Стержневая ультразвуковая колеба-тельная система

Стержневая ультразвуковая колеба-тельная система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ:КОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (817809

-д ь (61) Дополммтельмое к авт. свмд-ву— (51)М. Кл.з

H 01 L 41/08 (22) Заявлено 260678 (21) 2625551/18-25 с присоединением заявки NP

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

Олублмковамо 300381 Ьюллетемь Н9 12

Дата опубликования описания 30.0381 (53) УДК537. 228. .1(088. 8) (72) Авторы изобретения

П.E. Васильев, В.Ф. Казанцев и Л.Л. Карманов

Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро малых электрических машин Производственного объединения "Эльфа" (71) Заявитель (54) СТЕРЖНЕВАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ

СИСТЕМА

Изобретение относится к пьезокерамическим двигателям и может быть использовано в ультразвуковой обработке.

Известны ультразвуковые колебатель-5 ные системы, состоящие из полуволновых преобразователей, соединенных с полуволновыми стержневыми волноводами, имеющими переменное поперечное сечение (1 1.

Однако такие колебательные системы имеют довольно большие продольные размеры, что затрудняет их использование в качестве двигателя в аппаратуре записи-воспроизве- 15 дения информации. Кроме того., величина амплитуды колебаний волновоб дов в таких системах значительно изменяется прн изменении нагрузки.

Известна стержневая ультразвуко- 20 вая система, содержащая составной четвертьволновой преобразователь колебаний, сопряженный с четвертьволновым стержнем-волноводом 12 j.

Недостаток известного устройства 25 состоит в низком коэффициенте концентрации амплитуд колебаний.

Цель изобретения — повышение коэффицента концентрации амплитуд ко- 30 лебаний без значительного увеличения продольных размеров, системы.

Поставленная. цель достигается тем, что составной преобразователь продлен до половины длины волны, при этом площадь поперечного сечения стержня-волновода составляет от 1/5 до 1/25 площади поперечного сечения составного преобразователя.

На чертеже схематично показаны стержневая ультразвуковая колебательная система и распределение в ней амплитуд смещений.

Колебательная система содержит составной пьезоэлектрический преобразователь, состоящий из пьезоэлемента 1 н металлических накладок

2 и 3. Накладка 3 соединена с четвертьволновым стержнем волноводом

4. Площадь поперечного сечения стержня-волновода 4 составляет 1/5 площади поперечного сечения преобразователя. Колебательная система в целом является 3/4-волновой.

Экспериментально и теоретически установлено, что такая 3/4-волновая система работоспособна только при указанном соотношении. Теоретически это можно объяснить тем, что, как известно, при отсутствии .нагрузки на

817809

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 1477/69 Тираж 784 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 колебательную систему и при выполнении условия рс =О с где P — плотность пьезоэлемента; с — скорость распространения звука в пьезоэлементе; с — скорость накладок; р„ — скорость распространения звука в накладках.

Резонансная частота преобразователя определяется из условия

k10 l + kl2- 7t где k — волновое число.

1 — длина одной из накладок;

1„ — длина пьезоэлемента;

1 — длина второй накладки. .Если к такому преобразователю присоединить стержень меньшего сечения, то в зависимости от изменения волновой длины i этого стержня будет изменяться нагрузка на составной преобразователь. При kl = †. — реактив7(»

2 ная компонента вносимо. нагрузки обращается в нуль, а активная нагрузка оптимальна. Однако при достаточно малой площади сечения (как показывают эксперименты, эта площадь должна составлять не более 1/5 площади поперечного сечения преобразователя) четвертьволнового стержня вносимая нагрузка будет мала, а поэтому амплитуда колебаний составного пьезопреобразователя в месте его соединения со стержнем уменьшится незначительно.

Преимущество предлагаемой колебательной системы в сравнении с известными заключается в уменьшении влияния нагрузки на величину амплитуды колебаний преобразователя. Это достигается за счет совмещения узловой зоны четвертьволнового волновода с зоной максимальных смещений составного преобразователя. Испытания показали, что коэффициент усиления колебаний в предлагаемой системе в 2-3 раза выше, чем в известных.

Стержневая ультразвуковая колебательная система, содержащая сос

15 тавной четвертьволновой преобразователь колебаний, сопряженный с четвертьволновым стержнем-волноводом, отличающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента конЩ центрации амплитуд колебаний без значительного увеличения продольных размеров системы, составной преобразователь продлен до половины длины волны, при этом площадь поперечного д5 сечения стержня-волновода составляет от 1/5 до 1/25 площади поперечного сечения составного преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Меркулов Л.Г. Теория ультразвуковых концентратов. — Акустический журнал, 1957, т. 3, вып. 3, с. 230-238.

2. Авторское свидетельство СССР

9 121606, кл. В 06 В 1/08 (прототип).