Ultrahangos generátor segítségével a technológiai berendezésekben lévő elektroakusztikus jelátalakítókat táplálják a vállalkozásoknál. Ezek lehetnek piezokerámia átalakítók vagy magnetostrikciós eszközök.
Megfelelő teljesítményű ultrahangos generátor nélkül nem látja el megfelelően a feladatát a különféle termékek mosására és tisztítására szolgáló ultrahangos fürdő, a fém munkadarabok és műanyag termékek ultrahangos hegesztőgépe, vagy a kemény és rideg anyagok feldolgozását lehetővé tevő ultrahangos gép.
Leggyakrabban az autóiparban, a repülésben, az ékszeriparban, a műszergyártásban, a kohászatban, az elektromos és elektronikai iparban van szükség ilyen berendezésekre. Az orvostudomány és mezőgazdaság ultrahangos generátort vásárol, a régészek a rábízott feladatok elvégzésére használják. Modern készülék fejlettebb az elavult modellekhez képest, kiváló magas hatásfokés az automatizálási szint, könnyebb lett a súlya és kisebb a mérete.
A legtöbb feladat elvégzéséhez elegendő az UZG-50-05 modell, amelyet itt vásárolhat meg: www.psb-gals.ru/catalog/ultrasonic_generators.html a „PSB-Gals” ultrahangos berendezésközpont honlapján. Moszkvában működik. Szükség esetén szakembereink egyedileg, meghatározott paraméterek szerint megtervezik a megfelelő készüléket. Az ilyen eszközök kiválasztásakor ügyeljen a címkézésre.
A szerkezethez szimbólum A gyártók általában olyan megjelöléseket használnak, mint: UZG XX/X UHL. Meg kell értenie, mi rejtőzik mindegyik alatt, hogy megvásárolja a megfelelő ultrahangos generátort. Az UZG az ultrahangos generátor rövidítése. Az első X a módosítás számát jelöli; a második X azt jelzi, hogy mekkora teljesítménye van a készüléknek kW-ban; a harmadik X azt jelzi, hogy milyen működési frekvenciára tervezték kHz-ben a készüléket; és az UHL beszél a berendezés éghajlati kialakításáról és elhelyezési kategóriájáról a GOST 15150-69 szerint.
Elvileg nincs semmi bonyolult, de jobb, ha konzultál a PSB-Gals cég szakembereivel a kiválasztással kapcsolatban optimális modell. Bizonyos esetekben szükség van a tervezés módosítására szükséges feltételeket működését, ezért jobb előre megbeszélni az összes árnyalatot. IN általánosságban Az ultrahangos generátorok biztonságosan működhetnek 10-35°C hőmérsékleti tartományban, szükségük van rá relatív páratartalom nem több, mint 80%.
Ügyeljen arra, hogy senki ne lépjen be a helyiségbe, ahol a készülék működik. nagy mennyiségben a savas gőzök és a lúgos gázok rendkívül nemkívánatosak bárki számára elektromos berendezések vezetőképes por jelenléte, mert intenzíven korrózió alakul ki rajta fém alkatrészekés az elektromos szigetelés megsemmisül. Az ultrahangos generátorok tervezésében nincs semmi bonyolult, és az eszközök megfelelő használat mellett meglehetősen megbízhatóak.
Feltétlenül vásároljon felszerelést erre szakosodott cégektől, és ne keressen házi készítésű egységeket a piacon. Az alap egy hálózati zajszűrőt tartalmaz tápegységgel és egy áramkörrel ellátott teljesítményerősítőt elektronikus védelem, polarizációs áramforrással ellátott terhelésillesztő áramkör került beépítésre. Ha szükséges, a termelés hozzáadhat további komponensek automatikus frekvenciabeállító rendszer, automatikus amplitúdóstabilizáló rendszer stb.
Az ultrahangos generátorok az ultrahangos berendezések energiaforrásai. Ipari frekvencián (50 Hz) alakítják át az elektromos energiát energiává AC ultrahang frekvencia. Ez az áram az átalakító gerjesztési árama. Ugyanakkor a generátorok előállítják az átalakítók legnagyobb relatív nyúlásának (azaz az oszcillációs amplitúdónak) eléréséhez szükséges előfeszítő áramot.
Az ultrahangos technológiai berendezésekben elsősorban cső- és félvezető generátorokat használnak. Öngerjesztő és független gerjesztő áramkör szerint működhetnek. Az öngerjesztett generátorokat az áramkör egyszerűsége különbözteti meg, de frekvenciastabilitásukban gyengébbek a független gerjesztésű generátoroknál.
A független gerjesztésű generátorok általában három kaszkádból (blokkból) állnak: master, intermediate és output. A főfokozat az ipari frekvenciaáramot ultrahang frekvenciájú árammá alakítja (bizonyos tartományban). alacsony teljesítményű elektromos impulzusok. A közbenső fokozat ezeket az impulzusokat a kimeneti egység táplálásához szükséges teljesítményre erősíti. A kimeneti egység végül felerősíti az ultrahangfrekvenciás áramimpulzusokat a konverter (terhelés) gerjesztéséhez szükséges teljesítményre.
Univerzális és speciális generátorok
Az előbbieket úgy tervezték, hogy különféle technológiai berendezésekkel működjenek, és általában lehetővé teszik a kimeneti paraméterek viszonylag széles tartományon belüli beállítását. Dimenziós feldolgozásra használják, ultrahangos tisztítás, hegesztés stb. A speciális generátorokat gyakrabban használják tömeg- és sorozatgyártásban, amikor nincs szükség a kimeneti paraméterek széles tartományban történő beállítására.
TO elektromos jellemzők Az ultrahangos generátorok magukban foglalják a működési frekvenciát, a kimeneti teljesítményt, a hatékonyságot, a frekvenciastabilitást, az oszcilláló rendszer oszcillációs amplitúdójának stabilitását és az ipari rádióinterferenciák szintjét.
