Ultrazvukový žiarič. Modernizovaná ultrazvuková pištoľ "Igla-m" Optimálny počet ponorných meničov pre čistiaci kúpeľ
[0001] Vynález sa týka ultrazvukovej technológie, najmä zariadení na intenzifikáciu technologických procesov v tekutých médiách a môže byť použitý v strojárskom, elektronickom, farmaceutickom, prístrojovom a jadrovom energetickom priemysle. LÁTKA: ultrazvukový piezokeramický menič obsahuje puzdro s aspoň jedným žiaričom inštalovaným v priechodnom otvore jeho vyžarovacej membrány, ktorého vlnovod je spojený s puzdrom pomocou zvaru, navyše pôsobí ako tlmič na tlmenie ohybových vibrácií, pričom pre prevádzka v agresívnom prostredí, kryt, žiarič a vlnovod sú vyrobené z titánu. A pri inštalácii niekoľkých žiaričov v kryte je vzdialenosť medzi nimi výhodne zvolená rovnajúcou sa jednej štvrtine vlnovej dĺžky ultrazvukových vibrácií. Predložený vynález zjednodušuje konštrukciu meniča, zvyšuje účinnosť ultrazvukových vibrácií pri prevádzke v agresívnom prostredí a poskytuje spoľahlivé utesnenie krytu proti úniku ozvučenej kvapaliny. 4 w.p. f-ly, 4 chorí.
Výkresy k RF patentu 2448782
Vynález sa týka ultrazvukovej techniky, a to zariadení na zintenzívnenie technologických procesov v kvapalných médiách: čistenie dielov, extrakcia, leptanie, impregnácia a je použiteľný v strojárskom, elektrotechnickom, elektronickom, farmaceutickom priemysle, prístrojovej a jadrovej energetike.
Je známy rad ultrazvukových piezoelektrických meničov, v ktorých sú tesniace prvky ich vnútorného zariadenia pred vonkajším vplyvom kvapalného média vyrobené vo forme fluoroplastových alebo gumových tesnení. Všetky majú spoločnú nevýhodu: keď sú inštalované vo výkonných piezoelektrických meničoch, časom sa ničia pôsobením ultrazvuku, v dôsledku čoho tekutina presakuje do krytu a žiariče zlyhajú. (Pozrite si RF patent úžitkového vzoru č. 66700, B06B 1/06 "Ultrazvukový piezokeramický menič", zverejnené 11.10.2005, ako aj RF patent na vynález č. 20090013, H04R 17/00 "Zosilnené piezoelektrické zariadenie na montáž meniča" , zverejnené 9.10.1997)
Všetky takéto konvertory majú teda obmedzené použitie.
Známy je tiež ponorný ultrazvukový menič na meranie kvapaliny v kúpeli, ktorý obsahuje piezoelektrickú dosku, membránu a prvok na pripevnenie meniča k vani. Na utesnenie vnútornej dutiny prevodníka proti úniku kvapaliny sa používa tesniaci krúžok inštalovaný v drážke krytu. Pre pokrytie väčšej ozvučnej plochy je niekoľko meničov spojených vo vani v jednom rade. Ale ani v tomto prevodníku nebol vyriešený problém tesnenia, pretože kvapalina môže vniknúť do vnútornej dutiny krytu v dôsledku opotrebovania tesniaceho krúžku a uvoľnenia závitového spojenia. (Pozri RF patent na vynález č. 2009720, B06B 1/06 "Ultrazvukový vysokofrekvenčný prevodník na sonifikáciu kvapaliny v kúpeli", publikovaný 30. marca 1994)
Známy je aj ultrazvukový piezokeramický menič na meranie kvapaliny, ktorý obsahuje vyžarovaciu podložku, piezoelektrický obal, výstužný kolík, prírubu, O-krúžok, maticu, kolík na pripevnenie k vani, akusticky oddeľujúcu membránu s rímsu a tlmič. V tomto prípade sú príruba a lišta membrány pevne prepojené zváraním. Dodatočné utesnenie sa vykonáva pomocou gumového alebo fluoroplastového krúžku, ktorý sa priťahuje ku dnu vane pohybom matice pozdĺž čapu.
Tlmenie proti vzniku ohybových vibrácií sa vykonáva plastovým krúžkom. (Pozri autorské osvedčenie ZSSR č. 1622025, B06B 1/06 "Ultrazvukový piezokeramický menič na sonikáciu kvapaliny", publikované 23.01.1991)
Hlavnou nevýhodou tejto konštrukcie je zložitosť uchytenia meniča na dno vane, okrem toho gumový alebo fluoroplastový krúžok použitý ako tesnenie nezabezpečuje spoľahlivé dlhodobé utesnenie meniča od kvapaliny, ktorú znie, najmä v v prípade agresívneho roztoku kyselín alebo zásad.
