Классификация ультразвуковых преобразователей
1. Аэродинамические преобразователи обеспечивают преобразование энергии потока газа в ультразвуковые колебания газовой среды.По характеру преобразования энергии потока газа аэродинамические преобразователи делятся на:
а) статические сирены или газоструйные излучатели; б) динамические сирены
(Рисунок 2.1).
а – Статическая сирена; б – Динамическая сирена
Рисунок 2.1 – Аэродинамические преобразователи
Аэродинамические преобразователи обеспечивают возбуждение УЗ колебаний в газовых средах и могут быть использованы для ускорения процессов в газовых средах. Рабочие частоты аэродинамических преобразователей не превышают 20… 50 кГц [8].
2. Гидродинамические излучатели обеспечивают преобразование энергии струи жидкости в энергию ультразвуковых колебаний. Их действие основано на генерировании ультразвуковых колебаний в жидкой среде, при взаимодействии вытекающей из сопла струи с препятствием определённой формы и размеров, либо при принудительном периодическом прерывании струи. Действие газоструйных излучателей основано на вихреобразовании, резонансе, автоколебаниях и других физических эффектах [7].
В зависимости от характера преобразования энергии гидродинамические излучатели делятся на:
а) пластинчатые излучатели (Рисунок 2.2, а)
а – Пластинчатые гидродинамические излучатели;
в) вихревые
г) пульсационные
д) роторные (Рисунок 2.2, б)
Рабочие частоты гидродинамических излучателей не превышают 20 кГц.
3. Электромеханические преобразователи – низкочастотные вибраторы, обеспечивающие воздействие с большой амплитудой на объекты большой массы.
Электромеханические преобразователи делятся на:
1) электромагнитные, с подвижным железным якорем, основанные на преобразовании энергии электрического тока в магнитном поле (Рисунок 2.3);
2) электродинамические излучатели – основанные на преобразовании энергии электрического тока в магнитном поле;
3) механические вибраторы – основаны на преобразование механической энергии одного вида (энергии вращения кривошипно-шатунных механизмов) в продольные колебания.
Рисунок 2.3 – Электромагнитные преобразователи
Основным недостатком преобразователей такого типа является невозможность работы на частотах выше 1 кГц, так как при повышении частоты резко возрастают электрические потери на вихревые токи и гистерезис.
4. Импульсные источники.
Действие таких источников основано на преобразовании различных видов энергии для создания коротких широкополосных сигналов. Различаются:
1) взрывные – обеспечивающие преобразование энергии взрыва в звуковые колебания;
2) ударные – преобразующие энергию механического удара;
3) тепловые – основанные на тепловом ударе;
4) электроразрядные – преобразующие энергию электрического разряда в жидкости;
5) импульсные электродинамические.
5. Магнитострикционные преобразователи - обеспечивают преобразование энергии магнитного поля в механические колебания УЗ частоты.
Используются для возбуждения колебаний в жидких и твердых телах (Рисунок 2.4).
1 — пакет пластин пермендюра; 2 —прокладка; 3 — уплотнения; 4 — бачок для охлаждения;
5 —вход воды; 6 — обмотка пакета; 7 — слив воды; 8 — кронштейн; 9 — диафрагма.
Рисунок 2.4 – Плоский магнитострикционный излучатель:
Рабочие частоты импульсных источников до 100 кГц. Основным недостатком является необходимость водяного охлаждения, поскольку магнитострикционные материалы характеризуются низкой температурой Кюри, температурой потери магнито-стрикционных свойств материалом [4].
6. Пьезоэлектрические преобразователи
(рисунок 2.5) - обеспечивают преобразование энергии электрического поля в механические колебания УЗ частоты.
1 — излучающая накладка; 2 —пьезокерамические пластины; 3 — отражающая накладка;
4 —электроды; 5 —крепежный болт.
Рисунок 2.5 – Конструкции составных пакетных пьезокерамических преобразователей
Этот вид преобразователей получил наибольшее распространение, практически вытеснив из практики все остальные преобразователи. Поэтому основное внимание при рассмотрении вопроса об источниках ультразвуковых колебаний мы посвятим преобразователям, основанным на использовании пьезоэлектрического эффекта.
