Ультразвуковой пьезоизлучатель: Пьезоизлучатель ультразвуковой — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Ультразвуковой увлажнитель воздуха своими руками | Электронные схемы

ультразвуковой увлажнитель воздуха своими руками

Этим простым устройством,можно превратить воду в туман без нагрева с помощью ультразвуковых волн.Основа устройства-ультразвуковой пьезоизлучатель,его поверхность колеблется с высокой частотой и тем самым вода разбивается на маленькие капельки и устремляется вверх.Такие излучатели недорого продаются на одном известном сайте,четыре таких излучателя как в статье стоят примерно 2 доллара.Излучатель на резонансную частоту 108кГц,мощность 2.5Вт, за час превратит в туман в среднем 70-80 мл воды.

ультразвуковой туман на таймере 555 и пьезоизлучателе своими руками схема

Генератор на частоту 108 кГц выполнен на таймере 555.Резистором R2 можно регулировать скважность импульсов,тем самым можно подобрать подходящий режим работы полевого транзистора.От емкости конденсатора С1 зависит частота генератора.Если у вас пьезоизлучатель на частоту 40 кГц,достаточно повысить емкость конденсатора.

Трансформатор был взят из адаптера зарядного устройства телефона.Вначале намотал обмотку 2,она содержит 250 витков провода примерно 0.08 мм диаметра.Потом идет один слой изоляции скотчем,далее наматывается обмотка 1,она содержит 25 витков провода 0.12мм. При проверке устройства с другими сердечниками,надо «пошаманить» с обмоткой 1,намотав вначале 30-35 витков и далее отматывая витки подобрать оптимальный режим работы ориентируясь на туман и потребляемый ток.

ультразвуковой пьезоизлучатель и импульсный трансформатор для генератора на 555

При подаче питания,надо покрутить ротор резистора R2 в разные стороны,при этом излучатель должен распылять воду.Если этого не происходит,поменяйте местами подключение выводов катушки 1.Если поднести руку к схеме и при этом будет влияние рук на работу излучателя,подключите минус на другой вывод пьезоизлучателя.

Резистором R2 надо подобрать такой режим работы транзистора,чтобы при питании 5 В и потребляемом токе при этом 130 мА излучатель стабильно генерировал туман,но транзистор при этом был чуть теплым.Далее подайте питание 6 Вольт и туман станет на высоту примерно 40-50 см,излучатель будет работать почти на полную мощность.

Сам излучатель должен быть расположен выпуклой стороной к влажной поверхности.Подача воды к пьезоизлучателю достигается с помощью ваты,которая находится в воде.Надо помнить о том,что если вся вода испариться,то излучатель начнет нагреваться и может выйти из строя.

Излучатель ультразвуковой широкополосный

Предлагаемое техническое решение относится к области акустики, в частности к преобразованию акустического сигнала. Для существенного расширения спектра сигнала предложено использовать физический процесс кавитации воды под воздействием ультразвука. В предлагаемом техническом решении ультразвуковой пьезоизлучатель помещается в содержащую жидкость камеру, оснащенную тонкой мембраной, расположенной параллельно излучающей поверхности излучателя на расстоянии, превышающем размеры кавитационного кластера. Техническим результатом предложенной полезной модели является возможность получения колебаний широкого спектра и их перевода в газовую или твердую фазу.

Предлагаемое техническое решение относится к акустическим системам и, в частности, к ультразвуковым излучателям, используемым для интенсификации технологических процессов.

Известны ультразвуковые излучатели роторного типа, работающие в жидкости в режиме кавитации, создающие высокочастотные колебания за счет ударных волн, образующихся в результате схлопывания кавитационных пузырьков. Такие излучатели используются для интенсификации процессов в различных жидкостных реакторах [1].

Известны ультразвуковые излучатели соплового типа, работающие в жидкости в режиме кавитации. Такие излучатели используются для интенсификации процессов обработки нефтяного пласта [2].

К недостаткам вышеперечисленных типов излучателей относится то, что воздействие осуществляется только в жидкой среде.

Наиболее близкой по существенным признакам является конструкция излучателя [3, прототип] на основе пьезоэлектрического эффекта. Он состоит из возбудителя колебаний и концентратора/волновода. К существенным недостаткам такого излучателя относится сложность получения колебаний широкого спектра высоких частот. К тому же, жидкость при воздействии интенсивного ультразвука нагревается, что мешает поддерживать температуру, оптимальную для кавитации.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель является получение высокочастотных колебаний широкого спектра, включающих спектр кавитационных шумов.