Známy je tiež ultrazvukový piezokeramický menič s žiaričom inštalovaným na vonkajšej strane dna nádoby s upevňovacím prvkom vytvoreným vo forme zvaru a závitového spojenia. (Pozri osvedčenie o úžitkovom vzore RF č. 35250, IPC B06B 1/06, zverejnené 10.01.2004.) Tento ultrazvukový piezokeramický menič sa používa v zariadení na čistenie kvapaliny, vrátane nádoby, na dne ktorej je uvedený menič pripevnené zvonku. Upevňovací prvok je v tomto prípade vyrobený vo forme objímky s vnútorným závitom, pevne pripevnenej na dne nádrže zváraním a žiarič je opatrený vonkajším závitom s možnosťou zaskrutkovania do objímky až do zastaví sa na dne nádrže. V tomto zariadení, ako vyplýva z výkresu, je problém tesnenia úplne vyriešený pripevnením žiaričov na dno nádrže zvonku. V tomto prípade však nie je možné vyhnúť sa strate intenzity ultrazvukových vibrácií, pretože ultrazvukové vibrácie sa prenášajú po prvé cez stenu nádoby a po druhé je v závitovom spojení nevyhnutne vytvorená koncová medzera, v ktorej bude tiež pozorovaná čiastočná strata výkonu žiarenia, pretože je takmer nemožné dokonale prispôsobiť povrch dna nádrže a koniec žiariča.
Preto je potrebné zjednodušiť konštrukciu odstránením závitového spojenia. Cieľom vynálezu je odstrániť nedostatky analógov a prototypov, a to zabezpečiť úplné utesnenie meniča pred únikom ozvučovanej kvapaliny a dosiahnuť maximálny možný radiačný výkon do pracovnej kvapaliny.
Problém je vyriešený priamo ozvučením samotnej kvapaliny, ktorá je v nádobe na spracovanie produktov, pričom sa súčasne neutralizujú ohybové vibrácie membrány ultrazvukového meniča.
Technický výsledok, ktorý spočíva v zjednodušení konštrukcie meniča pri súčasnom zvýšení intenzity ultrazvukových vibrácií v kvapaline, je dosiahnutý vďaka tomu, že aspoň jeden žiarič je inštalovaný v priechodnom otvore vyžarovacej membrány resp. membránové dno puzdra s možnosťou priameho kontaktu jeho vlnovodu s ozvučenou kvapalinou, v tomto prípade vlnovod vyrobený z materiálu s nízkym akustickým odporom (titán), je hermeticky spojený so skriňou meniča zvarovým švom, ktorý vystupuje doplnková funkcia tlmič na tlmenie ohybových vibrácií sálavej membrány. Pre zabezpečenie kvalitného spojenia zvarovým švom s telom žiariča je jeho vlnovod vyrobený v tvare T s hlavicou v tvare ramena, ktoré prekrýva otvor dna membrány po celom obvode o 2. -5 mm, tvoriace zónu homogénneho spojenia z rovnakého kovu a emitorový vlnovod vyrobený z titánu umožňuje jeho použitie v agresívnom prostredí a čo je najdôležitejšie, titán má nízky akustický odpor, čo pomáha minimalizovať stratu výkonu ultrazvukových vibrácií v emitorovom vlnovode v kontakte s ozvučenou kvapalinou.
Ultrazvukový piezokeramický menič je nový, pretože v zdrojoch informácií nebol nájdený súbor navrhovaných vlastností vyjadrených v nárokoch, vrátane dodatočných doložiek.
Navrhovaný ultrazvukový piezokeramický menič as technické riešenie má invenčnú úroveň. Faktom je, že v priemysle, najmä v teplovýmenných systémoch, je často potrebné odstraňovať pretrvávajúce soľné usadeniny a rôzne úsady z povrchov dielov a mechanizmov, pričom sa používajú roztoky agresívnych médií vo forme kyselín a zásad. Na odstránenie takýchto škodlivých usadenín je potrebné silné ultrazvukové žiarenie, zároveň musí mať ultrazvukový menič kompaktný tvar a odolávať agresívnemu prostrediu. Navrhovaný ultrazvukový piezokeramický menič spĺňa tieto požiadavky. Vysoká hustota žiaričov na membráne puzdra meniča, nízky akustický odpor titánu a priame vystavenie pracovnej plochy vlnovodov žiariča ozvučenej kvapaline umožňujú zabezpečiť minimálnu fyzikálne možnú stratu intenzity ultrazvukové vibrácie a maximálny možný výkon kavitačného efektu na odstránenie škodlivých usadenín z ošetrovaných povrchov.
Navrhované technické riešenie nie je zrejmé, pretože zvar vyrobený vyššie opísaným spôsobom slúži nielen ako prvok na pripevnenie vysielača vlnovodu ku skrini meniča, ale slúži aj ako tlmič ohybových vibrácií. Do jednej funkcie sa tak spájajú dve funkcie: upevnenie a tlmenie ohybových vibrácií, čo viedlo k zjednodušeniu ultrazvukového meniča a zároveň k zvýšeniu intenzity ultrazvukového žiarenia.
Uvedený štrukturálny rozdiel a kombinácia funkcií nebola zistená v informačnej, vedeckej a technickej literatúre a patentových materiáloch, čo poukazuje na nesamozrejmosť a originalitu navrhovaného ultrazvukového piezokeramického meniča. Zaznamenaný rozdiel podľa nášho názoru nemožno pripísať metóde konvenčného inžinierskeho dizajnu.
Výroba a testovanie prototypov preukázalo ich výkon a potvrdilo prijatie technického výsledku uvedeného v popise vynálezu, ktorý zodpovedá kritériu "priemyselnej využiteľnosti".
