Излучатель акустических колебаний
О П И С А Н И Е ()908412
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Сою з С оветск и х
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 19.03,80 (2! ) 2896973j)8-!0 с присоединением заявки ЛЪ 2896974il8-10 (23) Приоритет
О»»убл»»коваи» 28.02.82. Бюллетень Л 8 (5-1) Ч. Кл.
В 06 В l, 04
Государственный намнтет (53 ) У Д К 534.232 (088.8) i»0 делам нзабретеннй н аткрытий
Дата опубл»»кован».я о»»исания 05.03.82 (72) Авторы изобретения
Г. Г. Добровольский, С. С. Тонкаль, Ю. Г. Камчатнь»й, 3. А Бакай и А. А. Барь»»»»»»»»крв /
Ордена Трудовогс» Красного Знамени институт сверхтвердьгх мате алов
АН Украинской C(:Р и Киевский научно-исследовательский институт отоларингологии им. проф. А. И . Коломийченко (71) Заявители (54) ИЗ. Угс!АТс.. Ih АКУСТИЧЕСКИ КО.1ГБ АНИИ
Изобретение относится к технической акустике и может найти применение для получения механических колебаний, в частности для генерирования мощных звуковых или ультразвуковых импульсов при исследовании физико-химических характеристик газообразных, жидких и твердых сред, определении чистоты обработки»»с»»»ерх»»ости. при диагностике и линии заболеваний в ме»ицине.
Известен излучате„»ь акустических колебаний, содержа»ций корпус, металлическую спираль, рас»:олженную в одной плоскости и помещенную в высокопрочный»»зс»лир ющий материал, и подвижный элемент, выполненный в виде диска из двух металлических пластин, закрепленных в разделя»ощем их изолирующем материале, при этом одна из пластин, обращенная к спирали, выполнена из материала:с высокой электропроводностькн а другая, обращен;»ая к ВНр»»»ней среде (жидкости), из материала с высокой механической г:рочностью 111.
Недостатками 33»»»»0! устройства являются затянутость спадов акустичеcк»»х импульсов и недостаточная частота »ix формирова ния, что оъясняется значительной массой (инерционностью) с истемы и возвратом подвижного элемс нта в первоначальное положс ние при помощи резинового жгута.
Известен импульсный электродинамичсский излучатель, содержащий кори с. возбуждающую катушку и подвижный элемент, выполненный в видс излучающей диафрагмы (меъ»о!»а»»»>» l с зак!»е»».»енной на ней подв»»жной кат :шкой индхктивности, при этом
1О возбуждающая и подвижная катушки размещены соосно и выполнены с переменным числом витков v, поперечном сечении 12 .
Недостаток указанного излучателя ма,»ая крутизна фронта и спада формируемого акустического импульса. Этс» объясня15 ется значительной инерционностьк» излучаю:.цей диафрагмы с закрепленной на пей кату»пкой индуктивности.
Кроме того. значительные динамичсские нагрузки. воздействующие на подвижный элс мент, приво.»ят и его быстрому износу и разрушению.
Наиболее близким по технической су»цности и достигаех»ом результату к изобретению является устройство, содержащее
9084!2 корпус с Bякр< нл:. ннычн В Hсх! .чсмбря!И)й
ИЗ П>KOl l PO(30 15!!IiC I О Il(>Ч;3(.ll »1 НОГO Ч с) I j)H
I!0 f)
l3 i! lC ll, I0(K i 1 Ч(1 c)ËË И (ЕС К И Х С Н И Рсl, I(. H, КР< il IBIIHI>l I( 1(30 15>НИО(!О.
ГО М ЯТ;) l tel. I () С 0 ГБ(f)(ГИЯ Ч и В ЦСН1 Р ЯЛ 1>1101 . (iс)(l«; (>). ! (еэ<ОО (я Кя ч и этого l стройс г Бя я Блик> гся не <ос)ч:(о -)ысокий коэффи пиен г ИО.1(знОГÎ . I(»É(. Ãf)èß Ii искРив 1(flH(<))POII 1 Я фОРмиру(мых акустических КО.!Сбаний.