В предлагаемом техническом решении ультразвуковой пьезоизлучатель помещается в содержащую жидкость камеру, оснащенную тонкой мембраной, расположенной параллельно излучающей поверхности излучателя на расстоянии, превышающем размеры кавитационного кластера.

На фигуре 1 представлена схема ультразвукового кавитационного излучателя.

Он состоит из типового ультразвукового излучателя 1, камеры 2, заполненной жидкостью. На стакане установлены патрубки 3 для циркуляции жидкости. Дно стакана выполнено в виде тонкой мембраны.

Излучатель работает следующим образом. Ультразвуковой вибратор 1 создает колебания с ультразвуковой частотой и амплитудой достаточной для возникновения кавитации. Возникающие в результате кавитации ударные волны передаются через мембрану 4 во внешнюю среду. В результате ультразвукового воздействия жидкость в камере достаточно быстро нагревается. Для того чтобы излучатель мог работать длительное время без остановки камера оснащена системой циркуляции жидкости. Циркуляция жидкости позволяет поддерживать требуемую температуру в камере, при которой кавитация происходит наиболее интенсивно.

Техническим результатом предложенной полезной модели является возможность получения колебаний широкого спектра и их перевода в газовую или твердую фазу.

Литература

1. Хафизов Н.Ф. Кавитационно-вихревой абсорбер для очистки газов // Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций: III Всерос. науч.-практ. конф — Уфа, 2002.

2. Мартынов В.П. Кавитационно-волновая технология скважинной обработки нефтяного пласта / Горный информационно-аналитический бюллетень 6, 2006, 14 с. — Деп. в МГГУ 23.03.2006, 461/06-06.

3. Пат. 2141386 Ультразвуковая колебательная система / Р.В.Барсуков, В.Н.Хмелев, С.Н.Цыганок, прототип.

1. Излучатель ультразвуковой, выполненный на базе пьезоэлектрического преобразователя с волноводом, отличающийся тем, что рабочая часть волновода установлена на расстоянии от мембраны, превышающем размеры кавитационного кластера, и заключена в камеру, заполненную жидкостью.

2. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что камера снабжена системой циркуляции жидкости.

Ультразвуковая мембрана 20 мм для увлажнителя, с наклоном излучателя

Наклонная ультразвуковая мембрана 20 мм 1,7 МГц для увлажнителя воздуха.

Код мембраны: M20A001.

Этот пьезоэлемент для ремонта увлажнителя воздуха имеет особенность — мембрана установлена не горизонтально, а под небольшим углом.

Этот пьезоизлучатель отличается от самой распростаненной мембраны M20A000 только уплпотнительным кольцом, которое позволяет установить мембрану под небольшим углом. Для этого в уплотнителе предусмотрена специальная наклонная канавка, в которую вставляется керамическая мембрана. Более высокая цена этого излучателя получается из-за маленького спроса на этот тип мембраны, она используется всего в нескольких увлажнителях, в результате чего приходится покупать небольшие партии этого товара, которые не предполагают хороших оптовых скидок.

Поэтому, если уплотнитель старой мембраны сохранил форму и эластичность, то можно сэкономить, купитв более дешевую мембрану M20A000 и переставить керамичский пьезоизлучатель. Но будьде осторожны, при перестановке керамической ультразвуковой пластины есть риск сломать это хрупкое изделие или повредить уплотнитель. Утраивший со веменем эластичность старый уплотнитель может не обеспечить герметичность, а проникновение воды внутрь увлажнителя выведет его из строя. Оцените состояние материала старой детали и взвесив все «за» и «против» сделайте свой выбор. Если вы оставили старый уплотнитель, обязательно очень тщательно отмойте его от всякого рода загрязнений, особенно от твердых известковых отложений. Остатки грязи и пониженная эластичность могут сократить срок службы новой мембраны.

Лучне один раз увидеть, чем сто раз услышать, говорит нам пословица, поэтому, для легкого, правильного и быстрого выбора нужной вам запасной части сайт poleznayashtuka.ru предоставляет большое количество фотографий, снятых с разных ракурсов и снабженных пояснительными надписями и другой полезной информвцией.

Если провода вышедшей из строя мембраны были с разъемом, хорошим решением будет отрезать эти провода вместе с разъемом и припаять к проводам новой мембраны. Перепаивать провода на самом пьезоэлементе можно, но не рекомендуется, т.к. при недостаточном опыте, можно повредить металлическое напыление на керамике и испортить излучатель. Хорошим решением будет вовсе отказаться от разъема и припаять провода нового пьезоизлучателя непосредственно на плату генератора.

Технические параметры ультразвуковой мембраны диаметром 20 мм с расположением пьезоизлучателя под углом.