A generátor működési frekvenciájának (vagy frekvenciatartományának) meg kell felelnie a megállapított szabványoknak (18±1,35); (22±1,65); (44+4,4) kHz stb.
A generátor kimenet azt jelenti elektromos teljesítmény, általa továbbított az ultrahangos berendezés oszcillációs rendszerébe. A legelterjedtebbek az ultrahangos generátorok, amelyek teljesítménye 0,25-10 kW. A generátorokban a teljesítmény fokozatos és simán állítható.
A generátor hatékonysága
A generátor hatásfoka a kimenő teljesítményének a hálózatból fogyasztott teljes teljesítményéhez viszonyított arányát jellemzi. Ez függ a generátor áramkörétől, az üzemmódtól, a megmunkálás minőségétől stb. A 0,4 kW-ig terjedő teljesítményű generátoroknál a hatásfok legalább 0,3 a csőgenerátorok és 0,5 a félvezető generátorok esetében, és például a teljesítmény 2,5-től legyen 10 kW-ig - nem kevesebb, mint 0,5 és 0,65 (illetve).
A frekvenciastabilitás nagyobb a független gerjesztésű generátoroknál, mivel azt a master egység paraméterei határozzák meg, amelynek működését a terhelési paraméterek változása nem befolyásolja.
Az oszcillációs rendszerek működése során a rendszer és a generátor frekvenciájában eltérés léphet fel, ami például a szerszámkopás, a koncentrátor felmelegedése és egyéb okok következménye. Az eltérés következtében a rendszer munkaelemének lengéseinek amplitúdója és ennek következtében a folyamat termelékenysége csökken. Az ultrahangos feldolgozás során a munkaelemek rezgésének állandó amplitúdójának fenntartása érdekében a generátorokban automatikus frekvenciavezérlő egységeket (AFC-egységeket) használnak. Ezek a blokkok biztosítják a frekvencia beállítását elektromos módszerek, amelyhez különösen az oszcillációs rendszer munkaelemének mechanikai rezgésének amplitúdójával arányos elektromos jel leválasztására szolgáló egység van felszerelve a generátor kimeneti blokkjába. Ha eltérés van az oszcillációs rendszer és a generátor frekvenciája között, az utóbbi kimeneti transzformátorának tekercsében a terhelési áram nagysága és fázisa tekintetében jel szabadul fel. Ez a jel megváltoztatja a generátor által generált frekvenciát, és az eltérést nullára csökkenti; a műszer rezgésének amplitúdója helyreáll, ami lehetővé teszi a működés folytatását a megadott üzemmódban.
Az UZG13-1.6 típusú ultrahangos generátor (teljesítménye 1,6 kW) független gerjesztési módban és automatikus frekvenciaszabályozással működik. Ennek a generátornak két frekvenciatartománya teszi lehetővé a 16,35-23,65 kHz közötti működést.
A terhelésingadozások amplitúdójának stabilitása automatikus visszacsatolás (AFE) használatával is elérhető automatikus frekvenciahangolással rendelkező generátorok használatakor.
Otthonának védelme és kerti telek A kis rágcsálókártevőktől és rovaroktól való védelem ma is aktuális. Különféle ipari eszközök„ijesztők” a kereskedelemben kaphatók, de egy átlagos képzettségű rádióamatőr is elkészítheti ugyanazt az eszközt. A hasonló eszközök sok sémájától eltérően az alább javasolt meglehetősen eredeti. Az ismert áramkörök egy piezoelektromos kapszulára „terhelt” ultrahangos frekvenciagenerátoron (USF) alapulnak. Ezeknek a generátoroknak a frekvenciája állítható (az RC áramkör névleges értékeinek változtatásával korrigálható), de a készülék, így a generátor működése közben nem változik. Vagyis függetlenül attól, hogy milyen rágcsálókra, rovarokra, madarakra vagy állatokra van „programozva” az ultrahangos frekvenciagenerátor (ezek a lények mindegyike fél attól, hogy bizonyos frekvenciájú impulzusok kellemetlen érzést okoznak), az idő múlásával a készülék hatékonysága megszűnik. rágcsálókban vagy rovarokban fellépő addiktív hatásra.
Az alábbiakban tárgyalt fejlesztésben ez a hátrány hiányzik, mert közben aktív munka készülék, a generátor frekvenciája tág határok között változik. Ennek köszönhetően a javasolt eszköz univerzálisan használható számos élőlény számára, akiknek jelenléte nem kívánatos a területen, és még inkább a házban.
A 100 kHz frekvenciájú ultrahangos rezgések nyomasztóan hatnak a patkányokra, egerekre és más kis rágcsálókra, a 22-40 kHz-es rezgést pedig a kutyák és macskák nem tolerálják.
Nézzük meg a riasztó készülék elektromos áramkörét.
A készülék akár 10 m2-es területen is hatékony. Ha növelni kell az ütközési területet, akkor egy erős erősítőn keresztül be kell kapcsolnia a piezoelektromos kapszulát, amelyet tranzisztoros áramkörrel lehet megvalósítani.
A DD1.1 és DD1.2 elemeket a VT1 tranzisztorra „terhelt” infra-alacsony frekvenciájú (ILF) oszcillációs generátor összeállítására használják. Ez a tranzisztor áramerősítőként és egyben elektronikus kapcsolóként működik, amely az U1 optocsatolót vezérli. A tirisztoros optocsatolót optocsatolóként használják, amely vezérelt kapcsolóként működik.
Ennek a generátornak a kimenetén az impulzusok alakja téglalap alakú, ezért a VT1 tranzisztor az impulzus szélétől függően periodikusan lassan nyit és zár (az INC generátor frekvenciáján). A VT1 tranzisztor kollektoráramköréhez csatlakoztatott U1 optocsatoló zökkenőmentesen változtatja a második generátor időállandóját, amelyet a DD2.1 és DD2.2 elemeken valósítanak meg. Ezért a második generátor frekvenciatartománya széles skálán mozog: 20 -80 kHz.