El(. f) l3hI H fICCl 0<. 1 Я СИЯ 1 < H -| е >|, ч ГO
ЧЯСГ(> . (1(16Рс)!! 1>I, РВСПО,IОж(»ННВЯ (IPOГИI) 0!в
БС P< И и Б 0((IÎE),3 Н И ЯХ КЯ Г», ill(K ИН ТХ КТИ В-! i O C T H (H 13. 1 ß (TC ß I I Я С С И В Н Ы М 3 Л (.» Х! (Н Т <) Ч, В К OT<)p0м НИХ ревы< ГОК H (I(Н сl ВO:!ЯTСЯ. С. I (»10ВЯ Г(. >)БИО, 0 Гтcl„ к ив Я ю(ц< с :)с ЙстВи (. и ll l>Iтывяег только часть мс чбраны, располож(иная HE è0< рсдс Гв((но перед (пира 15)i>IH и:1дъ кторов, которая составляет 50 (70",)<) От об!цей новерхносгн мсмбрянь„что зня .иГ(Л! Н<) СНИжаст Коэффипи< (ГГ Н<>Л(!Ilr» 0 ДсйСТБИЯ (С 1 РОИ< Г!)и
l I 0 3 i 0 ) t 7K ((l i (i i (i H l l ((I3 I3 it,1 »(l I < 3 1 r3 (I H 1 <, ьl l 0 H Г О. I l I i l I I I i >I |1 0 Т С Х 1 С Г B H 51 0 Г 1;i Ë К И Б с) 10 l i i H . ». спл и . (с,i<. Ит(>с!г!Вн) K);ястi,. !с%(6>р;!Ия прогиба(.-: я, ПO Вызывяс Г искри()л(liHE> фf)0!110 1)0(>3|И(>) (i:I>l»; f! K, C I H |с", к|(, ко,-.< 6 II<,(., ИБО<,ретi» !Ня IIOBûll.
И . Л Ч I! I i < I l l l < 1 Я С I ОТ i I 0 H Х с! () <1 К ГС Р !> С Т И К H » (ТР 0 и с T 1) < i . 1 . «1 !» ж с 5 I P 0! 1 I l0< I f3 1! 3. I м.l c) i < . (!> Б Б(, I(. ll!>I EO Н<,1 lilt Г<., 11>l. I>l(Я II cl ,10! И(llfl>I(. K«) I Ill l».l И Н 1 К1И Б Н(>СТИ, » C I Ii. (00<. il<> С (>Сil!»)ill>l l ll СН I МЕ! PH I I!0 IIO Обе cT<:f)OIII>1 х|см<)р(!нь|, Бнх (>|! (.,)Гх н!«к хсТя НОВ. I(l!!>l " j>3 6K l! !|:3 ма(|| Н 1 0(1l Я | КО(0 XI<) 1 СрИя IH, я il:-. >О(.! Х Ilr>B< рХНОС15I; >»(Е<»(6)р;!Н(,| НЯН< <(I.:i> !,ОК ) >!" 5 Я И 3 ГО»КОПРОВ(>;(Япl< I <) ll< М с) Г1 1H1 Н (>I 0 4)) т<.|1,.!Ыс .(<. 3 iilKH ин li KT)tBflOcтн, Р;) 110 IO>кеш|ыс l!0 <>дну ."горону <>г х)< чоряны, с<)<: ûл(1, IТО I iC I ITP B, I t>1l ci 51 1 Я СТ(> ХI Е >! 6 Р cl Ilk>I f31>l|10Л Н ficl И 3 Ч я Г li H Га, лис) Ч(Тр К01 Op(> I 0 pcl k3< ll ДИ ЯМ С 1 (>» 01 Б< РС ГИ Я Кс)Т»» Н)< К И li 1» К | И ()НОСТИ, я Все кят ° IIIKI и (дуктив((ости, ряс !<> (Ож< н fills II0 о: 56 Кро,1< fог0, пл<>скп< чег I>H I и )Б» < 0(< Ek) if x катх н(< к Hi! (к H13:iOc i и I!»)(К)1 Н Р(>ТИ ВОН ОЛОЖ f!0(I I» Н ) с) Б, 1((lit< 1 1 С lit Лl>К) ПОВИИ!(>iiktfl HlfТ !ICHBfl0(I lf 1 Б Г1(ИТН !IО. 1 H (0,1(l(ОИДОВ !|l l (М СОЗДЯ((ИЯ зя >! Кн> тых х(я Гн).топ ро(3(7 loB, полые и< гя. 1, I HHCÑ ÊH 0 Il!i H!l if»>l И КР!>1(НКИ BBIIIO. I >IC I!1>i HB Ч <1ГII H1 0»1 HI КО| О |сlТЕ j) И с|л с). Гак )53 конструкция излучателя акустическоп) Об I>r«BTeля обеспечивает достижение li0.!Ожительного эффекта путем активного Бзанчодействия полной поверхности мембраliI>l с магнитными полями одиночных катун(ск индуктивности и соленоидов, при этом :!я<гi ь чсмбраны, покрытая немагнитным про(н>дян.им материалом, взаимодействует с по.и ч iici(7cêîé металлической спирали катушки HII;1óêòèâíîñòè, расположенной с одной сп)роны мембраны, а центральная часть мембраны, Выполненная из магнитного проводя-! цс! о чатсриа lа, взаимодействует с полем c0;I(поила, расположенного с другой стороны мембраны. Elя фиг. изображен эскиз излучателя (!куст!|ческих колебаний, разрез; на фиг. 2— излучя гель с центральной частью мембраны из чагнита: на фиг. 3 и 4 — внешний вид двуx смежных катушек индуктивности с против<<»н7лож ны м и намотками металлических с!|Нра.!си, вид сверху. Устройство содержит корпус 1 с закреп.и IIIII>lX!H B нем мембраной 2 из токопроводящ 10 магнитного материала, двумя основ(!ыми катушками 3 и 4 индуктивности, расположенными параллельно мембране по разные от нее стороны и выполненными в виде i I0(êHê металлических спиралей 5, закрепл(Hill>I x на подложках (основа !)Иях) 6 из изоляцношп)го материала с отверстиями 7 Б |ц»llòðH II>HoH |асти. Корпус 1 закрыт Kpl Il:IKячи 8 с отверстиями 9 в центральной ч))сти. М(мбрана 2 закреплена в корпусе при lI0i»l0lllH упругой кольцевой шайбы 10, при ->том между поверхностями мембраны 2 и к;|туп(качи 3 и 4 индуктивности имеются шх| k>,»!III>IB зазоры 11. В излучатель акустических колебаний .