Ультразвуковой магнитострикционный излучатель

О П И С А Н И Е и 978948ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоцналнстнческнкРеспублик(5)М. Кл. с присоединением заявки И В 06 В 1/08 Геоударстюиый комитет С,ССР по делам иэабретеиий и открытий(088.8) Дата опубликования описания 07 . 12 .82(72) Авторы изобретения А. Г. Сучков и Н. Н. Дмитриев т ; Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им, И, П. Бардина1Изобретение относится к ультразвуковой технике, а конкретно- к устройствам, преобразующим электрическую энергию в механические колебания высо. кой частоты, и может быть использова-. :,но в различном технологическом обо 5 рудовании разныхотраслеи народного ,хозяйства,Из основного авт. св, У 250556 из. вестен ультразвуковой магнитострикцио онный излучатель, содержащий магнито. провод и обмотку возбуждения, причем магнитопровод выполнен в виде соединенных в общий пакет секций, имеющих различные собственные частоты механического резонанса Недостаток этого устройства состоит в невысоком коэффициенте полезного действия. 2 о Целью изобретения является повыше. ние коэффициента полезного действия. Поставленная цель достигается,тем, что секции выполнены из пластикс одинаковыми геометрическими размерами и по крайней мере из трех разнородных материалов с различной скоростью распространения упругой волны, причем пластины объединены в группы так, что в группе содержится по крайней мере одна пластина из каждого материала,а частоты их механического резонанса изменяются монотонно, а также тем, что у пластин, входящих в соседние группы, характер изменения частот механического резонанса носит противоположный характер,Сущность изобретения заключается в том, что выполнение пластин с одинаковыми геометрическими размерами, изготовление их из разнородных магнитострикционных материалов и соответствующий набор в секциях позволяют избежать значительных потерь на внутреннее трение и тем самым, при сохранении широкой полосы амплитудно- частотной характеристики (АЧХ), а точнее - при еа расширении, повы978948 3сить КПД, исключив его взаимосвязь с шириной полосы АЧХ, а также устранить неравномерность излучения и расширить функциональные возможности пре образователя. 5На фиг. 1 показан общий вид преобразователя (вид сверху); на фиг.2- вертикальный разрез; на фиг. 3-5 показаны варианты группировки пластин в секции и эпюры изменения скорости 1 О распространения упругой волны по высоте.,секции; на фиг, 6 представлена амплитудно-частотная характеристика.Иагнитопровод 1 излучателя, рассчитанного на среднюю рабочую часто. 15 ту 18 кгц, набран из кольцевых пластин 2, имеющих одинаковые геометрические размеры и средний радиус 41,5 мм, В пластинах выполнены радиально расположенные цилиндрические 20 отверстия 3, через которые проходит обмотка возбуждения 4, тороидально ;уложенная на магнитопровод 1 и подключенная к ультразвуковому генератору (на чертежах не показан),напри,- 25 мер УЗГ-10. Пластины выполнены из пяти разнородных магнитострикционных материалов, а именно из сплава К(на чертежах обозначен буквой А), альсифера (В), альфера (В)гиперни- З 0 ка (Г) и пермалоя (Д), имеющих различ ные скорости распространения упругой волны, соответственно (данные взяты из разНых источников) 5, 1 х 10 4,9 х 10 , 4,78 х 10 , 4,4 х 10 и 4,3 х х 10 см/се к. Иагнитопровод преобразователя высотой 36 мм состоит из тридцати групп 5, каждая из которых объеди 40 нена из восьмй пластин 2 толщиной 0,15 мм. Пластуны объединены в группы таким образом, что в каждой из них есть по меньшей мере одна пластина из каждого из вышеуказанных материалов, а скорость распространения45 упругой волны изменяется монотонно при переходе от одной пластины к другой (эпюра б) - снацала уменьшается от 5,1 х 1.0 Б до 4,3 х 10 см/сек, а затем возрастает до 4,9 х 10 см/сек. 50 При этом пластины, контактирующие между собой и входящие в разные груп пы, выполнены из сплава К(А) и альсифера (Б), скорости распростране. ния упругой волны которых отличаются одна от другой на 0,2 х 1,0 см/сек.