Излучатель акустических колебаний

О П И С А Н И Е 1 )908412ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 19.03.80 (2 ) 2896973)18-10с присоединением заявки Лв 289697418-10ло делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Г. Г. Добровольский, С. С. Тонкаль, Ю. Г. Камчатный, Э. А. Бакай 1 и А. А. Барышцикрв/ Ордена Трудового Красного Знамени ицститут сверхтвердьгх мате алов АН Украинской ССР и Киевский научно-исследовательский институт отоларингологии им. проф. А. И . Коломийченко(54) ИЗ. УсАТс;.Ъ АКУСТИЧЕСКИх КО.1 ГБ й,НИИ 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 поверхности. цри диагностике и линии заболеваний в медицине.Известен излучатель акустических колебаний, содержащий корпус, металлическую спираль, располкенную в одцой плоскости и помещенную в высокопрочный изолирующий материал, и подвижный элемент, выполненный ввиде диска из двух металлических пластин, закрепленных в разделяощем их изолирующем материале, цри этом одна из пластин, обращенная к спирали, выполнена из материала:с высокой электропроводностьки а другая, обращенная к внешней среде (жидкости), из матеткала с высокой механической г:рочцостью 111.Недостатками данного устройства являются затянутость спадов акустичсских импульсов и недостаточная частота их формцрова ция, что оьясцяется значительной массой (инерционностью) системы ц возвратом подвижного элемснта в первоначальное цолоксцие при помощи резинового жгута.Известен импульсный электродинамический излучатель, содержащий карих с, возбуждающую катушку и подвижный элемент, выполненный в видс излучающей диафрагмы (мембрацьг) с закрепленной на ней под.вцжной катушкой индуктивцости, при этом 10 возбуждающая и подвижная катушки размещены соосцо и выполнены с переменным числом витков в поперечном сечении 12.Недостаток указанного излучателямалая крутизна фронта и спада формирхемого акустического импульса. Это объясцяется значительной инерциоццостьк излучаю:пей диафрагмы с закрепленной на цей кату.цкой индуктивности.Кроме того, зцачцтельные динамичсскиенагрузки. воздействующие на подвикцьй В элсмецт, приводят и его быстрому износу иразрушению.Наиболее близким по технической сущности и достигае 1 ом результату к изобретению является устройство, содержащееКОРЦУС С ЗЯКРС НЛСЦЦЫМИ Б ЦСХ ХСХбРОЙ ИЗ 1 ОКОН ГН)БО;51 Ц(СО ЦсМ с 3 Ц ИГ 30 ГО М с 31 СРИ 3- ,1 Я;Вх;Я СООСЦЫМ 3 КсТ ПСс 3 И ЦДМЕТИ 1)ЦОС. Ги, рясц;),Ожснцыми цяр 1,1,ел 10 хс хбранс НО ряЗЫС СтдрОНЫ От НСС И БЫНОЛНСННЫС В БИДС ЦГЦНКЦ МСс 1 ЛЛ 13 ССКИХ СЦИРЯГ 1(и, .)Я. КРСЦ,1 СЦ 1311 Х Ц 1 Ц(,Г 1( ЖК 1; ИЗ ИЗОГ 1 ЯЦИОЦ 10. ГО МЯТС;)И 3,13 С ОВСРСГИ 51 МИ В;СЦТРЛ 1 ЦОИ с 1(.Г 1)1.1(Е 5 ОСсКХИ ЭП)ГО СТРОЙСГ 3 Я 5)ЛРЦО- ся недоля Г:ццо )ысокий коэффицисцг полезного действия 3 искривлсцис фриця формирусмыдх акустических ко.сбаций.1 ер)ЫЙ 3 С:ОС с ТОК ОбВЯСН 51 СГС 51 (3, ц ГО цЗС Г 1 Х 1 Смбр с 13 Ы, раСНО 1 ОЖС Н)3 ЯЯ 13 ро ГИ 13 О 1- Бсрстий Б Ос)03,33 Рях кягушс к ицдуктивЦОСТИ 51 Б.1 ЯСГСЯ П ЯССИВНЫМ ЭЛСХСТО 3, Б КО- тором Би.срсвыс Токи цс наводятся. СлслоВя ГСЦ Я 0, ОГТЛКИБЯЮЦ(С .СЙСТВИС. ИСЦЬ- тывяег только цасть чсмбпацы, расцолс)жсццая нецсн рсдс гвс Но перед спиралями и:- дх кторов, которац составляет 50 60",)о от обцсй цоцсрхцс)сги мсмс)ряцы, цто зцяцц- ГСЛ ЬНС) С ЦИЖ 1(Т КозфИЦИСЦТ 10.С ЗЦС)ГО ДСЙС Т Б и 53 Х С 1 ) 0 Р С Г 3 Я 1 с: этой ж ц ицицс, ввиду цсзцяц псль- )ОЙ ГГЦ И 3 Ы И ТСХ"1 С ГНИ 51 ОГ 3 Л КИ)с 3 К)ЦИ;.сцл ц: с с дс ц) сГьц О сст,. 5 сч 1 бр И прогиба.-,я, по )ьзь 3 с Г искри цлс цис ф) ( )1 1 .