МАГНІТОСТРИКЦІЙНІ ВИМИКАЧІ
Магнітострикційні випромінювачі застосовуються для випромінювання коливань рідини та тверді тіла. Найбільшого поширення вони набули в ультразвуковій технології, а також у деяких морських акустичних приладах: ехолотах, риболокаторах.
Механічна система магнітострикційного випромінювача має високий механічний опір і може розвивати великі механічні зусилля, але при порівняно невеликих амплітудах коливань. Для ефективного використання магнітострикційного випромінювача потрібно приєднати до нього великий опір навантаження. Порівняємо хвильові опори повітря, води та сталі з хвильовим опором магнітострикційного матеріалу - нікелю:
Звідси видно, що хвильовий опір повітря в 100 000 разів, води — в 30 разів менше від хвильового опору нікелю, а хвильові опори сталі і нікелю практично однакові. Це означає, що перехід енергії звукової хвилі з нікелю в повітря дуже утруднений, у воду передача відбувається набагато краще, а в сталь хвиля з нікелю проходить практично без відображення від місця з'єднання.
Умови випромінювання енергії пружним тілом в рідину істотно покращуються, якщо тіло, що випромінює, коливається на резонансній частоті. Так, наприклад, внутрішній опір напівхвильового стрижня, що вільно коливається на резонансі, як генератора механічної енергії, падає в стільки разів, скільки складає добротність нікелевого стрижня. Добротність може досягати так що опір напівхвильового вібратора з нікелю, приведений до пучності коливань, складе всього Це навіть набагато менше, ніж хвильовий опір води, так що ефективне навантаження випромінювання магнітострикційної рідиною легко здійснюється. Узгодження при випромінюванні повітря навіть за високої добротності нарезонанс виявляється поганим.
Найбільш поширені конструктивні форми магнітострикційних випромінювачів - це стрижневий та кільцевий випромінювачі. Принципова конструктивна схема стрижневого
Мал. 4 44. Ярмо магніто-стрикційного випромінювача; а - випромінювання обома накладками; б – випромінювання однією накладкою; в - несиметричне ярмо
випромінювача представлена на рис. 3.12 (див. параграф 3.10). Випромінюючими поверхнями є торці накладок, що з'єднують стрижні, що несуть обмотки. У рідину може бути занурений лише один торець, а інший вільний. У деяких випадках другий торець кріплять нерухомо до масивної основи. Накладка, що випромінює коливання, може бути досить товстою, щоб створити додаткову масу в механічній коливальній системі і тим самим зменшити її резонансну частоту. Якщо поверхня, що випромінює, повинна бути дуже великою, то може виявитися зручним зробити ярмо з декількох стрижнів (3, 4 і більше), з'єднавши їх загальною накладкою (рис. 4.44). Накладка має бути достатньо товстою, щоб її вигин не міг впливати на випромінювання звуку.
Щоб уникнути необхідності подавати в обмотку перетворювача додатковий постійний струм, що зміщує робочу точку на кривій намагнічення, іноді іноді врізають в ярмо додатковий постійний магніт.
Кільцевий випромінювач являє собою ярмо з магнітострикційного матеріалу у вигляді кільця, навколо якого укладена обмотка (рис. 4.45). Для того, щоб обмотка не впливала на передачу коливань бічною поверхнею кільця в навколишнє середовище, її витки пропускаються через спеціальні отвори, зміщені якомога ближче до зовнішньої сторони кільця, але так, щоб не знизити жорсткість поверхні кільця. При пропусканні змінного струму через обмотку кільце періодичнорозтягується і стискається, здійснюючи радіальні коливання та випромінюючи своєю бічною поверхнею. Якщо стрижневий випромінювач може створювати спрямоване випромінювання у вигляді більш менш вузького пучка, то кільцевий, природно, випромінює рівномірно на всі боки в площині, перпендикулярної його осі, і може створювати спрямованість випромінювання тільки в площині, що проходить через вісь кільця. У деяких випадках для одержання вузького пучка випромінювання від кільцевого випромінювача його поміщають у конічний відбивач. Малюнок 4.456 пояснює принцип дії такого відбивача. Для роботи в рідині відбивач можна
зробити у вигляді порожнистого конуса з тонкого металу. Якщо металевий лист досить тонкий, так що опір погонної маси його мало порівняно з хвильовим опором води, цей лист практично не впливає на процес відображення хвиль.
Мал. 4.45 Кільцевий магнітострикційний випромінювач: а - ярмо з обмоткою; б - ярмо випромінювача у відбивачі
Тоді завдяки великій різниці у хвильових опорах рідини та повітря, що заповнює конус, звукові хвилі повністю відбиваються конусом назад у рідину.