Параметр		Значение по данным производителя	Примечание
русский язык	английский язык	Значение по данным производителя	Примечание
Размер	Size	Диаметр 20 мм, толщина 1,2 мм	Соответствует
Резонансная частота	Resonant frequency	1,70 +/- 0,05 МГц
Резонансное сопротивление	Resonant impedance	<= 2 Ом
Коэффициент связи	Coupling coefficient	>= 0,45
Емкость	Static capacity	1500 пФ +/- 20%
Срок службы	Life time	5000 часов	Скорее всего, значение дано для лабораторных условий (чистая вода и т.п.), по факту, около 3000 часов

		Значение (для справки) найдено в Интернете
		Значение (для справки) найдено в Интернете
Распыляемый объем (производтельность)	Spray volume	400 мл/ч	Скорее всего, значение дано для точной настройки генератора на резонансную частоту конкретного пьезоэлемента. При замене мембраны, такая настройка, как правило, не производится, поэтому, после ремонта, производительность от 320 до 380 мл/ч
Высота уплотнителя		6,3 мм +/- 0,5 мм
Диаметр уплотнителя		25 мм +/- 1,0 мм

Ультразвуковые расходомеры с функцией учета тепла

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР С АВТОНОМНЫМ ПИТАНИЕМ

Для измерений объемного расхода и объема акустически прозрачных жидкостей без газовых включений

Счетчики-расходомеры жидкости ультразвуковые с автономным питанием СЖУ предназначены для измерений объемного расхода и объема акустически прозрачных жидкостей без газовых включений, вязкостью до 6сСт и передачи результатов измерений во внешние измерительные системы.

Принцип действия счетчиков основан на измерении времен прохождения ультразвуковых волн в потоке жидкости. Разница времен прохождения ультразвуковых волн через жидкость по потоку и против потока пропорциональна объемному расходу жидкости.

Счётчик состоит из:

проточной части;
пары ультразвуковых пьезоизлучателей, установленных под углом 450 к оси потока;

электронной платы с дисплеем и разъемами, заключенной в корпус с кабельными вводами.

Характеристики
Параметр	Значение параметра
Условный проход, мм	50	65	80	100	150
Наибольшее рабочее давление, МПа	1,6
Диапазон температур измеряемой жидкости,°С	От -40 до +95
Диапазон температур окружающей среды,°С	От -40 до +50
Максимальный расход, Qmax, м3/ч	30	50	80	120	200
Переходной расход, Qn, м3/ч	15	25	40	60	100
*Переходной расход, Qt, м3/ч	3(5)	5(8)	8(12)	12(15)	20(30)
Минимальный расход, Qmin. м3/ч	0,45	0,75	1,2	1,8	3
Порог чувствительности, м3/ч	0,2	0,3	0,6	0,9	1,5
Пределы относительной погрешности, %	От 1%
Срок службы элемента питания, лет	5
Интерфейс связи	RS232
Возможность работы от внешнего источника питания	Имеется
*Значения в скобках для класса П1, П1.5

Классы ультразвуковых счетчиков с автономным питанием
Класс	Пределы допускаемой относительной погрешности, %
	Проливным методом на расходах		Методом имитации на расходах
	Qt- Qmax	Qmin- Qt	Qt- Qmax	Qmin — Qt
П1	1	—	—	5
П2 (Класс В по ГОСТ Р 50193.1-92)	2	—	—	5
П1(5)	1
П2(5) (Класс В по ГОСТ Р 50193.1-92)	2	5
*И2	—	—	2	5
И3	—	—	3	5
*Класс «И2» присваивается при периодической поверке методом имитации, счетчикам имеющим при первичной поверке класс «П», при условии сохранения метрологически значимых коэффициентов настройки (d, l, l’,Kг, K1…K5, dtup, dtdown), назначенных при первичной поверке.

Требования к монтажу

На входе в счетчик должен быть установлен прямой участок 10Ду, на выходе 5Ду. Перед счетчиком, на расстоянии 25Ду и на выходе из счетчика на расстоянии 10Ду не допускается наличие элементов смещающих ось потока (колено, тройники и пр.)
При наличии на трубопроведе элементов смещающих ось потока по п.1 перед счетчиком, на расстоянии 10 Ду должен быть установлен струевыпрямитель и прямой участок 5Ду на выходе из счетчика.
Допускается установка счетчика без прямых участков (кроме счетчиков с классами П1, П1.2, П1.2.5) при условии монтажа струевыпрямителя непосредственно перед счетчиком и ограничении наибольшего расхода при эксплуатации до Qn согласно таблице 1.
Допускается отступление от пунктов 1, 2, 3 при условии калибровки счетчика на месте монтажа или в составе оборудования, включающего прямой и обратный трубопроводы, с которым будет эксплуатироваться счетчик.