A DD2.3 és DD2.4 elemek az inverter áramkörének megfelelően vannak csatlakoztatva, így a VT2 - VT5 tranzisztorok erősítőjét „növelni lehet”. Az erősítő kimenetén több azonos típusú HA1 - HA4 piezoelektromos elem található. Összes számuk korlátlan, ebben a rendszerben elérheti a 6-8 darabot. Minél több piezoelektromos elem, annál nagyobb területet lehet megvédeni a rágcsálók és hasonlók inváziójától. Ha több mint 4 piezoelemet csatlakoztat a készülék kimenetére, a VT2 – VT4 tranzisztorokat különböző hűtőbordákra kell felszerelni (mivel ezeknek a tranzisztoroknak a kollektorai a házukkal vannak kombinálva).
HA1-ként 20-80 kHz rezonanciafrekvenciájú piezoelemeket kell használnia. Rezonancia esetén egy elem 30-50 mA nagyságrendű áramot vesz fel, ezért ehhez a kialakításhoz az áramforrásnak megfelelő teljesítményűnek, stabilizáltnak kell lennie, 10-15 V tartományba eső kimeneti feszültséggel.
A készülék nem igényel beállítást, és ha az alkatrészek jó állapotban vannak, azonnal működésbe lép.
Az R3 változó ellenállás beállítja azt a tartományt, amelyen belül a készülék megváltoztatja a generátor rezgési frekvenciáját.
Könnyen ellenőrizhető a készülék működőképessége. Mivel az emberi fül (figyelembe véve egyéni jellemzők) 16 - 20 kHz tartományban rögzíti az ultrahang frekvenciagenerátor frekvenciájának alsó határát, akkor a megfelelően működő készüléket időszakosan néhány pillanatig „hallja” az emberi fül. Halk hang lesz, akár egy síp. Ezután a hang ismét magasabb rezgésfrekvenciára vált, ami negatív hatással van a kártevőkre.
A RÉSZLETEKRŐL
A VT1 tranzisztor kis teljesítményű szilícium. A diagramon feltüntetettek helyett használhatja a KT503, KT312, KT315, 2N5551, BC547 betűtípusokat bármilyen betűindexszel. Az U1 optocsatoló helyettesíthető B, B vagy hasonló indexű AOU10Z-re.
Az NS0903A, NSM1206X, SLN és hasonló típusú piezoelektromos kapszulákat 20-80 kHz rezonanciafrekvenciára tervezték.
Oxid kondenzátorok - K50-29 típusú. Nem poláris kondenzátor C1 - KM6B, K10-17 típusú vagy triviális. Készülhet (megfelelően) két 2 μF kapacitású oxidkondenzátorból is, sorba kötve azokat egymás felé néző pozitív (vagy negatív) lemezekkel.
Minden fix ellenállás MLT-0.25 típusú. Változó ellenállás R3 - SPO-1, SPZ-1VB vagy hasonló típusú.
A. PETROVICH, Szentpétervár
Hibát vett észre? Válassza ki és kattintson Ctrl+Enter hogy tudassa velünk.
Az RU 2343011 számú szabadalom tulajdonosai:
A találmány méréstechnikára vonatkozik, és referencia akusztikus impulzusok generátoraként használható nagyfrekvenciás érzékelőberendezések tesztelésekor. A találmány műszaki eredménye az előállított akusztikus impulzusok előlapjának meredekségének növelése, a torzításmentes formájú referencia akusztikus impulzusok generálásának képessége, valamint az elektromágneses interferencia mértékének csökkentése. Az ultrahangos generátor tartalmaz egy áramforrást, egy korlátozó ellenállást, amely egy elektromos áramkört alkot, amely magában foglal egy tárolókondenzátort és egy kapcsolókészüléket, valamint egy piezoelektromos jelátalakítót, amelyhez áramvezetékek vannak csatlakoztatva. Az alakító áramkör és a piezoelektromos jelátalakító elemei szerkezetileg egyetlen tengelyszimmetrikus szerkezetben vannak kialakítva, három, egymástól elválasztott vezető héjjal. A tárolókondenzátor vékony falú henger formájában készül, melynek lemezei a középső és a belső héj átfedő részei. A piezoelektromos jelátalakító a tárolókondenzátor egyik végén található, és az említett kondenzátor belső üregében elhelyezett csillapítóval van felszerelve. A külső héj zárt, és visszatérő vezetőként szolgál a piezoelektromos átalakító számára, amelynek közvetlen vezetője az egyik kondenzátorlemez. Ebben az esetben a kapcsolókészülék a másik kondenzátorlaphoz és a külső burkolathoz van csatlakoztatva, és annak belsejébe kerül. 1 fizetés f-ly, 4 ill.
A találmány méréstechnikára, pontosabban az impulzusos mechanikai terhelések paramétereinek elektromos mérésére vonatkozik vibroakusztikában és robbanásfizikában, és referencia akusztikus impulzusok generátoraként használható nagyfrekvenciás érzékelőberendezések tesztelésekor.
