УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН
APPARATUS FOR EXCITING ULTRASONIC WAVES

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, например при ультразвуковой обработке материалов.
Известен пьезоэлектрический преобразователь, действие которого основано на обратном пьезоэффекте (патент RU №2307482, кл. H04R 17/00, 2007 г.), содержащий пакет плоских пьезокерамических колец с расположенными между ними токоподводящими шайбами с клеммами, служащими для подключения преобразователя к ультразвуковому генератору, установленный между передней накладкой и тыльной накладкой. Пакет пьезокерамических колец и токоподводящих шайб составляет пьезоэлектрический элемент, который предназначен для возбуждения колебаний в системе преобразователя.
Недостатком этого устройства являются ограничения по частоте и амплитуде возбуждения колебаний, связанные с конструкцией пьезокерамических колец и пределом прочности пьезоматериала.
Известен импульсный ультразвуковой генератор, содержащий магнитострикционный преобразователь, конденсатор, два резистора, два тиристора, две системы импульсно-фазового управления, потенциометр, источник питания (патент RU 2046550, кл. H04R 15/00, 1995 г.).
Недостатками устройства являются наличие постоянной составляющей тока в обмотке магнитострикционного преобразователя и высокая нестабильность величины тока в связи с отклонениями напряжения сети, наличием в нем высших гармоник, а также изменением окружающей температуры, поскольку при этом из-за высокой температурной чувствительности управляющего p-n-перехода меняется величина тока управления, открывающего тиристор. Постоянная составляющая тока намагничивает сердечник магнитострикционного преобразователя, что значительно снижает его импульсную мощность и повышает потери электроэнергии и не обеспечивает частотной и амплитудной стабильности.
Известен также ультразвуковой преобразователь, состоящий из диафрагмы, в пучностях изгибных колебаний которой прикреплены электромеханические двигатели и который снабжен дополнительными электромеханическими двигателями, закрепленными на диафрагме между пучностями изгибных колебаний в местах совпадений амплитуды изгибных колебаний диафрагмы с величиной смещения дополнительных электромеханических двигателей (А.С. СССР №603433, кл. B06B 1/02, B08B 3/12).
К недостаткам данного ультразвукового преобразователя относятся высокие энергозатраты и низкий коэффициент полезного действия.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство (А.С. СССР 801884, кл. B02C 19/18, 1981 г.), содержащее электромагнитные индукторы, соединенные с электроразрядным источником тока с накопителем, и токопроводящие пластины, расположенные перед индукторами.
Устройство работает следующим образом: при подключении электроразрядного тока к электромагнитным индукторам разрядный импульс тока, проходя по индуктору, создает импульс электромагнитного поля, которое наводит в стенке электропроводного материала (или в пластине из токопроводящего материала) вторичный кратковременный импульсный вихревой ток. При взаимодействии тока индуктора с вторичным импульсом тока пластины последняя излучает вглубь материала одиночные импульсные механические ударные волны, которые осуществляют дробление материала.
Недостатком данного устройства является ограниченная частота ударной волны, что влечет за собой ограничение функциональных возможностей устройства.
Задачами предлагаемого изобретения является увеличение функциональных возможностей устройства путем расширения диапазона частот возбуждаемых колебаний.
Технический результат достигается тем, что устройство, содержащее электромагнитные индукторы, соединенные через ключи-тиристоры с электроразрядным источником тока с накопителем, токопроводящую пластину, установленную перед индукторами, согласно заявленному изобретению дополнительно содержит генератор электрических импульсов, подключенный через коммутатор и ключи-тиристоры к электромагнитным индукторам.
На чертеже представлена функциональная схема устройства возбуждения ультразвуковых волн.
Устройство возбуждения ультразвуковых волн выполнено в виде электромагнитных индукторов вихревых токов 1, соединенных через ключи-тиристоры 2 с электроразрядным источником тока, содержащим повышающий трансформатор 3, выпрямитель 4 и накопитель электроэнергии, например емкостной накопитель 5. Управляющие электроды ключей-тиристоров 2 подключены к коммутатору 6, соединенному с генератором электрических импульсов 7. В случае размещения индукторов 1 на неметаллической поверхности необходимо поместить токопроводящую пластину 8 между поверхностью 9 и индукторами 1.
Устройство возбуждения ультразвуковых волн работает следующим образом: при включении электроразрядного источника тока к коммутатору 6, на вход которого подключен генератор электрических импульсов 7, ключи-тиристоры 2 получают поочередно управляющие команды. При открытии производится разряд емкостных накопителей 5 с ультразвуковой частотой на индукторы 1, вследствие чего на поверхности 9 (или в токопроводящей пластине 8) наводятся вихревые токи. В результате взаимодействия этих токов с магнитными полями индукторов 1 на поверхности 9 возникают последовательные механические импульсы ультразвуковой частоты, что приводит к ультразвуковому колебанию поверхности.
Использование нового элемента: генератора электрических импульсов, при его подключении к коммутатору электроразрядного источника тока, обеспечивает последовательность разрядных импульсов тока через индукторы. Таким образом, при взаимодействии токов индукторов с наведенными в электропроводных пластинах вихревыми токами за счет электродинамического эффекта возникают механические импульсы излучающей поверхности с ультразвуковой частотой работы генератора электрических импульсов.
Таким образом, в предлагаемом устройстве достигнуто увеличение функциональных возможностей устройства путем расширения диапазона частот возбуждаемых колебаний. Это позволяет использовать устройство для решения проблем очистки в различных технологических процессах.
Преимуществом предлагаемого устройства, по сравнению с существующими генераторами колебаний ультразвуковой частоты, является расширение диапазона частот возбуждаемых колебаний. Расположение индукторов на одной поверхности позволяет возбуждать ультразвуковые колебания всей поверхности, геометрические размеры которой будут ограничиваться только количеством индукторов.