Выполнение пластин преобразователя менее чем из трех разнородных материалов является нецелесообразнымт.к. это будет приводить к уменьшению ширины полосы АЧХ при условиисохранения достаточно высокого КПД,либо к снижению КПД при обеспечениизначительной ширины полосы АЧХ. Использование же максимально возможного количества магнитострикционныхматериалов обеспечит преобразователю большую ширину полосы АЧХ и высокий КПД, Оптимальным представляется выполнение пластин из четырехили пяти разнородных материалов,которые нужно стремиться подобратьтак, чтобы скорости распространенияупругой волны у них отличались однаот другой на минимальную и примерноодинаковую величину.Формировать группы 5 необходимотаким образом, чтобы их высота былаодинакова и чтобы в каждой из нихбыли представлены все магнитострикционные материалы, из которых выполнены .пластины, т,к. это обеспечивает им одинаковые по ширине полосыАЧХ и равномерность излучения повысоте магнитопровода,Принцип работы преобразователятот же, что и известных преобразователей кольцевого типа. При подключении обмотки возбуждения 3 к ультразвуковому генератору в магнитопроводе 1 возникают магнитные силовые ли-нии, проходящие по окружностям, лежащим в плоскостях, перпендикулярныхего оси. Под влиянием магяитострикционных сил, развивающихся в теле магнитопровода, его излучающие поверхностиначинают совершать радиальные механические колебания. При этом за счеттого; что пластины магнитопровода выполнены с одинаковыми геометрическими размерами (средний радиус 41,5 мм)и из сплава К(Фер=19,5 кгц), альсифера (Грей=18,8 кгц), альфера (=18,0 кгц),. гиперника (Грв=17,0 кгц)и, пермалоя ( р 16,5 кгц), каждая изего секций, а следовательно и весьпреобразователь, имеет ширину полосы АЧХ 2,5 кгц,В случае работы на постоянную нагрузку, например при обработке жидкости, преобразователь работает на какой-то одной частоте, например на средней рабочей частоте 18 кгц, При работе же на постоянно изменяющуюся нагрузку, например, при волоцении труб на цепных станах, пре978948 5образователь работает на резонансных частотах, отклоняющИхся от средней рабочей частоты, например, в одну (до 17,7 кгц) и другую (до18,3 кгц) стороны. 5 В группы пластины могут быть сгруппированы так, что скорость распространения упругой волны будет либо только увеличиваться (умень 1 Ф шаться) (фиг. 4, эпюра 7), либо пос-ледовательно и несколько раз (фиг.5, эпюра 8) увеличиваться и уменьшаться . Секции 3 могут быть сгруппированы и соединены в магнитопровод так,5 что скорость распространения упругой волны у пластин, контактирующих между собой и входящих в разные секции (Фиг. 4), будет одинакова,. что так же, как.выполнение секции одинаковой ф высоты и из всех магнитострикционных материалов, иэ которых изготовлены пластины, способствует обеспечению равномерного излучения по высоте магнитопровода;25 4Формула изобретения1. Ультразвуковой магнитострикционный излучатель по авт, св.1250556, о т л и ч а ю щ и й с ятем; что, с целью повышения КПД,секции выполнены из пластин с одинаковыми геометрическими размерами и покрайней мере из трех разнородныхматериалов с различной скоростью распространения упругой волны, при этомпластины объединены в группы так, чтов группе содержится по крайней мереодна пластина иэ каждого материала,а частоты их механического резонанса изменяются монотонно.2Излучатель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что у пластин,входящих в соседние группы, характер изменения частот механического ре-,зонанса носит противоположный характер.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 250556, кл. В 06 В 1/08. 196797898 Составитель 8, ВавТехред А,Ац Огар оррект Редактор Б отов П "Патент", г. Ужгород, ул ктна л аказ 9157/12ВНИ ТиражГосударственногоделам изобретенийМосква, Ж, Ра митета СССР открытийская наб., д. 4/5