Ismeretes, hogy az egyik fontos szakaszai előzetes felkészülés polivinilidén-fluorid (PVDF) piezofilmen alapuló, nagyfrekvenciás, egyszeres működésű dinamikus nyomásérzékelők piezopolimerből, beleértve a nagyfrekvenciás mikroszalagos érzékelőket (lásd például 1. Tolstikov I.G., Martynov A.P., Fomchenko V.N., Pogodin E.P. , Dolgov V.I. Piezoelektromos érzékelő és gyártási módszere RU 22. sz., 2005. 2. Tolstikov I.G., Fomchenko V.N., Astaikin A.I. Piec.2 57, BI No. 28, 2005) a kísérlethez roncsolásmentes tesztelés (bemeneti vezérlés), melynek célja azonos piezoaktivitású szenzorcsoportok kiválasztása, majd az egyes csoportok érzékelőinek kalibrálása a mérési eredmények korrigálása érdekében. Erre a célra jelenleg elsősorban olyan jól ismert kísérleti berendezéseket használnak lökés- és akusztikus hullámok létrehozására, mint pl különféle fajták lökéscsövek és könnyű gázpisztolyok vagy nagy teljesítményű impulzuslézerek (lásd például 3. V. V. Selivanov, B. S. Soloviev, N. N. Sysoev. Shock and detonation waves. Kutatási módszerek. - M.: Moszkvai Állami Egyetem Kiadó, 1990, 265 o.). A szondázási síkhullámok szükséges amplitúdója jellemzően 10 kPa és 1 MPa közötti tartományban van, az állandó amplitúdójú nyomásimpulzusok időtartama a szubmikroszekundumos vagy mikroszekundumos tartományban van, a bevezető él időtartama több tíz nanoszekundum, a a referencia nyomásimpulzusok alakja közel legyen a téglalap alakúhoz (lépéshez), ebben az esetben a hullám vezető frontjának különböző időpontjai a helyszínre érkezéskor, amelynek méretei jelentős mértékben legyenek több méretben Az érzékelő érzékeny elemének lényegesen rövidebbnek kell lennie, mint a nyomásimpulzusok elülső élének időtartama. Ezeknek a berendezéseknek a hátrányai, amelyeket általában úgy terveztek, hogy erősebb lökéshullámokat hozzanak létre, mint amennyi szükséges ezen érzékelők teszteléséhez, többek között a magas költségek és a bonyolultság. karbantartás, az egyéni tapasztalat magas költsége, valamint az érzékelők megsemmisüléstől való védelmével kapcsolatos problémák.
Ismert eljárás és berendezés lökéshullámok előállítására a technikában, előnyösen az orvostechnikában (Werner Hartmann, Joerg Kieser. Berendezés lökéshullámok előállítására műszaki, előnyösen orvosi alkalmazásra. US 6,383,152 szabadalom. Int. Cl. 7 A61B 17/22. A szabadalom kelte: 2002. május 7.). A jelen találmány értelmében nyomáshullámokat hoznak létre egy vezető elektrolit rövid ideig tartó melegítésével és intenzív elektromos impulzussal. elektromos energia közvetlenül és veszteségmentesen alakítható át hőenergia elektrolit. Az eljárás megvalósítására szolgáló megfelelő eszközt két elektróda jelenléte jellemzi, amelyek lefedik az elektrolitot, és egy erős impulzusgenerátorhoz csatlakoznak. Az egyik elektróda biztosítja a hanghullámok kimenetét a hangot továbbító közegbe.
Az ismert eszköz hátránya, hogy egy erős impulzusgenerátort és egy folyékony munkaközeget (elektrolit) használnak nyomásimpulzus generálására, ami kétségtelenül megnehezíti a telepítés egészét. További hátrány, hogy a kísérlet után le kell hűteni az elektrolitot, ami megnöveli az egyes kísérletek közötti időt.
Ismeretes egy ultrahangos generátor (V.P. Minchuk. Ultrasonic generator. A.S. 411918, M. Kl. V06V 1/06, N03h 5/08. Publ. BI No. 3, 1974). Ebben az ultrahangos generátorban a piezoelektromos jelátalakító (piezoelektromos átalakító) elektromos gerjesztő impulzusainak képzése a jelátalakító lassú töltése és kapacitásának gyors kisülése miatt történik. A piezoelektromos jelátalakító falainak rugalmas rezgésének gerjesztése kisülés során következik be, amikor a piezoelektromos átalakító lemezein lévő feszültség élesen csökken, és az elektromos mező hatása megszűnik.
Az ismert ultrahangos generátor hátránya, hogy az előállított nyomásimpulzus alakjában erős eltérés (torzulás) van a referenciaimpulzushoz képest, amely a piezoelektromos jelátalakítón kisülés közbeni gyors feszültségesés miatt következik be.
A javasolt műszaki megoldáshoz műszaki lényegében legközelebbi analógja (prototípusa) egy impulzus üzemmódban működő ultrahangos generátor (emitter), az ún. piezoelektromos átalakító sokk-gerjesztése (4. Ultrahangos piezoelektromos átalakítók roncsolásmentes teszteléshez. Ermolov I.N. - M. általános szerkesztésében: Mashinostroenie, 1986, 280 o., lásd 64. oldal, lásd még, 61. oldal). Egy ilyen ultrahangos generátor (akusztikus hullámgenerátor) a következőképpen működik. Az áramforrásból egy korlátozó ellenálláson keresztül egy tárolókondenzátort előtöltünk, amely a kapcsoló kioldása után egy elektromos áramkörön keresztül kisüt (koncentrált optimális paraméterek), amely egy (ultrahangos) piezoelektromos átalakítót tartalmaz.
Így az ismert ultrahangos generátor tartalmaz egy áramforrást, egy korlátozó (töltő) ellenállást, amely egy koncentrált optimális paraméterekkel rendelkező elektromos áramkört alkot, amely magában foglal egy tárolókondenzátort és egy kapcsolókészüléket, valamint egy piezoelektromos jelátalakítót az említett áramkörhöz csatlakoztatott áramvezetékekkel.
Amint a munkában megjegyeztük, a piezoelektromos átalakítók teljesítményét elméletileg csak az ionpolarizáció létrejöttének ideje korlátozza a piezoanyagokban, és 10 -10 -10 -13 másodpercen belül van. A gyakorlatban a hagyományos piezoelektromos kerámia átalakítók által kibocsátott akusztikus impulzusok minimális időtartama néhány nanoszekundum, és ezt korlátozzák a nanoszekundumos időtartamú generátorok elektronikus áramkörök létrehozásának tisztán technikai lehetőségei, valamint a piezoelektromos elem sugárzó felületének feldolgozásának tisztasága. A problémát esetünkben bonyolítja, hogy a referenciaimpulzusok maximális amplitúdóértékeinek elérése érdekében a nagy terület(több négyzetcentiméteres nagyságrendben) nagyfeszültségű impulzusos (nanoszekundumos) technológia alkalmazása szükséges hagyományos elektronikus áramkörök nélkül.