Kryt prevodníka je vyrobený v utesnenom prevedení a môže byť použitý ako ponorná verzia, ale môže byť inštalovaný aj na dne pracovnej nádrže.
Vynález je znázornený na výkresoch, kde obrázok 1 znázorňuje puzdro ultrazvukového piezokeramického meniča s lokálnym roztrhnutím (pohľad zboku), obrázok 2 zobrazuje vyžarovaciu membránu s žiaričmi usporiadanými v jednom rade, obrázok 3 zobrazuje vyžarovaciu membránu s žiaričmi umiestnenými v dva riadky, obrázok 4 zobrazuje celkový pohľad na prevodník pre otvorené nádoby s prevodníkom v reze. Ultrazvukový piezokeramický menič obsahuje puzdro 1 s priechodným otvorom 3 vytvoreným v spodnej časti alebo vyžarovacej membráne 2, v ktorom je inštalovaný aspoň jeden piezokeramický žiarič 4 vrátane zvukovovodného vlnovodu 5 tvaru T s ramenom. 6 a vyžarujúcou plochou 7, zväzkom piezoelektrických prvkov 8, výstužným kolíkom 9 a oceľovou maticou 10. Zvukovodný vlnovod 5 žiariča 4 je voľne zasunutý do otvoru 3 dna alebo vyžarovacej membrány 2 ( obr. 4), je spojený pomocou ramena 6 s vyžarujúcou membránou alebo dnom nádrže zvarovým švom 11. Vo všetkých prípadoch je vyžarujúca plocha 7, vlnovod 5 v priamom kontakte s ozvučenou kvapalinou, ktorá zvyšuje intenzitu ultrazvukových vibrácií. Zvar sa vykonáva argónovým oblúkovým zváraním v prostredí inertného plynu. Aby sa zabezpečilo kvalitné zvárané spojenie žiariča 4 s vyžarujúcou membránou 2 alebo dnom nádrže a spoľahlivá prevádzka spoja ako tlmiča ohybových vibrácií, musí byť priemer guľôčok o 4-10 mm väčší ako priemer žiariča d 2, t.j. lem 6 by mal prekrývať otvor 3 po celom obvode aspoň o 2 mm a vonkajší priemer švu d3 by mal byť o 10–12 mm väčší ako priemer lemu 6 alebo mať šírku 5–6 mm. Hrúbka ramena 6 je v rozsahu 0,8-1,0 mm a rovná sa hrúbke steny puzdra 1. Všetky rozmery sú vybrané experimentálne a kvôli možnosti maximálny prevod ultrazvukové vibrácie do ozvučenej kvapaliny, aby sa zabezpečilo efektívne odstránenie usadenín alebo vodného kameňa z ošetrovaných povrchov.
Aby bola zaistená maximálna vodivosť ultrazvuku a možnosť prevádzky prevodníka v agresívnych stopách, jeho telo, žiarič a vlnovod sú vyrobené z titánu; Ďalej, v dôsledku skutočnosti, že titánový vlnovod má nižší akustický odpor ako oceľová matica 10, ktorá pôsobí ako reflektor, bude amplitúda oscilácií na vyžarujúcej ploche 7 vyššia, t.j. žiarič 4 pracuje v režime jednosmerného žiarenia zvyšujúceho tok akustickej energie do ozvučovanej kvapaliny.
Pri veľkých veľkostiach nádoby alebo vyžarovacej membrány 2 prevodníka môže byť na ich povrchu inštalovaných niekoľko žiaričov 4 v jednom (obrázok 2) alebo niekoľkých radoch (obrázok 3). Na privádzanie elektriny do piezoelektrických prvkov obalu 8 je poskytnutá armatúra 12. A na upevnenie tela 1 meniča sú rohy 13 inštalované na mieste spracovania.
Ultrazvukový keramický piezoprevodník funguje nasledovne.
Keď je napájaný generátorom (nie je znázornený na obrázku) elektrické oscilácie ultrazvuková frekvencia (20-25 kHz) cez armatúru 13 na balíku piezoelektrických prvkov 8, v ktorých sa vplyvom piezoelektrického javu elektrická energia premieňa na energiu mechanických vibrácií, ktoré cez zvukovo vodivý titán vlnovodu 5, vyžarujúca plocha 7 vstupuje priamo do ozvučenej kvapaliny a spôsobuje jej kavitáciu. Vplyvom kavitácie dochádza k aktívnemu miešaniu ozvučenej kvapaliny a mikrovýbuchov v nej, čím sa prekonávajú adhézne sily odstránených usadenín a šupín.
Na vytvorenie hustého a rovnomerného ultrazvukového poľa by mali byť žiariče 4 umiestnené pomerne husto, pričom vzdialenosť medzi nimi by sa mala zvoliť rovnajúca sa jednej štvrtine vlnovej dĺžky, t.j. /štyri.
Všetky vyššie uvedené konštrukčné rozdiely navrhovaného meniča, ako aj intenzita ultrazvukových vibrácií, ktoré vyvíja, dosahujúce 2,4-2,7 W / cm 2 pri maximálnej účinnosti, umožňujú prekonať adhézne sily takých škodlivých technologicky vytvorených povlakov, ako sú usadeniny soli alebo vodný kameň.