<ополнитсльно введены катушки 12 индук(!1()нос1и аналогичной конструкции и два по, iI>i металлических цилиндра 13. Катушки 12 pBcli0ложены соосно с обеих сторон мембраны 2 и Образуют два соленоида 14 (фиг. 1 ) СЛОВНО ПОКаэаН ОДИН СОЛЕНОИД) . Мста.!лические спирали 5 катушек 12, расположенных с одной стороны мембраны 2 сос;(инеи ы последовательно в единую электрическ,к7 цепь, которая включена последоБятел (и> с отдельной катушкой 3 (4) индукт||Бно TH, расположенной с противополож-!!0é с.п)роны мембраны 2. Свободные концы ciiHpBлей 5 образуют электрические входы 15 и 10 соленоидов 14. С целью упрощения технологичности сборки соленоидов 14 плоские металлические сниpали 5 двуx смежных катушек 12 ! i)I;<óKTk3k3ft0cTit имеют противоположное нанряв. c»èе намотки (фиг. 3 и 4). Спирали 5 Бсе кятуiнеK 3, 4, !2 индуктивности помеще(|ы Б Бысокопрочный изолирующий матеj)иял (7. 908412 Металлические полые цилиндры 13 плотНо вставлены в отверстия 7 и 9 катушек 12 и крышек 8 и вместе с корпусом 1, мембраной 2 и крышками 8 образуют замкнутые магнитопроводы соленоидов 14. Мембрана 2 выполнена многослойной. Основу ее составляет сплошной диск из магнитного проводящего материала (сталь, железо, а часть мембраны 2, расположенная против спиралей катушек 3 и 4 индуктивности, с обеих сторон содержит покрытие 18 из немагнитного проводящего материала (например медь, серебро и т.д.) .. Если центральная часть мембраны выполнена из магнита 19 (фиг. 2), то вне катушки по одну сторону от мембраны соединены последовательно, а к источнику импуль сов тока они подключены через пусковые диоды 20 и 21. Излучатель работает следующим образом. Управляющий ток подается поочередно на входы 15 и 16 соленоидов. При подаче напряжения на вход 15 в токопроводящей части мембраны 2, расположенной против металлической спирали 5 катушки 4, наводятся вихревые токи. В результате пондеромоторного взаимодействия с магнитным полем катушки 4 возникают силы, отталкиваюшие мембрану 2 в сторону катушки 3. Одновременно с этим процессом за счет протекания тока по общей электрической цепи образуется магнитное поле соленоида 14, которое взаимодействует с центральной частью мембраны 2, перемешая ее в том же направлении, в котором она перемещается под действием магнитного поля катушки 4. Таким образом, перемещение мембраны 2 совершается под действием поля катушки 4 индуктивности, расположенной с одной стороны мембраны 2, и магнитного поля соленоида, расположенного с противоположной ее стороны. При подаче управляющего тока на вход 16 описанный процесс повторяется и мембрана 2 движется в противоположную сторону. Колебания мембраны 2 через отверстия в полых металлических цилиндрах 13 передаются в окружающую среду. Излучатель может работать в импульсном режиме и режиме непрерывных колебаний. Изменяя соотношение диаметра мембраны 2 к диаметру ее центральной части, количество катушек 12 индуктивности в соленоидах 14, а также величину воздушных зазоров 11. можно регулировать эффективность работы облучателя и управлять фронтом формируемых акустических колебаний. Достоинством предлагаемого устройства является более высокий коэффициент полезного действия, что достигается благодаря участию всей рабочей поверхности мембраны в электромагнитных процессах, обуславливающих перемещение мембраны. При этом устраняется нежелательный прогиб мембраны и, cëåäoâàòåëüío, co3дают ся условия для формирования акустических волн с плоским (неискаженным) фронтом. Если центральная часть мембраны выполнена из магнита, то магнитное поле соленоида