Az igényelt találmánnyal megoldandó probléma egy egyszerű impulzusos akusztikus hullámgenerátor (ultrahangos generátor) létrehozása nagyfrekvenciás érzékelők tesztelésére, amelyet meredek (néhány nanoszekundum vagy annál rövidebb nagyságrendű) front jellemez, állítható amplitúdójú ( 1 MPa-ig), és nem jelent észrevehető elektromágneses interferenciát.
A javasolt találmány megvalósításával elért műszaki eredmény a generált akusztikus impulzusok elülső részének meredekségének megközelítőleg nagyságrenddel történő növelése (frekvencia növelése, frekvenciatartomány bővítése), torzításmentes formájú referencia akusztikus impulzusok generálásának lehetősége. , valamint az ultrahanggenerátor által keltett elektromágneses interferencia jelentős csökkenése (az ultrahanggenerátor és a segítségével tesztelt szenzorberendezés elektromágneses összeférhetőségének növelése), ami végső soron lehetővé teszi az említett generátor nagyfrekvenciás szenzorok tesztelésére is. referencia akusztikus impulzusok generátoraként.
Az áramforrást, határoló ellenállást, tároló kondenzátort és kapcsolókészüléket is magában foglaló alakító elektromos áramkört, valamint az említett áramkörhöz csatlakoztatott vezetőkkel ellátott piezoelektromos átalakítót tartalmazó, igényelt ultrahangos generátorban a megadott műszaki eredmény eléréséhez újdonság a hogy az alakító áramkör és a piezoelektromos jelátalakító elemei szerkezetileg egyetlen tengelyszimmetrikus szerkezet formájában vannak kialakítva, három egymástól elválasztott vezető héjjal, amelyben a tárolókondenzátor vékony falú henger alakban készül, a lemezek amelyek közül a középső és a belső héj átfedő részei, a piezoelektromos jelátalakító a tárolókondenzátor egyik végén található és a megadott kondenzátor belső üregében elhelyezett csillapítóval van felszerelve, a külső héj zárt és szolgál. a piezoelektromos jelátalakító visszatérő áramvezetőjeként, melynek egyenáramvezetője az egyik kondenzátorlap, míg a kapcsolókészülék a másik kondenzátorlaphoz és a külső burkolathoz csatlakozik és azon belül helyezkedik el.
Ezen túlmenően, a kompressziós és feszültségi referencia akusztikus impulzusok időben elválasztott előállításához a piezoelektromos jelátalakítót síkpárhuzamos piezoelektromos lemez formájában készítik el, valamint egy kapcsolókészüléket, amely a belső és a középső héj közé van csatlakoztatva, valamint egy kapcsolókészülék-vezérlő eszközt bevezették.
Ezenkívül a piezoelektromos átalakító sík-párhuzamos piezoelektromos lemez formájában készül, amely a vastagság mentén rugalmas oszcillációt hajt végre, egy második kapcsolókészüléket vezetnek be, amely a belső és a középső héj közé van csatlakoztatva, valamint egy vezérlőkészüléket a kapcsolókészülékekhez; . Az utóbbi működési pillanatai közötti időintervallumot úgy választjuk meg, hogy kisebb legyen, mint a piezoelektromos lemez természetes oszcillációinak félperiódusa. Ez lehetővé teszi időben elválasztott referencia akusztikus kompressziós és feszítési impulzusok előállítását (lásd alább). Ebben az esetben ezen impulzusok képződési sorrendje az ultrahangos generátor kimenetén reverzibilis, és a piezoelektromos átalakítót terhelő elektromos impulzus polaritásától függ (pontosabban a relatív helyzete az elektromos térerősség vektora és a piezoanyag poláris tengelye).
Az 1. ábra az igényelt ultrahangos generátor kiviteli változatát mutatja egy kapcsolókészülékkel. A 2. ábra egy egyszerűsített elektromos diagram az 1. ábrán látható ultrahangos generátorhoz. A 3. ábra az igényelt ultrahangos generátor kiviteli változatát mutatja két kapcsolókészülékkel. A 4. ábra a 3. ábrán látható ultrahangos generátor egyszerűsített elektromos diagramját mutatja.