Navrhovaný menič je realizovaný v ultrazvukových vaniach a v prevedení ponorného ultrazvukového piezokeramického meniča, ktoré sú vyrábané a testované tak, aby získali technický výsledok uvedený v popise vynálezu, t.j. je potvrdené, že sú účinné, ľahko sa vyrábajú, poskytujú spoľahlivú tesnosť telesa pred únikom ozvučovanej kvapaliny a vysokú intenzitu ultrazvukových vibrácií.
Zdroje informácií
1. RF patent na úžitkový vzor č. 84971, MKI B06B 1/06, G01F 1/66, publ. 21.01.2009
3. Patent USA č. 4957669, B068B 3/00, zverejnené. 18. septembra 1990
4. Žiadosť E11B 0420190, B068B 1/06, H04R 17/00, publ. 04/03/1991
5. Žiadosť Spolkovej republiky Nemecko č. 4014199, B06B 1/06, H04R 17/100, publ. 22. 11. 1990
NÁROK
1. Ultrazvukový piezokeramický menič vrátane puzdra s inštalovaným žiaričom pomocou zvárania vlnovodom ultrazvukových vibrácií, vyznačujúci sa tým, že aspoň jeden žiarič je inštalovaný v priechodnom otvore v prednej vyžarovacej membráne alebo v spodnej časti puzdra s možnosť priameho kontaktu vyžarujúcej plochy vlnovodu s ozvučenou kvapalinou, pričom vlnovod z akusticky priehľadného materiálu je hermeticky spojený so skriňou meniča zvarom, ktorý plní doplnkovú funkciu tlmiča ohybových vibrácií.
2. Ultrazvukový piezokeramický menič podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že jeho teleso a emitorový vlnovod sú vyrobené z titánu alebo nehrdzavejúcej ocele.
3. Ultrazvukový piezokeramický menič podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že vlnovod vysielača ultrazvukových vibrácií je v tvare T s hlavou v tvare objímky na pripevnenie k puzdru meniča, pričom objímka zakrýva otvor okolo. po celom obvode o 2-5 mm.
4. Ultrazvukový piezokeramický menič podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že šírka zvaru spájajúceho rameno vlnovodu s puzdrom meniča je 5 až 6 mm.
5. Ultrazvukový piezokeramický menič podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že keď je v kryte inštalovaných niekoľko žiaričov, vzdialenosť medzi nimi je s výhodou približne jedna štvrtina vlnovej dĺžky ultrazvukových vibrácií.
MODERNIZOVANÁ ULTRAZVUKOVÁ ZBRAŇ "IGLA-M"
Ultrazvuk sú elastické vlny vysoká frekvencia. Zvyčajne sa za ultrazvukový rozsah považuje frekvenčné pásmo od 20 000 do niekoľkých miliárd hertzov. Teraz je ultrazvuk široko používaný v rôznych fyzikálnych a technologických metódach. Skutočnosť, že ultrazvuk aktívne ovplyvňuje biologické objekty (napríklad zabíja baktérie), je známa už viac ako 70 rokov. Elektronické zariadenie so skenovacím ultrazvukovým lúčom sa používa v neurochirurgii na inaktiváciu určitých oblastí mozgu pomocou silného zaostreného vysokofrekvenčného lúča. Vysokofrekvenčné vibrácie spôsobujú vnútorné zahrievanie tkaniva.
Doteraz sa vedú diskusie o fyzickom vplyve ultrazvukových vibrácií na bunku a dokonca aj o možnom porušení štruktúr DNA. Navyše existujú dôkazy, že na mikroúrovni - nie na úrovni štruktúry tela, ale na nejakej jemnejšej úrovni, je vystavenie ultrazvuku škodlivé.
Ultrazvuk je možné získať z mechanických, elektromagnetických a tepelných zdrojov. Mechanické žiariče sú zvyčajne rôzne druhy prerušovaných sirén. Do vzduchu vyžarujú vibrácie až niekoľko kilowattov pri frekvenciách do 40 kHz. Ultrazvukové vlny v kvapalinách a pevných látkach sú zvyčajne excitované elektroakustickými, magnetostrikčnými a piezoelektrickými meničmi.
Priemysel už dlho vyrába zariadenia preultrazvukový vplyv na zvieratá, napríklad:
Účel
Miniatúrny odpudzovač psov je nositeľný elektronické zariadenie(zložená v puzdre na mini baterku), ktorá vydáva ultrazvukové vibrácie, ktoré sú počuteľné pre psov a ľudia ich nevnímajú.
Princíp fungovania
Zariadenie je určené na ochranu pred útokmi psov: ultrazvukové žiarenie určitej sily zvyčajne zastaví agresívneho psa na vzdialenosť 3 - 5 metrov alebo ho vystrelí. Najväčší účinok sa dosiahne pri vystavení agresívnym túlavým psom.
technické údaje
- Napájacie napätie (1 batéria typu 6F22 (KRONA)), V 9
- Spotrebný prúd nie viac ako A 0,15
- Hmotnosť s batériami nie viac ako 90 g
Ako ste pochopili, je to slabá hračka, ale urobíme zariadenie oveľa výkonnejším! Pokračujúcimi experimentmi s ultrazvukom () bolo vykonaných množstvo zaujímavých vylepšení a vylepšení. Teda revolučný spôsob pôsobenia (prirodzene negatívneho) na živý organizmus dvoch ultrazvukomžiariče s rozdielovou frekvenciou niekoľkých hertzov. To znamená, že frekvencia jedného žiariča je napríklad 20 000 Hz a frekvencia druhého 20 010 Hz. V dôsledku toho naultrazvukové žiarenie superponovaný infrasonovoe, čo výrazne zvyšuje deštruktívny účinok!
