Способ возбуждения акустического секционированного по толщине вибратора

Способ возбуждения акустического секционированного по толщине вибратора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия (1-1): 62О2.81».

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлеио08.01.74 (21) 1985112/18-10

2 (51) М. Кл.

В 06 В 1/06 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР ао делам изобретений и открмтнй (23) Приоритет (43) Опубликовано 25,08.783юллетень ¹31 (45) дата опубликования описаний 07.97.78 (53) УДК 538.652:

:622,233.5 (088,8) В, Я. Хитрин н Э. И. Пашковский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО

СЕКБИОНИРОВАННОГО ПО ТОЛШИНЕ

ВИБРАТОPA

Изобретение относится к ультраакустике и может быть использовано в рыболокаторах, интенсификаторах технологических процессов и других акустических устройствах. 5

Известен способ возбуждения пьезоэлектрических вибраторов с обеспечением узла механических смещений в середине .вибратора $1)

Такое возбуждение заключается в при- 1а ложении напряжения резонансной частоты к электродам поляризованной полуволновой пластины. Для понижения резонансной частоты напряжение прикладывают к более толстой сплошной пластине или к пластине с накладками, или к пластине, набранной по толщине из 2-4 секций. В последнем случае к каждой секции прикладывают одинаковые и одинаково ориентированные относительно полярт - 20 зации напряжения, т.е. секции внбраторв подключают к напряжению питания параллельно, Однако независимо .от характера возбуждения секций вибратор эффек тивно возбужпают известным способом 25 только как полуволновый, т.е. на одной резонансной частоте, определяемой размером вибратора в направлении распространения ультразвука, так как его секции возбуждаются механически последовательно. Аналогичная картина наблюдается и при возбуждении одиночных нли секционированных пластин с пассии нымн накладками.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ возбуждения акустического секционированного по толщине вибратора, основанный на приложении к его поляризованным секциям переменных электрических напряжений и переключения их фаэ (21

Недостатком этого, способа является невозможность возбуждения рабочей поверхности вибратора на нескольких основных резонансных частотах с примерно одинаковыми амплитудами колебаний при числе секций более двчх.

Цель изобретения — попы.пение эффективности работы вибраторл путем увеличе620281 ния числа резонансных частот его колебаний.

Поставленная цель достигается тем, Что при переключении фаэ напряжений изменяют частоту многофазных напряжений цо закону

С п

Где. С - скорость звука в материале вибратора;

tl - число секций;

К - толщина секции.

На фиг. 1-4 приведены схемы, поясняющие механизм электрического смещения узла колебаний по толщине вибратора, 3$

Способ возбуждения рабочей (торцовой) поверхности вибратора на ра зных частотах основан на приложении переменных напряжений к отдельным секциям вибратора и заключается в том, что мес 2О том положения узла колебаний (по смещению) управляют электрически. Для етого,, переключают фазы переменных напряжений на секциях вибратора DTHoсительно фаз поляризации секций, изменяют величины этих напряжений и частоту в зависимости от того, каХую частоту колебаний рабочей поверхности необходимо получить. Переключение фаз пе-, ременных напряжений на секциях и изме- ЗО некие величин этих напряжений осущесч вляют переключением выводов от секций вибратора к источнику переменного напряжения относительно напряжения по-. ляризации.

При переходе от возбуждении вибратора с одной частоты на другую одновременно выполняют несколько операций, при этом при переключении фаз переменных напряжений на секциях вибратора относительно фаз поляризации секций изменяют частоту 5 „ многофазных йапряжений по закону

С 4$ .2л ч

При возбуждении рабочей поверхности вибратора, состоящего из восьми секций . . 1-8 (см. фиг. 1) на высокой частоте, равной резонансной частоте отдельйЬй секции (), к каждой секции подключают одинаковые по величине напряжения, причем на. соседних секциях фазы переключают в противофазе по от55 ношению к напряжению поляризации, С правой стороны секый знаками (+ и - ) отмечены фазы постоянного (* ) напряжения (вектора) поляризации секпий С левей гпанипы секпий такими же знаками отмечены мгновенные фазы подключаемого к секциям переменного напряжения (".л "). Стрелками для каждой секции обозначены а мплитуд ы смещения границ секций вдоль направления и распространения звука.