Ультразвуковые расходомеры повышенной точности

Уточнить цену

Ультразвуковые счётчики жидкости применяются для учёта воды, нефтепродуктов и прочих жидкостей, вязкость которых не превышает 6 сСт, а также вместе с тепловычислителями применяются для определения и учёта теплоты и прочих величин специальной среды, в различных системах теплоснабжения.

Данное устройство применяется в различных промышленных отраслях (например, химической, энергетической, пищевой)

Действует счётчик по следующему принципу. Первый пьезоизлучатель счётчика, реагируя на команду прибора, выдаёт в поток жидкости для измерения ультразвуковой импульс, следующий ко второму пьезоизлучателю. Следующий пьезоизлучатель после попадания на него ультразвукового импульса выдаёт электрический сигнал на прибор, замеряющий время, за которое проходит импульс. После этого второй пьезоизлучатель выдаёт в поток жидкости импульс ультразвуком, который проходит в первый пьезоизлучатель через набор отражателей. Первый пьезоизлучатель после попадания на него сигнала выдаёт сигнал электричества во вторичный прибор, измеряющий время за которое проходит импульс против потока. Разница между временем прохождения по потоку и против него равна скорости потока. Основываясь на полученные значения времени и внесённого коэффициента калибровки, который учитывает сечение потока и путь, который проходит ультразвуковой импульс, вторичным прибором вычисляется моментальный расход жидкости и объём, который прошёл через счётчик.

Основываясь на полученные значения времени на прохождение импульса по направлению потока и против него, а также учитывая коэффициент калибровки, сечение потока и путь, который проходит импульс, вторичный прибор рассчитывает моментальный расход жидкости, а также объём жидкости, которая прошла через счётчик.

Имеется ряд моделей и исполнений счётчиков, которые производятся как в обычном исполнении, так и взрывобезопасном.

Во время измерения на отсчетном устройстве по очереди показываются следующие данные:

моментальный расход жидкости;
нарастающий объём жидкости;
служебные извещения.

Работают подобные счётчики без перерыва.

Данные счётчики состоят из первичных преобразователей расхода и вычислителей, установленных на преобразователи.

По способу предоставления информации счётчики производятся с импульсным выходом, с импульсным выходом и ЖК-дисплеем, а также с выходом на компьютер через интерфейс.

Погрешность измерения объёма составляет от ±0,25% до ±1 %.

Таблица 1. Технические характеристики:

Пределы допускаемой относительной погрешности (ПГ) в диапазоне расходов, % в зависимости от метода поверки «Переходной» — «Максимальный» «Минимальный» — «Переходной»	Проливной Имитационный 0,5 1,0 1,0 1,5
Вязкость измеряемой жидкости, мм²/с, не более	6,0
Рабочее давление, МПа, не более	1,6
Температура измеряемой жидкости, ⁰С	от — 40 до + 160
Температура окружающей среды, ⁰С	от — 30 до + 50

Таблица 2. Пределы расходов счётчиков СЖУ

Диаметры условного прохода, D, мм

Значения расходов, м³/ч

Максимальный, Q_max

Переходный, Q_p

Минимальный, Q_min

2,0

3,6

5,0

9,0

15,0

35,0

0,2

0,36

0,5

0,9

1,5

3,5

0,02

0,03

0,05

0,09

0,15

0,35

100

150

200

55,0

85,0

140,0

320,0

560,0

5,5

8,50

14,00

32,00

56,00

0,60

0,90

1,40

3,20

5,60

от 200 до 1600

(врезные)

2·10⁴·D²

8·10²·D²

2·10²·D²

Ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива, содержащий ультразвуковой пьезоизлучатель 2, размещенный в полости корпуса 3 смесителя биологического и минерального компонентов топлива, электронный блок управления 5 с питанием постоянным напряжением (+12 В), состоящий из стабилизатора напряжения 4, задающего генератора импульсов 9, трансформатора 8 и высокочастотного генератора импульсов 7, соединенного электропроводами 4 с излучателем 2. Высокочастотный генератор импульсов 7 содержит регулятор 11 частоты выходного сигнала. Технический результат: обеспечение стабильного высокочастотного и регулируемого сигнала, качественное смешивание компонентов биоминерального топлива с образованием мелкодисперсной однородной среды и повышение энергетического эквивалента биоминерального топлива, обработанного ультразвуком. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для смешивания и обработки ультразвуковыми высокочастотными колебаниями биологического и минерального компонентов биоминерального топлива непосредственно в процессе работы автотракторного дизеля.