Schéma je štandardná, generátor na zosilňovači CD4069 + pre tri N-P-N tranzistory. Napájanie minimálne 12 V pri prúde do 1 A.
Na zvýšenie smerového efektu používame valcové zvukové rezonátory. Ich úlohu zohrá obyčajná poniklovaná trubica od vysávača.Len vysávač nepokazte, trubica sa predáva samostatne v bazáre alebo v predajni náhradných dielov.
Narežeme dva kusy na experimentálne stanovenú dĺžku (asi pár centimetrov) a pripevníme ich na HF hlavy typu 5GDV-4 alebo akékoľvek iné. Môžete si kúpiť dvojitú trysku pre výfukové potrubie automobilu, inštalácia je oveľa pohodlnejšia a efekt bude ešte lepší.
Výškové reproduktory vložíme dovnútra, v zadnej časti namontujeme dosku s batériou.
Ultrazvuk je pre človeka nepočuteľné elastické akustické vlny, ktorých frekvencia presahuje 20 kHz. Je zvykom rozlišovať medzi nízkofrekvenčnými (20 ... 100 kHz), strednými (0,1 ... 10 MHz) a vysokofrekvenčnými (viac ako 10 MHz) ultrazvukovými vibráciami. Napriek kýlu megahertzov by sa ultrazvukové vlny nemali zamieňať s rádiovými vlnami a rádiovými frekvenciami. To sú úplne iné veci!
Svojou fyzikálnou podstatou sa ultrazvuk nelíši od bežného počuteľného zvuku. Frekvenčná hranica medzi zvukom a ultrazvukovým vlnením je podmienená, je určená subjektívnymi vlastnosťami ľudského sluchu. Pre porovnanie, vysokofrekvenčné vibrácie dobre pociťujú zvieratá (vrátane domácich) a pre netopiere a delfíny sú životne dôležité.
Ultrazvuk sa vďaka svojej krátkej vlnovej dĺžke dobre šíri v kvapalinách a pevných látkach. Napríklad ultrazvukové vlny vo vode zoslabujú asi 1000-krát menej ako vo vzduchu. Odtiaľto nasledujú hlavné oblasti ich použitia: sonar, nedeštruktívne testovanie produktov, „zvukové videnie“, molekulárna a kvantová akustika.
Na generovanie ultrazvukových vibrácií sa používajú nasledujúce typy žiaričov (anglický „ultrasonic transducer“):
Piezokeramické (piezo);
Elektrostatické (elektrostatické);
Elektromagnetické (elektromagnetické).
Pre druhú možnosť sú vhodné aj obyčajné vysokofrekvenčné audio reproduktory (v slangu „výškové reproduktory“), ktoré majú dostatočnú účinnosť na generovanie signálov v blízkom ultrazvukovom rozsahu 20 ... 40 kHz.
Piezokeramické ultrazvukové meniče (tabuľka 2.10) sa spravidla vyrábajú v tandeme s frekvenčne prispôsobenými piezo prijímačmi. Typické parametre "ultrazvukového tandemu": rezonančná frekvencia 37...45 kHz, hladina akustického tlaku vo vzdialenosti 30 cm - 95...105 dB(A), prevádzkové napätie 12…60 V, kapacita 1000…3000 pF, výstupná impedancia vysielača 200…500 Ohm, vstupná impedancia prijímača 10…30 kOhm.
Tabuľka 2.10. Parametre ultrazvukových žiaričov
Na platne ultrazvukových piezoelektrických žiaričov sa odporúča aplikovať nie unipolárne, ale bipolárne impulzy, t.j. vytvárať napätie v prestávkach obrátenú polaritu. To prispieva k zrýchlenému vybitiu ekvivalentnej kapacity žiariča a zvýšeniu výkonu.
Na obr. 2.53, a ... l sú schémy pripojenia ultrazvukových žiaričov na MK. Tranzistorové mostíky a izolačné transformátory sa široko používajú na vytváranie bipolárnych impulzov. Ak sa frekvencia generovania zníži, potom vyššie uvedené obvody budú sedieť "jedna k jednej" pre počuteľný rozsah, t.j. pre predtým uvažované zvukové piezokeramické žiariče.