Az 1. ábrán látható egy kapcsolókészülékkel ellátott ultrahangos generátor (lásd még a 2. ábrán látható jelöléseket) tartalmaz egy 1 házat 2 fedéllel, egy piezoelektromos jelátalakítót (C p) 3 4, 5 elektródákkal és egy 6 csillapítót, valamint egy tárolót. kondenzátor (C n) 7 s 8. és 9. lemezek, 10. kapcsolókészülék (P) kimenettel a vezérlőkészülékhez (egység), 11. söntellenállás (Z) és a 7. tárolókondenzátor töltőáramkörének 12., 13. és 14. áramvezetékei A 7 tárolókondenzátor vékony falú henger formájában van kialakítva, amelynek belső üregében egy 6 csappantyú található az 1. ábrán jobb oldalon két nyíl jelzi a határoló ellenállás (R) áramkörének csatlakozási pontjait. ) és az áramforrás (U 0) (az 1. ábrán nem látható, lásd a 2. ábrát). Az 1. ábra bal oldalán lévő nyilak mutatják az ultrahanggenerátor kimeneti akusztikus impulzusának terjedési irányát a 3 piezoelektromos jelátalakító 4 kimeneti (elülső) elektródájáról. külső környezet. Ebben az esetben az alakító áramkör (7, 10) elemei és a 3 piezoelektromos jelátalakító szerkezetileg egyetlen tengelyszimmetrikus szerkezetben készülnek, három egymástól elválasztott vezető héjjal (a 15 szigetelő segítségével a dielektromos anyag a 7 tárolókondenzátor és a 3 piezoelektromos átalakító piezoanyaga), amelyek az ultrahanggenerátor egészének elemeinek elektromos és mechanikai összeköttetését biztosítják. A külső zárt héj az 1 házból, a 2 burkolatból és a 3 piezoelektromos jelátalakító 4 kimeneti elektródájából áll, valamint a 3 piezoelektromos jelátalakító, a 10 kapcsolókészülék, a 14 áramkimenet összekapcsolására, valamint a 12 áramkimenet rögzítésére szolgál. 16 szigetelő hüvely. Az üveg alakú belső héj a 7 tárolókondenzátor 8 belső béléséből, a 3 piezoelektromos jelátalakító belső (hátsó) 5 elektródájából és az áramvezetőket összekötő 17 közbenső részből áll. A 3 piezoelektromos jelátalakító és a 7 tárolókondenzátor középső héja a 7 tárolókondenzátor 9 külső burkolatából és a 12 áramkimenet csatlakoztatására szolgáló 18 alsó részből áll, a 19 szigetelőhüvely segítségével rögzítse a 11 sönt ellenállást és a 13 áramkimenetet. A 7 tárolókondenzátor egyik végén található a 3 piezoelektromos jelátalakító, amelynek 8 és 9 lemezei a 7 tárolókondenzátor átlapoló részei. középső és belső héjak. A külső héj a 3 piezoelektromos átalakító visszatérő áramvezetőjeként szolgál, amelynek egyenáramvezetője a 7 kondenzátor egyik lemeze (a vizsgált kiviteli alaknál az 1. ábrán 8), míg a 10 kapcsolókészülék csatlakoztatva van. a 7 kondenzátor másik lemezére (a vizsgált kiviteli alaknál az 1. ábrán 9) és a külső burkolatra, és annak belsejébe helyezzük. Megjegyezzük, hogy a találmány igénypontjainak megfelelően az ultrahangos generátor egy másik tervezési lehetősége is lehetséges, amely formálisan a fenti leírásban szereplő „közép” és „belső” (héj) szavak felcserélésével érhető el, valamint „ külső” és „belső” (bélések).
Megjegyzendő, hogy az ultrahangos generátor egy kapcsolókészülékkel rendelkező kiviteli alakjában (lásd 1. és 2. ábra) utóbbiként szabályozott és nem szabályozott szikraköz is használható. A két kapcsolókészülékkel ellátott változatban (lásd 3. és 4. ábra) szabályozott szikraközöket alkalmaznak, például VIR típusú vákuum-szikraközöket (lásd link, 87-92. oldal).
Az ultrahangos generátor két kapcsolókészülékkel a 3. ábrán (lásd még a 4. ábra megnevezéseit) ellentétben korábbi verzió tartalmaz továbbá egy második 20 kapcsolókészüléket, amely a belső és a középső héj közé van csatlakoztatva, azaz párhuzamosan a 7 kondenzátorral, egy további 21 áramkimenettel, valamint két 10 és 20 kapcsolókészülék (P 1, P 2) vezérlőkészülékével. A második 20 kapcsolókészülék (és a 21 áramkimenet) az alakító áramkörhöz tartozik, és közvetlenül a lengéscsillapító mögött helyezkedik el a szimmetriatengely mentén. A 10 és 20 kapcsolóberendezések vezérlőkészüléke (CU vezérlőegység) az áramforráshoz hasonlóan helyezkedik el (a 3., 4. ábrákon nem látható). Ebben az esetben a 3 piezoelektromos átalakító síkpárhuzamos piezoelektromos lemez formájában készül, amely rugalmas oszcillációt hajt végre a vastagság mentén, és a 10 és 20 kapcsolókészülékek működési pillanatai közötti időintervallumot kisebbre választjuk. a piezoelektromos lemez természetes rezgésének félperiódusa.
Az ultrahangos generátor a következőképpen működik (lásd 1-4. ábra). A vizsgált nagyfrekvenciás érzékelőket (lásd például a referenciákat) előre elhelyezzük az ultrahangos generátor kimeneti felületén (a piezoelektromos jelátalakító 4 kimeneti elektródája (C p) 3), amelyre dielektromos filmet lehet lerakni. porlasztással, valamint maguk az érzékelők, például Langmuir ultravékony piezofilmek alapján (lásd) Ezután az áramforrástól (U 0) a korlátozó ellenálláson (R) keresztül a sönt ellenállás (Z) 11 és az áram A 12, 13 és 14 vezetékeken a 7 tárolókondenzátor lassan feltöltődik. A 10 kapcsoló t=0 időpontban történő kioldása után a 7 tárolókondenzátor gyorsan kisül az alakító elektromos áramkörön keresztül, amelybe a 3 (ultrahangos) piezoelektromos jelátalakító csatlakozik. Ebben az esetben, mint ismeretes, a 11 sönt ellenállást úgy választjuk meg, hogy nagy frekvenciákon lényegesen nagyobb legyen, mint a piezoelektromos jelátalakító (C p) 3 ellenállása, tehát a 7 tárolókondenzátor kisülési árama. a kimeneti nyomás kialakulása során az impulzus főleg a piezoelektromos átalakítón keresztül áramlik. Ráadásul mivel a tárolókondenzátor kapacitása (C p) 7 jelentősen nagyobb kapacitás piezoelektromos jelátalakító (C p) 3, akkor az U(t) feszültségimpulzus alakja a 3 piezoelektromos jelátalakítón közel egy téglalap alakú lépéshez, amelynek amplitúdója majdnem megegyezik az U0 forrásfeszültséggel a referencianyomás impulzus gerjesztéséhez szükséges idő alatt az utóbbiban (lásd alább).