( ) р 3) ) С. 1 1 Х с, К , С1С , КК ОЛ С ", ) 1 .Ц11(х., 3:30(брет(ция цоцыс(Нс х 11,130 ИЛЛН(ЦЦС 11 П ОТЦОЦ Х,)1 СРСГИКЦС Т- ро ) с 3;3,; ". я к жс ур оцс и и с" с (н) р к иОлявлс ццяя цель досг 31 сся Гс, то В 1 З,3 . , ББ(, С 111 О 1(,:1311 ГС,)11. С с 3 с Г 101 И 1 С КТ Ц 11ИН. СЦ Б НОСТИ,С ЦОБ ГН.И 31 С ( 00(.ЦО С ОСЦ)1)Ц 1 И С)ММС ГР 1 НО 1 Обс л 03)1 ы хсмбрць 1, 31 С): к;т, (кТЯ НОВ.1НССОК 3:3 ма и 0315 Н КО 013 ГС- рР 3 я(я, я я,)03 . Н 1 Б(рХ НОС 1 ях )1брц НЯ 3 С( С 1.: ОК;)1 Р Я и:3 ПЦ КС)ЦР)БО;5 ЦН 1 О ЦС Мс 1 ГЦИТН 01 О МЯТСРИЯЛ 3, ПРИ ЭТОМ,ОЦОЛЦИ 43) Т(,111 ЫС ;Ц, ) ИК 3 1 3, КТИ БЦОСТИ, Р ЯСЦОЛО ) С 11 С ц) ОЛ,Н,"ГОр 011 С)Т 3(МС) р 1 НЫ, С(Н- дцены последов;псльцо одна с,рхгой и с ОСЦОВ 10 Й Кс 11"ЦКОЙ ИДМКГ 1 БЦОСТЦ, РЯСПОЛО- .ксццой цо,сругуо лон)цу (п )нс, я также ГС 1, 1 Т О Ц С Ц Т Р Я, 1 Ь Ц с 51 1 Я СТ 1 Ч С О Р Я Ц Ь 1311- ПОЛ ЦСЯ ИЗ М Я ГНИ ГаИс 3 МС ТР ХОП)РОО Ря 3 СЦ ДИЯМСТ) 01 БСГ)СГИ 51 Кс 1 ТХЦ 1(К 1313,Х КТИ)НОСТИ, я Бсс кят,цкц и дуктив н)сти, ряс н).ожц- цые по одну сгО Оцу от мсмбряцы,( )слицсН 11 ЦОС,1(.;031 ТСГ 1 ЦО.56)сроС ТОГО, ПЛОСКИС МСГ;ГР 1 С КИСР 3 ГИ ДБМХ СОСС;СН 3 Х К 1 ТХ ЦСК И 3;МКТИ 3 Н)СГИ И 3(К)1 1 РОТИВОЦОЛОЖЦС 1 Я)с)Б,1 С 1 ИС 13- мотки.С 1(л 1 1 О и О Б ы и н ц и 53 и ц т с ц с и Б 10 ( Г и 1 3 ГЦИТНЫХ ЦО 1 СИ СОЛСЦОИДОВ Ц 1(М СОЗДЯИ 51 ЗЯ М КЦ ТЫХ Мс 1 Г 3, ГОП РОВОДОБ, ЦОЛ ЫС МС. 1- С И(СС КИС 13( ИЦ,Р И КРЫЦ К ВЫЦОГ 1 ЦС 31 ИЗ М 1 ГЦ ИТ К 511 КОО 1 с 1 ТС 1) И сЛ с 3. Гакяя конструкция излучателя акустическоп) Облуцателя обеспечивает достижение НО,Ожительцого эффекта путем активного Взаимодействия полной поверхности мембрац с магнитными полями одиночных катуцск ицдуктивности и соленоидов, при этом :Ясть чсмбрацы, покрытая немагнитным про)ц)дяц;им материалом, взаимодействует с по.нм плоской металлической спирали катушки ицдуктивцости, расположенной с одной сгп)роны мембраны, а центральная часть мем. бряцы, Выполненная из магнитного проводяцсо материала, взаимодействует с полем согн 3053;я, расположенного с другой стороны мембраны.1 я фиг. 1 изображен эскиз излучателя кусг 3 Сских колебаний, разрез; на фиг. 2 - излуця гель с центральной частью мембраны из магнита: на фиг. 3 и 4 - внешний вид ,Бух смежных катушек индуктивности с проти )ОИОГож цы м и намотками металлических сНрагси, вид сверху. Устройство содержит корпус 1 с закреп.нццыми в цем мембраной 2 из токопроводящсго магнитного материала, двумя основцьпми катушками 3 и 4 индуктивности, расположсццыми параллельно мембране по разцыс от нее стороны и выполненными в виде цл(нких металлических спиралей 5, закреплсццых ця подложках (основаниях) 6 из изоляционного материала с отверстиями 7 Б н цтряльцой (асти. Корпус 1 закрыт крыцкями 8 с отверстиями 9 в централь- ЦО й Ц СТ 3Чс мбрана 2 закреплена в корпусе 1 при помони упругой кольцевой шайбы 10, при )том между поверхностями мембраны 2 и к;пуцкями 3 и 4 индуктивности имеются 30:3.уцц,е зазоры 11.1 С излучатель акустических колебаний дополцитсльцо введены катушки 12 индуктцвцоли аналогичной конструкции и два полых металлических цилиндра 13. Катушки 12 расположены соосно с обеих сторон мембра- ы 2 и образуют два соленоида 14 (фиг. 1 МС,0)ЦО ПОКЯЗЯН ОДИН СОЛЕНОИД).МстялгИческие спирали 5 катушек 12, рспогОжецых с одной стороны мембраны 2 сосдисцы последовательно в единую элект)Рсскук) цепь, которая включена последо ТССО С ОтдЕЛЬНОй КатуШКОй 3 (4) ИидуК- тц)ности, расположенной с противоположной сп)роны мембраны 2. Свободные концы спиралей 5 образуют электрические входы 15 и 16 соленоидов 14.