Ryža. 2.53. Schémy pripojenia ultrazvukových žiaričov k MK (začiatok):
a) vyhladenie tvaru vlny aplikovaného na ultrazvukový prevodník BQ1 pomocou induktora L1. Rezistor R1 reguluje amplitúdu;
b) tranzistory VT1, VT2 sa striedavo otvárajú krátkymi impulzmi z MK. Pre spoľahlivosť by ste si mali zvoliť tranzistory s veľkým povoleným kolektorovým prúdom, aby nezlyhali s nízkym ohmickým odporom tlmivky L1\
c) kondenzátor C1 diferencuje signál a eliminuje konštantnú zložku, čo umožňuje pripojiť ultrazvukový piezoelektrický BQ1 k bipolárnemu zdroju energie;
d) ultrazvukový transceiver s nízkym výkonom. Delič R1, R2 určuje pracovný bod ADC MK pri príjme signálu a amplitúdu výstupných impulzov pri vysielaní signálu;
e) vysielač a prijímač ultrazvukového diaľkomeru. Frekvencia impulzov je 36…465 kHz, napätie na emitore BQ1 je 50…100 V (maximum je zvolené kondenzátorom C3). Diódy VD1, VD2 obmedzujú signál do prijímača. Transformátor 77 obsahuje 15 závitov drôtu PEV-0,3 vo vinutí I, II, 100 ... 200 závitov PEV-0,08 vo vinutí III (krúžok M2000HM K10x6x5); O
O Obr. 2.53. Schémy pripojenia ultrazvukových žiaričov k MK (pokračovanie):
f) žiadosť logický čip Hardvér DD1 eliminuje súčasné otváranie tranzistorov jedného ramena. Impulzný šum, ktorý vzniká v silovom obvode v dôsledku nesúbežného spínania meničov DD1.l ... DD13 a šírenia I–V charakteristík tranzistorov, sú eliminované filtrom L /, C1. Diódy VD1 ... VD4 sa inštalujú v prípade výmeny zvukového výškového reproduktora BA1 (10GD-35, 6GD-13, 6GDV-4) za výkonnejší ultrazvukový piezo žiarič;
g) zvýšenie výkonu žiariča BQ1 pomocou zdvojovača napätia na čipe DD1 a zvýšenie výkonu + 9 ... + 12 V. Tranzistor VT1 zodpovedá logickým úrovniam;
h) dôjde k zvýšeniu amplitúdy napätia na emitore BQJ v dôsledku zvýšeného napájacieho napätia o +9 V a akumulácie energie v induktore L1\
a) FET K77, VT2 (nahrádza IRF7831) znižujú straty energie pri prepínaní. Rezistory R1, R2 zabraňujú otvoreniu tranzistorov pri reštarte MK; O
O Obr. 2.53. Schémy pripojenia ultrazvukových žiaričov k MK (koniec):
j) Ultrazvukový echolokátor pracuje na frekvencii 40 kHz a generuje impulzy s trvaním 0,4 ms. Amplitúda signálu na piezoelektrike BQ1 (Murata) dosahuje 160 V. Indukčnosť sekundárneho vinutia transformátora T1 spolu s kapacitou piezoelektrika BQ1 tvorí oscilačný obvod naladený na frekvenciu blízku 40 kHz. Indukčnosť primárne vinutie transformátor T1 - 7,1 MK H, sekundárny - 146 MK H, činiteľ kvality Q> 80;
k) ultrazvukový hydroionizér pracuje na frekvencii 1,8 ... 2 MHz. Transformátor T1 je navinutý na troch jadrách 50BH K20x 10×5. Vinutia I a II obsahujú 4 závity drôtu PEV-0,3 zložené na tri, vinutie III - 12 závitov drôtu PEV-0,3. Cievka L1 obsahuje 5 závitov drôtu PEV-0,8 na tŕni s priemerom 8 mm s krokom 1 mm. Emitor BQ1 má priemer 30 mm (PZT piezokeramický). Rezistor R1 znižuje napäťové rázy na odtoku VT1.
V echolotoch sa aktívne používajú žiariče (ultrazvukové). V prijímačoch sa používajú prídavné zariadenia. Moderné modifikácie sa vyznačujú vysokou frekvenciou a majú dobrú vodivosť. Citlivosť žiariča závisí od mnohých faktorov. Za zmienku tiež stojí, že modely používajú terminály, ktoré ovplyvňujú celkovú úroveň odporu.
Schéma zariadenia
Štandardný obvod zariadenia obsahuje dve svorky a jeden kondenzátor. Tyč sa používa s priemerom 1,2 cm a viac.Magnet pre fungovanie systému bude vyžadovať neodýmový typ. V spodnej časti každého žiariča je stojan. Kondenzátory môžu byť pripojené cez expandér alebo svorky. Vinutie selenoidu sa používa s vodivosťou 4 mikróny.
Úprava prsteňa
Pre echoloty sa zvyčajne vyrábajú prstencové ponorné ultrazvukové meniče. Väčšina modelov má dipólové kondenzátory. Podšívky pod nimi sú vybrané z gumy. Všeobecná úroveň odporu v zariadeniach tohto typu rovná sa 50 ohmov. Terminály sa používajú s adaptérom aj bez neho. V hornej časti selenoidu je ochranný krúžok. Tyč sa používa s priemerom najmenej 2,2 cm.V niektorých prípadoch sa používajú kanálové kondenzátory s ochranným systémom. Ich výbojová vodivosť je najmenej 5 mikrónov. V tomto prípade sa frekvencia môže značne líšiť. V tomto prípade veľa závisí od citlivosti prvku.