взаимодействует с полем постоянного магнита 19 мембраны 2, перемещая центральный участок мембраны 2 в том же направлении, в котором перемешается часть мембраны 2, состоящая из проводящего немагнитного материала. Подбором направления протекания тока по спиралям 8 соленоидов добиваются, чтобы при этом происходило отталкивание мембраны 2 в сторону обесточенного соленоида. Этот результат обеспечивается, например путем подачи переменного напряжения или последовательности импульсов типа меандр gQ через пусковые диоды 20 и 21 на соответствующие входы соленоидов. Если управляюший ток подается в противоположный соленоид, то весь описанный процесс повторяется и мембрана 2 движется в противоположную сторону. Излучатель может работать в режиме непрерывных колебаний и импульсном режиме. Изменяя соотношение диаметра мембраны 2 к диаметру ее центральной части, количество катушек индуктивности в соленоидах, а ЗО также величину воздушного зазора между мембраной и соленоидами можно регулировать эффективность излучателя и изменять фронт формируемых акустических колебаний от сферического до плоского. Достоинством устройства является более высокий коэффициент полезного действия, что достигается благодаря участшо всей рабочей поверхности мембраны в электромагнитных процессах, обуславливаюших перемегцение мембраны. При этом устраняется нежелательный прогиб мембраны и, следовательно. создается условие для формирования акустических волн с плоским (неискаженн i») фронтом. Формула изобретения 1. Излучатель акустически.; колебаний содержаший корпус с закрепленными в нем мембраной из токопроводяшего немагнит. ного материала двумя соосными катушками индуктивности. расположенными параллель. но мембране по разные стороны от нее и выполненные в виде плоских металлических спиралей, закрепленных на подложках из изоляционного материала с отверстиями в ценTðÿëьной части, отлииающииея тем, по, с целью повышения КПД и улучшения частотной характеристики устройства, в него введены дополнительные аналогичные ка тушки индуктивности, установленные соосно 908412 Г с o Ilol)!HI)IH сих метричпо Ilo обе с (of)()llhl мембр(3 п3>3, (33!IT f)H катуп(ек, ОT l ll()Hл с пы трубки и:3 м!3! И3!Томягко!.О материала, а Il;I обеих;!Овс рхпостях мембраны папсс(ïû ilo крытия из токопроводящеl о пс маг! итпоп; материала, при этoм дополни.ге Ihll!;I(ка гу3п к и и и,(. кт 33 В н ос т и, р (3 с и О. Ож с)н п ы (I l О Од 3 1 сторо(3 оТ мс мбрапы, соединеllы послсд()на тель!ю одна с дру ой и с oc13013130H K<3 I x !!3K()II И!(ду Ктинпостн, р;3СПОЛОжС ППОИ 33О,!руГ) I(! сторону От псе. 2 Из I), ч нпгс л ь f3 0 fl. I, «т 3((чсг)()щ(гй(!I тс м,:!то H(llòð(3.1 с,н ая часть .мам бр(3313>! И1,! полпепа из магнита, диамс тр KHToðîl ) ра33(и, !И(3МССTP, ОТИС РСТИЯ К(3 Г IH(K Иl!.I (l(TH!333O() И а всс к()т 3пкп ип.д Kl HI)3 ooòH, рас)юложеll пые )ю одну сторону от мембраны, соединены пс)следоватсльпо. :1. Излучатель Но и. и. 1 и 2, oT,гичающий. (.ч;.ем, что, с целью упрощения сборки 31!l()oKI.å металлические спирали двух сосед пих кагу(пек индуктивности имеют противо. (н ложное направление намотки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 36 l. Лвторское свидетельство (ССР Л о, Бб)990, кл. В 06 В 13 04, 1970. 2. Авторское свидетельство ССCP Х! 466052, кл. В 06 В !04, 1970. :). Лвторское свидетельство СССР по заsI нке Л 2860862, кл. B 06 В 1304, 976.! J084 t 2 Редан гор: .. М» ыл В.-.каз 686 8! ri .ванге ii IJ .Iнро оi Рг .1 г . Л !1 >яка, даррел. ор М. 111а1нннн ; i а. 4.:I!",, 11о il.i .сi.".ii. ВНИИПИ ос1дарcтвенно "о комитета СССР по делам изобретений и открытий 11,3035, гМоскна. )K - 35, Рауеаская наб.. д. 4 5 iJiv,;và i П!111 «I i òåíò:i, — Ужгород, л. Проектная, 4