Átalakítóként 3 rendelkezik a legtöbbet egyszerű kialakítás, használható például egy piezoelektromos elem x-metszetű kvarcból (lásd 1. ábra) d vastagságú tárcsa formájú, 4 és 5 talpon lévő elektródákkal, a 6. csappantyú közelében elhelyezve. például től epoxigyanta volfrámpor töltőanyaggal, akusztikusan illeszkedik a 3 jelátalakító piezoelektromos eleméhez, és biztosítja a bejutó akusztikus hullámok gyors elnyelését. Az ilyen 3 jelátalakító működése azon a tényen alapul, hogy a 4 és 5 elektródákat hordozó felületeken (alapokon) akusztikus jelek keletkeznek (lásd például). Ha t=0 időpontban (a kapcsolókészülék aktiválása) az átalakítót t 0 időtartamú U(t) elektromos impulzussal gerjesztjük, akkor a 4. és 5. elektródán szabad elektromos töltések jelennek meg, és az inverz piezoelektromos hatás miatt mindkettő az alapjai mozogni kezdenek. Mindegyik alap két ultrahanghullám (kompresszió és feszültség) forrásaként működik, amelyek a generátor szimmetriatengelye mentén két irányban bocsátanak ki: a piezoelektromos elem térfogatába és a külső környezetbe (csillapító). Vegye figyelembe, hogy a hátsó felületen (5) áthaladó összes hullámot a 6 csillapító elnyeli, a hátsó felületen (5) nincs visszaverődés. Ennek eredményeként két akusztikus impulzus jelenik meg az elülső felületen (4): az első impulzus, amelyet az elülső oldal (4) bocsát ki a t=0 időponttól kezdve; a második impulzus, amelyet a t=0 időponttól a hátsó felület (5) bocsát ki, és a t=T=d/c pillanatban érkezik az elülső felületre (4) (ahol c a rugalmas hullámok sebessége kvarcban) , azaz egy piezoelektromos elem mentén egy rugalmas hullám időbeli terjedésének megfelelő késleltetéssel. Mindkét nyomásimpulzus alakja σ(t) ( mechanikai igénybevétel) megegyezik, és egybeesik az U(t) betöltő impulzus alakjával (nagyfrekvenciás piezoanyagokhoz, például kvarchoz) / lásd például Kaino G. Acoustic waves: Devices, visualization and analog signal processing: Trans. angolból - M.: Mir, 1990, 656 o., lásd 58/ o., i.e. közel van a téglalaphoz. Fontos megjegyezni, hogy az U(t) terhelő impulzus bármely t 0 időtartamára a 0≤t időintervallumban<Т форма импульса давления на лицевой поверхности (4) соответствует эталонной.
A nyomásimpulzusok σ(t) idődiagramja az U(t) terhelőimpulzus t 0 időtartamától a következőképpen függ: t 0-nál >d/c=T, azaz. egy kapcsolókészülék esetén a σ(t) impulzusok a T intervallumban a t=T pillanattól kezdve egymásra helyeződnek. A σ(t) függés és a σ 0 érték az inverz piezoelektromos hatás egyenletéből határozható meg: σ(t)=e·E(t)=e·U(t)/d, σ 0 =e · E 0 =e · U 0 /d, ahol e a piezoanyag piezoelektromos állandója, e = e 11 x-metszetű kvarc esetén, A σ 0 akusztikus impulzus amplitúdója (piezoanyagban) a következő (vagy kisebb) értékeket veheti fel: kvarc esetében σ 0 =0,9 MPa E 0 =5 kV/mm-en (e 11 =0,18 C/m2), piezokerámiánál TsTS-21 σ 0 =6,73 MPa E 0 =1 kV/mm-nél, piezokerámiánál bárium-titanát TB-1 σ 0 =12,7 MPa E 0 =1 kV/mm-nél. Az állandó amplitúdójú nyomásimpulzusok számított időtartama a szubmikroszekundumos vagy mikroszekundumos tartományba esik, a bevezető él időtartama több nanoszekundum. Ebben az esetben a generált akusztikus impulzus időtartamát a piezoelektromos lemez természetes rezgésének félciklusának T időtartama (egy kapcsolókészülékes kialakítás esetén) vagy a t 0 időtartam határozza meg. Így egy ultrahangos generátor jelen találmány szerinti megvalósítása a generált akusztikus impulzusok elülső részének meredekségének hozzávetőlegesen egy nagyságrenddel történő megnövekedéséhez vezet, így lehetőség nyílik torzítatlan alakú referencia akusztikus impulzusok képzésére. valamint az ultrahanggenerátor által keltett elektromágneses interferencia jelentős csökkentése, ami végső soron lehetővé teszi a nevezett generátor használatát a nagyfrekvenciás érzékelők tesztelésére referencia akusztikus impulzusok generátoraként. 1. Ultrahangos generátor, amely áramforrást, határoló ellenállást, tárolókondenzátort és kapcsolókészüléket is magában foglaló alakító elektromos áramkört, valamint az említett áramkörhöz csatlakoztatott áramvezetőkkel ellátott piezoelektromos átalakítót tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az alakító áramkör elemei a piezoelektromos jelátalakító pedig szerkezetileg egyetlen tengelyszimmetrikus szerkezet, három egymástól elválasztott vezető héjjal, melyben a tárolókondenzátor vékonyfalú henger alakban készül, melynek lemezei a a középső és a belső héj, a piezoelektromos jelátalakító a tárolókondenzátor egyik végén található, és a megadott kondenzátor belső üregében elhelyezett csillapítóval van felszerelve, a külső héj zárva van, és visszatérő áramvezetőként szolgál. a piezoelektromos jelátalakító, melynek egyenáram-vezetője az egyik kondenzátorlap, míg a kapcsolókészülék a másik kondenzátorlaphoz és a külső burkolathoz csatlakozik és annak belsejébe kerül. A találmány echolokációra vonatkozik, és különféle ultrahangos készülékekben