Zariadenie na dvor
Ultrazvukový žiarič pre zvlhčovač s yarom sa považuje za veľmi bežný. Ak vezmeme do úvahy, že má tri kondenzátory. Spravidla sa používajú v trojkanálovom type. Celková úroveň odporu pre žiariče tohto typu je 55 ohmov. Často sa umiestňujú na echoloty a nízkofrekvenčné prijímače. Tiež modely sú vhodné pre prevodníky. Používajú sa magnety s priemerom 4,5 cm a viac Stojany sú vyrobené z mosadze alebo ocele. Vodivosť pri vybíjaní nie je väčšia ako 5,2 Mk.
Niektoré úpravy sa používajú s horným nálevom. Spravidla sa nachádza nad stojanom. Treba tiež poznamenať, že existujú žiariče s jednopólovými adaptérmi. Solenoidy sú pre nich vhodné len s vysokou vodivosťou. Na hornej strane zariadenia je použitých niekoľko krúžkov. Citlivosť výboja je približne 10 mV. Ak vezmeme do úvahy úpravy na odporových kondenzátoroch, potom ich celková úroveň odporu dosahuje maximálne 55 ohmov.
Model s dvojitým vinutím
žiariče (ultrazvukové) s dvojité vinutie nedávno vyrobené so zosilňovačom. Takéto zariadenia sa aktívne používajú na prevodníkoch. Niektoré žiariče sú vyrobené s dvojitými kondenzátormi. Vinutia sa používajú so širokou páskou. Tyčinky sú vhodné od priemeru 1,3 cm.Koncovky musia mať vodivosť minimálne 5 mikrónov. Frekvencia zariadení závisí od mnohých faktorov. V prvom rade sa berie do úvahy priemer tyče. Treba tiež poznamenať, že expandéry sa používajú s obložením a bez neho.
Urob si sám žiariče na báze reflektorov
Z reflektorov si môžete vyrobiť ultrazvukový žiarič vlastnými rukami. V prvom rade sa pripraví neodýmový magnet. Stojan sa používa so šírkou cca 4,5 cm.Zdvih je povolené inštalovať až za tyč. Treba tiež poznamenať, že magnet je upevnený na podšívke a uzavretý krúžkom.
Svorky pre zariadenie sú zvoleného typu vodiča. Vodivosť pri vybíjaní by mala byť približne 6 mikrónov. Celková úroveň odporu pre žiariče tohto typu nie je väčšia ako 55 ohmov. Používajú sa kondenzátory iný typ. Priame reflektory sa vyberajú s malou hrúbkou. Ak chcete nainštalovať prvky, budete musieť použiť hornú časť tyče je skrútená na filme. V tomto prípade je dôležité neprekrývať svorky.
Zariadenia pre echoloty
Emitory (ultrazvukové) pre echoloty majú dobrú vodivosť. Priemer tyče pre štandardný model je 2,4 cm.Prstene sa zvyčajne používajú v priliehavom type. Moderné modely sú vyrobené s kužeľovými podperami. Sú ľahké a môžu pracovať v podmienkach vysokej vlhkosti. Solenoidy sa používajú v rôznych priemeroch. Elektrická páska musí byť navinutá na spodnej strane zariadení. Ak je to potrebné, vysielač pre echolot môže byť vyrobený nezávisle. Na tento účel sa používajú kondenzátory dvojkanálového typu. Ak vezmeme do úvahy zariadenie s tyčou 2,2 cm, potom jeho celková úroveň odporu bude 45 ohmov.
Úpravy pre vyhľadávače rýb
Emitory (ultrazvukové) pre vyhľadávače rýb sa vyrábajú s koncovkami rôznej vodivosti. Najpopulárnejšie sú modifikácie s adaptérmi a citlivosťou 12 mV. Niektoré zariadenia sú vybavené kompaktnými jednokanálovými kondenzátormi. Ich vodivosť pri zaťažení je 2 mikróny. Magnety na žiaričoch sú inštalované s rôznymi priemermi.
Väčšina modelov sa vyrába s nízkymi stojanmi. Treba tiež poznamenať, že zariadenia sa vyznačujú vysokou frekvenciou. Svorky majú dobrú vodivosť, ale v tomto prípade veľa závisí od hrúbky tyče. V hornej časti vinutia sú inštalované ochranné krúžky. Na zvýšenie vodivosti žiariča sa používajú svorky s citlivosťou 15 mV.
Modely s nízkou impedanciou
Ultrazvukový žiarič pre nízkovzdušný zvlhčovač vyniká svojou kompaktnou veľkosťou. Používajú sa vinutia s hrúbkou 0,2 cm Magnety sa inštalujú na stojany alebo obloženie. Svorky sú upevnené v hornej časti zariadenia. Štandardná modifikácia obsahuje tri kondenzátory.
Celkový indikátor odporu nie je väčší ako 30 ohmov. Kondenzátory pre niektoré modely sa používajú v dvojkanálovom type. V tomto prípade je vodivosť približne 2 mikróny. Existujú aj úpravy s tyčami s veľkým priemerom. Používajú sa v echolotoch. Väčšina žiaričov je vyrobená špeciálne pre prevodníky. Upínacie krúžky sú vyrobené z gumy alebo plastu. Priemer tyče modifikácie je v priemere 2,2 cm.