Известен ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива [Патент на полезную модель №68518 РФ, МПК D06F 7/04, D06F 19/00. Усовершенствованная ультразвуковая стиральная машина / С.Л. Павловский. — №2007126248/22; Заявл. 09.07.2007; опубл. 27.11.2007, бюл. №33], содержащий один или два ультразвуковой излучатель(я), электронный блок управления, состоящий из вилки с питанием от электросети переменного тока ~220 В, дополнительного разъема для подключения питания постоянного тока +12 В, стабилизатора напряжения и одного или двух высокочастотного генератора(ов).

Напряжение переменного ~220 В или постоянного +12 В тока подается через стабилизатор напряжения на один или два высокочастотный генератор(а) импульсов, формирующий высокочастотный сигнал, подаваемый на один или два ультразвуковых излучатель(я), размещенные в растворе жидкости. Возбуждаемые излучателем ультразвуковые высокочастотные колебания вызывают в растворе жидкости процессы кавитации и эмульгирования.

Недостатком ультразвукового смесителя является невозможность управления процессами кавитации и эмульгирования при ультразвуковом смешивании компонентов биоминерального топлива из-за отсутствия в электронном блоке управления устройства для регулируемого изменения частоты выходного сигнала (импульса напряжения), подаваемого на ультразвуковой излучатель, а также невозможность обеспечения стабильного высокочастотного сигнала.

Из всех известных устройств наиболее близким по технической сущности является ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива [Патент №2546891 РФ, МПК F02M 43/00, B01F 11/02. Ультразвуковой смеситель растительного масла и минерального топлива / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, И.Ф. Адгамов. — №2014112926; заявл. 02.04 2014; опубл. 10.04 2015, бюл. №10], содержащий автономный источник питания постоянного тока, один или два ультразвуковый излучатель(я), размещенных в полости корпуса смесителя, соединенные электропроводами с электронным блоком управления, состоящим из стабилизатора напряжения, одного или двух высокочастотного генератора(ов) импульсов, одного или двух трансформатора(ов), вход(ы) которого соединены с источником питания.

Недостатками ультразвукового смесителя являются невозможность управления процессами кавитации и эмульгирования при ультразвуковом смешивании компонентов биоминерального топлива из-за отсутствия в электронном блоке управления устройства для регулируемого изменения частоты выходного сигнала (импульса напряжения), подаваемого на ультразвуковой излучатель, а также невозможность обеспечения стабильного высокочастотного сигнала.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение отмеченного недостатка, и от его применения получен следующий технический результат: управление процессами кавитации и эмульгирования при ультразвуковом смешивании компонентов биоминерального топлива за счет регулируемого изменения частоты выходного сигнала, подаваемого на ультразвуковой пьезоизлучатель, а также обеспечение стабильного высокочастотного сигнала.

Указанный технический результат достигается за счет того, что ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива, содержащий автономный источник питания постоянного тока +12 В, один или два ультразвуковых излучатель(я), размещенных в полости корпуса смесителя, соединенные электропроводами с электронным блоком управления, состоящим из стабилизатора напряжения, одного или двух высокочастотного генератора(ов) импульсов, одного или двух трансформатора(ов), вход(ы) которого соединен с источником питания, а выход(ы) — с ультразвуковым излучателем(ми), при этом в электрическую цепь электронного блока управления между стабилизатором напряжения и одним или двумя высокочастотным генератором(и) импульсов подключены один или два задающих генератор(а) импульсов, один или два выпрямитель(я) тока и один или два регулятор(а) частоты выходного сигнала, вход(ы) одного или двух высокочастотного генератора(ов) импульсов соединены с одним или двумя выпрямителем(и) тока, а его выход(ы) — с одним или двумя ультразвуковым излучателем(и), причем один или два высокочастотный генератор(а) импульсов содержит регулятор(ы) частоты выходного сигнала, ультразвуковым излучателем(и) является пьезоизлучатель(и), а трансформатор(ы) — низкочастотным.

На фиг. 1 изображена принципиальная функциональная схема ультразвукового смесителя компонентов биоминерального топлива.

Ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива, содержащий ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива, содержащий автономный источник питания постоянного тока 1+12 В, один или два ультразвуковых излучатель(я) 2, размещенных в полости корпуса смесителя 3, соединенных электропроводами 4 с электронным блоком управления 5, состоящим из стабилизатора напряжения 6, одного или двух высокочастотного генератора(ов) импульсов 7, одного или двух трансформатора(ов) 8, вход(ы) которого соединены с источником питания 1, а выход(ы) — с ультразвуковым(ми) излучателем(ми) 2, при этом в электрическую цепь электронного блока управления 5 между стабилизатором напряжения 6 и одним или двумя высокочастотным генератором(ми) импульсов 7 подключены один или два задающих генератор(ы) импульсов 9, один или два выпрямитель(я) тока 10, вход(ы) одного или двух высокочастотного генератора(ов) импульсов 7 соединен с одним или двумя выпрямителем(ми) тока 10, а его выход(ы) — с одним или двумя ультразвуковыми излучателем(ми) 2, причем один или два высокочастотных генератор(а) импульсов 7 содержат регулятор(ы) частоты выходного сигнала 11, ультразвуковым излучателем(и) является пьезоизлучатель(и), а трансформатор(ы) 8 — низкочастотным.

Работает ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива следующим образом.

Напряжение +12 В автономного источника питания постоянного тока 1 подается через стабилизатор напряжения 6 на задающий генератор(ы) импульсов 9, формирующий сигнал в виде несимметричного меандра (переменного напряжения), подаваемый на трансформатор(ы) 8. В трансформаторе(ах) 8 переменное напряжение повышается до ~220 В и далее поступает в выпрямитель(и) 10, где преобразовывается в постоянное напряжение +220 В, которое в свою очередь через регулятор(ы) частоты выходного сигнала 11 подается на высокочастотный генератор(ы) импульсов 7. Высокочастотный генератор(ы) 7 формирует высокочастотные импульсы напряжения величиной +220 В или два поочередных сигнала по +110 В, с частотой, задаваемых регулятором(ми) 11 и подаваемых в цепь ультразвукового пьзоизлучателя(ей) 2, размещенного в полости корпуса смесителя 3 биологического и минерального компонентов.

Изменяя регулятором(ми) 11 частоту выходного сигнала высокочастотного генератора(ов) 7, а следовательно и частоту ультразвуковых колебаний, возбуждаемых пьезоизлучателем(ми) 2, можно управлять процессами кавитации и эмульгирования, добиваясь при этом стабильного высокочастотного сигнала и требуемого качества смешивания компонентов биоминерального топлива с различными физико-химическими свойствами (например, растительного масла и минерального дизельного топлива) при меньших затратах электроэнергии, потребляемой электронным блоком управления 5. Под действием регулируемых ультразвуковых колебаний биологический и минеральный компоненты не только более качественно смешиваются между собой с образованием однородной мелкодисперсной среды, но и в процессе кавитации происходит отрыв радикалов углеводородных групп от одного вида высших жирных кислот, содержащихся в биологическом компоненте (растительном масле), и присоединение их к другому виду кислот. При этом энергетический эквивалент обработанного ультразвуком биоминерального топлива возрастает по сравнению с необработанным.

Использование обработанного ультразвуком биоминерального топлива в качестве моторного топлива дизельной автотракторной техники приводит к меньшему снижению мощности двигателя и меньшему увеличению удельного эффективного расхода топлива по сравнению с работой дизеля на необработанном ультразвуком биоминеральном топливе.

Заявляемое устройство технически реализуемо, изготовлено и испытано.

На фиг. 2 показан общий вид ультразвукового смесителя компонентов биоминерального топлива.

Ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива состоит из высокочастотного пьезоизлучателя 1, размещенного в корпусе с входным и выходным каналами 3, 4, и электронного блока управления 5, соединенного электропроводами 6 с пьезоизлучателем и источником тока.

1. Ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива, содержащий автономный источник питания постоянного тока +12 В, один или два ультразвуковой(ые) излучатель(и), размещенный в полости корпуса смесителя, соединенные электропроводами с электронным блоком управления, состоящим из стабилизатора напряжения, одного или двух высокочастотного(ых) генератора(ов) импульсов, одного или двух трансформатора(ов), отличающийся тем, что в электрическую цепь электронного блока управления между стабилизатором напряжения и одним или двумя высокочастотным(и) генератором(ми) импульсов подключены один или два задающий(ие) генератор(ы) импульсов, один или два выпрямитель(и) тока, вход(ы) одного или двух высокочастотного(ых) генератора(ов) импульсов соединен(ы) с одним или двумя выпрямителем(ми) тока, а его выход(ы) — с одним или двумя ультразвуковым(и) излучателем(ми).

2. Ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива по п. 1, отличающийся тем, что один или два высокочастотный(ые) генератор(ы) импульсов содержит регулятор(ы) частоты выходного сигнала.

3. Ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива по п. 1, отличающийся тем, что ультразвуковым излучателем(и) является пьезоизлучатель(и), а трансформатор(ы) — низкочастотным(и).