használható, ahol piezoelektromos átalakítót (PET) használnak vevő-kibocsátóként, nevezetesen roncsolásmentes vizsgálóberendezésekben, különösen ultrahangos hibadetektorokban és vastagságmérőkben, az orvostudományban. ultrahangos szkennerekben, navigációban - visszhangszondákban, szonárokban A találmány méréstechnikára vonatkozik, és referencia akusztikus impulzusok generátoraként használható nagyfrekvenciás érzékelő berendezések tesztelésekor. >>" src="/index_files/arrow001.png"> Egyes madarak, valamint kutyák, egerek, patkányok, denevérek és más állatok akár 40 000 Hz-es frekvenciájú hangokat is hallhatnak. Az itt javasolt áramkör 18 000 és 40 000 Hz közötti tartományban az ember által érzékeltnél magasabb frekvencián bocsát ki folyamatos ultrahangot. A készülék használható kutyák és más állatok kezelésére, biológiai kísérletekben és sok más célra is. Az áramkör (1. ábra) 18 000 és 40 000 Hz közötti frekvenciájú jelet állít elő, de ezt a tartományt egyszerűen megváltoztathatja a C1 kondenzátor vagy az R1 ellenállás kapacitásának kiválasztásával. A C1 névleges kapacitás tartománya 470 pF és 0,001 μF között van, az R1 ellenállás ellenállása 100 kOhm-ra növelhető. Az IC 4093 által generált frekvenciák felső határa 500 kHz. Az elemek listája a táblázatban található. Az áramkör egy kis műanyag tokba helyezhető. A hangszóró az előlapra van rögzítve. Két 4093-as IC felhasználásával nagy teljesítményű ultrahangos generátor készíthető az ábrán látható módon. Az áramkör terhelésként piezodinamikus hangszórót vagy piezo-fülhallgatót használ több tíz milliwattal. A generátor 18 000 és 40 000 Hz közötti frekvenciatartományban működik. A frekvencia a C2 kapacitás változtatásával változtatható. Az áramköri frekvencia felső határa 1 MHz. A generátor alkalmas az állatok viselkedésének és fogvatartási körülményeinek vizsgálatával kapcsolatos biológiai kísérletek lefolytatására. A tápellátás négy AA elem vagy egy 9 V-os elem/elem Az áramkör csak néhány milliampert fogyaszt, és az akkumulátor élettartama akár több hét. Egy 47 kOhm névleges értékű változó ellenállás sorba kapcsolható az R1-gyel, ami lehetővé teszi a frekvencia széles tartományban történő beállítását. Az elemek listája a táblázatban található. Hangszóróként nagyfrekvenciás piezo hangszóró - magassugárzó - használható. Ennek az alkatrésznek egy kis kimeneti transzformátora van a belsejében, ahogy a képen is látható. El kell távolítania. Az ultrahangos generátor elemeinek listája 2 Ez az ultrahangos generátor harmadik változata. Piezoelektromos magassugárzót használnak. A tranzisztoros kimeneti fokozat erős kimeneti jelet biztosít. A végfok terhelését jelentő hangszóró akár 400 mW teljesítményű ultrahangos jelet is képes előállítani. Az áramkört négy AA elem vagy egy 9 V-os elem/elem táplálja, az áramfelvétel kb. 50 mA. A frekvencia az R1 ellenállással állítható be 18000 és 40000 Hz közötti tartományban. A frekvenciát a C1 kondenzátor kapacitásának kiválasztásával módosíthatja. Kísérletileg 470 és 4700 pF közötti értékek választhatók ki. Bár a magassugárzó 10 000 és 20 000 Hz között a leghatékonyabb, ez a jelátalakító kísérletileg bebizonyosodott, hogy normálisan működik 40 000 Hz-ig terjedő frekvenciákon. Ennél a kialakításnál nincs szükség a belső magassugárzó-transzformátor leválasztására, ahogy az előző projektben is tettük. Használhat speciális ultrahangos átalakítót is, amelynek ellenállása 4-100 ohm. Az ultrahangos generátor sematikus diagramja az ábrán látható. Az elemek listája a táblázatban található. A készülék kisméretű műanyag tokba szerelhető. A frekvencia beállításához használjon frekvenciamérőt az IC 4-es érintkezőjéhez csatlakoztatva. Ez az áramkör több wattos ultrahangjelet képes előállítani piezoelektromos magassugárzó vagy más típusú jelátalakító segítségével. Az üzemi frekvencia 18 000 és 40 000 Hz között van, a C1 kondenzátor kapacitásának kiválasztásával változtatható. Nagy kapacitásértékeknél az audio tartományban olyan jel keletkezik, amely lehetővé teszi az áramkör riasztásokban és egyéb eszközökben történő használatát. Ebben az esetben a magassugárzót ki lehet cserélni egy normál hangszóróra. Az áramkör több száz milliampert fogyaszt egy 9 vagy 12 V-os tápegységről. Az elemek csak rövid távú működésre ajánlottak. Ezzel az eszközzel elriaszthatja a kutyákat és más állatokat, ha szemétgyűjtő helyek, stb. közelében telepíti. Az ultrahangos üzemmód 470 és 2200 pF közötti C1 kapacitással érhető el. Az audiojelhez 0,01-0,012 µF kapacitás szükséges. Egy nagy teljesítményű ultrahangos generátor sematikus diagramja a táblázatban látható. A tranzisztorokat radiátorokra kell felszerelni. Minden alkatrész műanyag tokba helyezhetőUltrahangos generátor 1. Ez az áramkör a 18 és 40 kHz közötti frekvenciatartományban működik
Ultrahangos generátor második lehetőség
Ultrahangos generátor harmadik lehetőség
Erőteljes ultrahangos generátor. Minden tranzisztort radiátorra kell szerelni