Zariadenia s vysokou impedanciou
Úpravy tohto typu sa spravidla vykonávajú pre prijímače. Ich celková vodivosť je 4 mikróny. Väčšina zariadení pracuje z kontaktných terminálov. Treba tiež poznamenať, že existujú zariadenia s citlivosťou 15 mV. Kondenzátory pre modifikáciu sú vybraného trojkanálového typu. Existujú aj odporové modely. Majú spoločnú úroveň odporu začínajúcu na 55 ohmoch. Magnety na výkonnom ultrazvukovom žiariči sú inštalované len neodýmového typu. Priemer dielu je v priemere 4,5 cm Stojany je možné vyrobiť s presahmi alebo ochrannými izolačnými fóliami.
Modely s unijunkčnými kondenzátormi
Zariadenia tohto typu sú schopné poskytnúť vodivosť na úrovni 5 mikrónov. Majú pomerne vysokú citlivosť. Tyče na ultrazvukovom prevodníku sú inštalované s priemerom 2 cm alebo viac.Vinutia sa používajú iba s gumovými krúžkami. Dipólové svorky sa používajú na spodnej strane zariadení. Celková úroveň odporu pri zaťažení je 5 ohmov. Kondenzátory je možné inštalovať na žiariče cez expandéry. Na obnovu nízke frekvencie používajú sa adaptéry.
V prípade potreby môžete vykonať úpravu dvoch kondenzátorov. Na tento účel sú svorky inštalované s vodivosťou 2,2 mikrónu. Tyč je vybraná s malým priemerom. Treba tiež poznamenať, že je potrebný krátky stojan z hliníkovej zliatiny. Ako izolácia pre svorky sa používa elektrická páska. Dva krúžky sú pripevnené k hornej časti žiariča. Kondenzátory sú priamo namontované cez dipólový expandér. Celková úroveň odporu by nemala presiahnuť 35 ohmov. Citlivosť závisí od vodivosti koncoviek.
Lekárska fakulta
Kurz 1
1 semester
1 vlákno
Prednáška č. 5
"ultrazvuk"
Zostavil: Babenko N.I.
2010
Ultrazvuk a jeho výroba. Ultrazvukové žiariče.
Ultrazvuk sú mechanické vibrácie s frekvenciou nad 20 000 Hz, ktoré sa šíria v elastických médiách vo forme pozdĺžnych vĺn. Zdroje ultrazvuku sú:
1. Prírodné:
2. Umelé:
akusticko-mechanické prevodníky;
elektroakustické meniče (piezoelektrické, magnetostrikčné).
Prirodzené zdroje ultrazvuku sú zdroje nevytvorené ľudskou rukou a nezávisle existujúce v prírode.
Živé zdroje: kobylky, cvrčky, ryby, netopiere, delfíny. Neživé zdroje: vietor, zosuvy pôdy v horách, zemetrasenia.
Umelé zdroje ultrazvuku sa nazývajú akustické meniče, pretože premieňajú mechanickú alebo elektrickú energiu na energiu ultrazvukových vibrácií.
Akusticko-mechanické prevodníky sú prevodníky, v ktorých dochádza k ultrazvukovým vibráciám pri prerušení prietoku kvapaliny alebo plynu. Príklady: Galtonova píšťalka, ultrazvuková siréna.
Elektroakustické prevodníky sú také prevodníky, v ktorých dochádza k ultrazvukovým vibráciám pri pôsobení striedavého elektrického alebo magnetického poľa na určité látky.
Piezoelektrické meniče (piezo - tlak) sú meniče, ktoré využívajú fenomén inverzného piezoelektrického javu na produkciu ultrazvuku.
Piezoelektrický efekt môže byť priamy a reverzný.
Priamy piezoelektrický efekt spočíva vo výskyte nábojov na povrchu niektorých kryštálov (piezoelektriká) pri pôsobení mechanického namáhania (stlačenie, ťah, ohyb). Obr.1.
S priamym piezoelektrickým efektom:
veľkosť náboja na povrchu je úmerná aplikovanému mechanickému namáhaniu;
znamienko náboja je určené smerom mechanického pôsobenia.
bez nárazového kompresného strečingu
Inverzný piezoelektrický jav je jav zmeny veľkosti (deformácie) dielektrika, keď je umiestnené v striedavom elektrickom poli.
Látky s výraznými piezoelektrickými vlastnosťami sa nazývajú piezoelektriká alebo piezodielektriká: Rochellova soľ, titaničitan bárnatý, kremeň.
Magnetostrikčné prevodníky sú prevodníky, ktoré využívajú fenomén magnetostrikcie na produkciu ultrazvuku. Magnetostrikcia je jav zmeny tvarov (veľkostí) niektorých feromagnetických látok vplyvom striedavého magnetického poľa.
Tieto látky zahŕňajú:
Nikel a jeho zliatiny;
Kobalt a jeho zliatiny;
Ferity sú keramické zlúčeniny na báze oxidov železa, niklu, zinku.
Vo vnútri cievky je umiestnená látka vo forme tyče. Pri pripojení cievky na zdroj striedavého elektrického napätia ultrazvukovej frekvencie pôsobí elektrický prúd na tyč svojou magnetickou zložkou a spôsobuje jej deformáciu (predĺženie) s frekvenciou prúdu. Obr.2