Так как переменное напряжение подключено к секциям I, 3, 5 и 7 в фазе по отношению к поляризации, а к секциям 2, 4, 6 и 8 - в противофазе, смещении границ секций 1, 3, 5 и 7 направлены наружу, в то время как смещения границ секций 2, 4, 6 и 8 направлены внутрь. Этим достигается возбужд ние соприкасаемых поверхностей секций одинаково интенсивно в фазе, т,е, на границах соприкасаемых секций и торцовых поверхностях вибратора образуют пучности, а в серединных поверхностях секций - узлы. Справа от вибратора (кривая 9) показано распределение амплитуд смещений вдоль вибратора. Так как d4 (расстояние от рабочей поверхности до первого узла) в этом случае равно половине толщины 6 секции, то частоту подключаемых к каждой секции переменных напряженйй в этом случае устанавливают равной

2, =c/ze =с/e. где С вЂ” скорость звука в секционированном вибраторе в направлении распространения звука.

При возбуждении рабочей торцовой поверхности 10 вибратора на резонансной чу то х л

1 т.е. уменьшенной вдвое, фазы переменных напряжений переключают так, что к секциям 1 и 2 крайней пары подключают одинаковые напряжения в фазе с поляризацией, а в следующей за ней паре секции 3, 4 - в противофазе. При рассмотрении вибратора с большим числом секций в. следующей за ней паре - в фазе, и т.g. - фазы переворачивают через пару секцией. Таким переключением фаэ напряжений по отношению к поляризации достигают возбуждение соприкасаемых повс.хностей между секциями 1-2, 3-4, 5-6, 7»8 механически в противофазе и образуют узлы колебаний на границах между этими секциями, а также возбуждают соприкасаемые поверхности между секциями 2-3, 4-5, 6-7 механически.в фазе, что обеспечивает на границах между этими секциями и на торцовых поверхностях вибра тора пучность колебаний.

Кривая 11 показывает распределение амплитуд смещений вдоль вибратора для этого примера. Частоту f > переменных напряжений. подключаемых к каждой сек62028 1 сии в атом случае, устанавливают рав ной

1,- с (+e =c(e z .

При возбуждении рабочей торцовой поверхности 10 вибратора (см. фиг. 3)

5 на резонансной частоте 1 ф— уменьшенной в 4 раза, переключают фазы на противоположные в секциях 5, 6, 7 и

8, т.е. следующих через две пары от конца вибратора, и уменьшают напряжения в крайних 1, 8 и в серединных 4, 5 секциях. Этими операциями обеспечивают расположение промежуточных значений смешений между узлом и пучностью в кривой распределения амплитуд (кривая 12) стоячей волны вдоль вибратора на границах между секциями 1-2, 3-4, 5-6, 7-8, узлов на границах между секциями 2-3, 6-7 и пучностей на границах между секциями 4-5 и торцовых поверхностях вибратора.

Позипней 13 обозначена кривая,, условно.показывающая на схеме (см. фиг. 3), что напряжения, подключаемые к секциям

1 и 8, должны быть уменьшены по сравЪ нению с напряжениями на секциях 2, 3, 6 и 7. Частоту напряжений, подключаемых к каждой секции, устанавливают в этом случае равной

f =С(ВЕ.—.

С

З ggэ

На фиг. 4 показаны схема переключения фаэ и характер изменения переменных напряжений, прикладываемых к секциям вибра гора для возбуждения его рабочей поверхности на частоте %+, в восемь раз меньшей исходной частоты f», т.е. щ иа частоте

f f, /8.

Кривая 14 показывает распределение амплитуд колебаний вдоль вибратора. И этом случае частоту напряжений, подводимых к каждой секции устанавливают равной

С (<бg =

+» е.а+

Предлагаемый способ также работоспособен и при согласном соединении соседних секпий по отношению к направлению поляризации.

Таким образом, достигается воэможность эффективного возбуждения колебаний наружной поверхности одного вибратора на нескольких резонансных частотах, разли4ающнхся в несколько раэ. При этом повышаются KHg,, чувствительность, раз-. виваемое звуковое давление на всех возбуждаемых частотах, а также достигается воэможность использования более прочного вибратора на любой резонансной частоте за счет увеличения числа возбуждаемых секций.

Формула изобретения

Способ возбуждения акустического секционированного по толщине вибратора, основанный на приложении к его поляризованным секциям переменных электрических напряжений и переключения нхфаэ, .отличающийся тем, что, с пелью повышения эффективности работы вибратора путем увеличения числа резонансных частот его колебаний, при переключении фаэ напряжений изменяют частоту многофазных напряжений по закону С

6 2n где С - скорость звука в материале вибратора;

A — число секций

6 — толщина секции.

Источники информации, принятые во внимание при акспертизе:

1 НесМ H.,Эм ELektvoakustiscben

Фап4Ссг, Ье1рх1,3 961, с. 2 51- 2юа

2. Кикучи E. Ультразвуковые преобразователи, М., Мир, 1972, с. 216, рис. 6, 5в и 6.6.