С целью упрощения технологицности сборки соленоидов 14 плоские металлические сц)рали 5 двух смежных катушек 12 ицдуктивности имеют противоположное нацряв, сцис намотки (фиг. 3 и 4). Спирали 5 Всех катушек 3, 4, 2 индуктивности помещсы Б Бысокопроцный изолирующий мате) 3;3,, .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 следуюгцим 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, отталкивающие 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, перемещая ее в том же направлении, в котором она перемецгается 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 окружаюгцую 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 нежелательныйпрогиб мембраны и, следовательно, создают 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, переменная 1 о центральный участок мембраны 2 в том женаправлении, в котором перемешается часть мембраны 2, состоящая из проводящего не- магнитного материала.Подбором направления протекания токапо спиралям 8 соленоидов добиваются, чтобы при этом происходило отталкивание мембраны 2 в сторону обесточенного соленоида.Этот результат обеспечивается, напримерпутем подачи переменного напряжения или последовательности импульсов типа меандр рО через пусковые диоды 20 и 21 на соответствуюгцие входы соленоидов.Если управляющий 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 междумембраной и соленоидами можно регулировать эффективность излучателя и нзменять фронт формируемых акустических колебаний от сферического до плоского.Достоинством устройства является более З 5 высокий коэффициент полезного действия,что достигается благодаря участшо всей рабочей поверхности мембраны в электромагнитных процессах, обуславливающих перемегцение мембраны.При этом устраняется нежелательныйпрогиб мембраны и, следовательно, создается условие для формирования акустических волн с плоским (неискаженным) фронтом.Формула изобретения451. Излучатель акустических колебаний содержащий 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 центральной части, отлииаюигпйе.г тем, гто,у с целью повышения КПД и улучшения час тотной характеристикистройства, в него введены дополнительные аналогичные ка тушки индуктивности, установленные сооснос Основными сих метричцо по об( лгороц 1 мехбр;)п 11, внутри катуп(.кст;1 поил ецы трубки из м 1)гпточягкого 31 Тери 1 ла, а и; обеих;1 ов(рхпостях мембраны цапсс(п 1 ИО крытия из токопроводяпего и(маг итпоп; материала, г)ри этом дополцигел)цгы( кагуи К и И Ц,1 . Кт И В Ц ОС Т Р 1, Р 13 С П О,1 ОЖ Еп П Ы ( П ) ОД У сторон от и(мбрапы, соединены посл(диа тельго одна с дру ой и с основной ка г(пкой ицдуктиццо(ти, р,)спогп)ж(цпой по,(ру к, СТОРОЦ с РТ2. Излучат(ль по и. 1, т)ачак)щий(, тем, что ццтр;1 л 1,цая част мембр(1 ць 1 в 1,1 полцепа пз магнита, днам(тр которо ) ра 13(ц ,1 и и м е т р у От 3( р с т и 51 к( Г м ц( к и ц,1 у к т и 13 ц О(" и13 с( КР)т 3 пки иц.(мкти 1)ности, расОлож.ц пыеп) о (13 стооопм от мембраны соединены последоват(л ьцо.:1. Излучатель по и. п. 1 и 2, от,гичающий .ч гем, что, с целью упрощения сборки плоские металлические спирали двух сосед цих кагу)пек индуктивности имеют противо )п)ложное направление намотки. Источники информации,прицятые во вцимание при экспертизе101. Лвторское свидетельство СССРЛо 855990, кл. В 06 В 1104, 1970.2 Авторское свидетельство СССРЛЪ 466052, кл. В 06 В 04, 1970.:5. Лвторское свидетельство ГССР по зая вке Л) 2860862, кл. В 06 В 1104,976.