Схема ультразвуковой пушки с большой мощностью. Ультразвуковой излучатель

Для генерации ультразвука применяются специальные излучатели магнитострикционного типа. К основным параметрам устройств относится сопротивление и проводимость. Также учитывается допустимая величина частоты. По конструкции устройства могут отличаться. Также надо отметить, что модели активно применяются в эхолотах. Чтобы разобраться в излучателях, важно рассмотреть их схему.

Схема устройства

Стандартный магнитострикционный излучатель ультразвука состоит из подставки и набора клемм. Непосредственно магнит подводится на конденсатор. В верхней части устройства имеется обмотка. У основания излучателей часто устанавливается зажимное кольцо. Магнит подходит только неодимового типа. В верхней части моделей располагается стержень. Для его фиксации применяется кольцо.

Кольцевая модификация

Кольцевые устройства работают при проводимости от 4 мк. Многие модели производятся с короткими подставками. Также надо отметить, что существуют модификации на полевых конденсаторах. Чтобы собрать магнитострикционный излучатель своими руками, применяется обмотка соленоида. При этом клеммы важно устанавливать низкого порогового напряжения. Ферритовый стрежень целесообразнее подбирать небольшого диаметра. Зажимное кольцо ставится в последнюю очередь.

Устройство с яром

Сделать магнитострикционный излучатель своими руками довольно просто. В первую очередь заготавливается стойка под стержень. Далее важно вырезать подставку. Для этого можно использовать металлический диск. Специалисты говорят о том, что подставка в диаметре должна быть не более 3.5 см. Клеммы для устройства подбираются на 20 В. В верхней части модели фиксируется кольцо. При необходимости можно намотать изоленту. Показатель сопротивления у излучателей данного типа находится в районе 30 Ом. Работают они при проводимости не менее 5 мк. Обмотка в данном случае не потребуется.

Модель с двойной обмоткой

Устройства с двойной обмоткой производятся разного диаметра. Проводимость у моделей находится на отметке 4 мк. Большинство устройств обладает высоким волновым сопротивлением. Чтобы сделать магнитострикционный излучатель своими руками, используется только стальная подставка. Изолятор в данном случае не потребуется. Ферритовый стержень разрешается устанавливать на подкладку. Специалисты рекомендуют заранее заготовить уплотнительное кольцо. Также надо отметить, что для сборки излучателя потребуется конденсатор полевого типа. Сопротивление на входе у модели должно составлять не более 20 Ом. Обмотки устанавливаются рядом со стержнем.

Излучатели на базе отражателя

Излучатели данного типа выделяются высокой проводимостью. Работают модели при напряжении 35 В. Многие устройства оснащаются полевыми конденсаторами. Сделать магнитострикционный излучатель своими руками довольно проблематично. В первую очередь надо подобрать стержень небольшого диаметра. При этом клеммы заготавливаются с проводимостью от 4 мк.

Волновое сопротивление в устройстве должно составлять от 45 Ом. Пластина устанавливается на подставке. Обмотка в данном случае не должна соприкасаться с клеммами. В нижней части устройства обязана находиться круглая подставка. Для фиксации кольца часто применяется обычная изолента. Конденсатор напаивается над манганитом. Также надо отметить, что кольца иногда применяются с накладками.

Устройства для эхолотов

Для эхолотов часто используется магнитострикционный излучатель УЗ. Как приготовить модель своими руками? Самодельные модификации производятся с проводимостью от 5 мк. у них в среднем равняется 55 Ом. Чтобы изготовить мощный ультразвуковой стержень применяется на 1.5 см. Обмотка соленоида накручивается с малым шагом.

Специалисты говорят о том, что стойки под излучатели целесообразнее подбирать из нержавейки. При этом клеммы применяются с малой проводимостью. Конденсаторы подходят разного типа. у излучателей находится на отметке 14 Вт. Для фиксации стержня используются резиновые кольца. У основания устройства накручивается изолента. Также стоит отметить, что магнит надо устанавливать в последнюю очередь.

Модификации для рыболокаторов

Устройства для рыболокаторов собираются только с проводными конденсаторами. Для начала требуется установить стойку. Целесообразнее применять кольца диаметром от 4.5 см. Обмотка соленоида обязана плотно прилегать к стержню. Довольно часто конденсаторы припаиваются у основания излучателей. Некоторые модификации производятся на две клеммы. Ферритовый стрежень обязан фиксироваться на изоляторе. Для укрепления кольца используется изолента.

Модели низкого волнового сопротивления

Устройства низкого волнового сопротивления работают при напряжении 12 В. У многих моделей имеются два конденсатора. Чтобы собрать прибор, генерирующий ультразвук, своими руками, потребуется стержень на 10 см. При этом конденсаторы на излучатель устанавливаются проводного типа. Обмотка накручивается в последнюю очередь. Также надо отметить, что для сборки модификации потребуется клемма. В некоторых случаях используются полевые конденсаторы на 4 мк. Параметр частоты будет довольно высокий. Магнит целесообразнее устанавливаться над клеммой.

