лля получения ультразвука частотой выше 1 МГц необходимо собирать излучатели по симметричной схеме, изображенной иа рис. 34: ферритовый вибратор 1 излучателя помещен внутрь двух раздельных секций обмотки возбуждения 2 и подмагиичивается с торцов кольцевыми керамическими магнитами 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