Устройства высокого волнового сопротивления

Излучатели ультразвука высокого сопротивления хорошо подходят для приемников короткой волны. Собрать самостоятельно устройство можно только на базе переходных конденсаторов. При этом клеммы побираются высокой проводимости. Довольно часто магнит устанавливается на стойке.

Подставка для излучателя применяется малой высоты. Также надо отметить, что для сборки устройства используются один стрежень. Для изоляции его основания подойдет обычная изолента. В верней части излучателя обязано находиться кольцо.

Стержневые устройства

Схема стержневого типа включает в себя проводник с обмоткой. Конденсаторы разрешается применять разной емкости. При этом они могут отличаться по проводимости. Если рассматривать простую модель, то подставка заготавливается круглой формы, а клеммы устанавливаются на 10 В. Обмотка соленоида накручивается в последнюю очередь. Также надо отметить, что магнит подбирается неодимового типа.

Непосредственно стержень применяется на 2.2 см. Клеммы можно устанавливать на подкладке. Также надо упомянуть о том, что существуют модификации на 12 В. Если рассматривать устройства с полевыми конденсаторами высокой емкости, то минимальный диаметр стержня допускается 2.5 см. При этом обмотка должна накручиваться до изоляции. В верхней части излучателя устанавливается защитное кольцо. Подставки разрешается делать без накладки.

Модели с однопереходными конденсаторами

Излучатели данного типа выдают проводимость на уровне 5 мк. При этом показатель волнового сопротивления у них максимум доходит до 45 Ом. Для того чтобы самостоятельно изготовить излучатель, заготавливается небольшая стойка. В верхней части подставки обязана находиться накладка из резины. Также надо отметить, что магнит заготавливается неодимового типа.

Специалисты советуют устанавливать его на клей. Клеммы для устройства подбираются на 20 Вт. Непосредственно конденсатор устанавливается над накладкой. Стержень используется диаметром в 3.3 см. В нижней части обмотки должно находиться кольцо. Если рассматривать модели на два конденсатора, то стержень разрешается использовать с диаметром 3.5 см. Обмотка должна накручиваться до самого основания излучателя. В нижней части стоки клеится изолента. Магнит устанавливается в середине стойки. Клеммы при этом должны находиться по сторонам.

Неоднократно каждый из нас слышал выражение «ультразвук» — в данной статье мы рассмотрим что это, как создается, и для чего он нужен.

Понятие «ультразвук»

Ультразвук — это механические колебания, которые находятся значительно выше той области частот, которую слышит ухо человека. Колебания ультразвука чем-то напоминают волну, похожую на световую. Но, в отличие от волн светового типа, которые распространяются только в вакууме, ультразвуку нужна упругая среда — жидкость, газ или любое другое твердое тело.

Основные параметры ультразвука

Основными параметрами ультразвуковой волны принято считать длину волны и период. Время, которое требуется для полного цикла, принято называть периодом волны, измеряется оно в секундах.

Мощнейшим генератором ультразвуковых волн считается УЗ-излучатель. Человеку не под силу слышать ультразвуковую частоту, но его организм способен ее чувствовать. Если говорить другими словами, то человеческое ухо воспринимает ультразвуковую частоту, но участок мозга, отвечающий за слух, не в силах сделать расшифровку этой звуковой волны. Для человеческого слуха неприятна высокая частота, но, если поднять частоту на еще один диапазон, то звук полностью исчезнет — несмотря на то, что в УЗ-частоте он есть. И мозг прилагает усилия, чтобы безуспешно его раскодировать, из-за этого у человека возникает жуткая головная боль, головокружение, тошнота и другие не совсем приятные ощущения.

Генераторы ультразвуковых колебаний используются во всех областях техники и науки. Например, ультразвуку под силу не только постирать белье, но и сваривать металл. В современном мире УЗ активно применяется в сельскохозяйственной технике для отпугивания грызунов, поскольку организм большинства животных приспособлен к общению с себе подобными на ультразвуковой частоте. Также следует сказать, что генератор ультразвуковых волн способен отпугивать и насекомых — сегодня многие производители выпускают такого рода электронные репелленты.

Разновидности ультразвуковых волн

Ультразвуковые волны бывают не только поперечные или продольные, но и поверхностные и волны Лэмба.

Поперечные УЗ волны — это волны, которые движутся перпендикулярно плоскости направления скоростей и смещений частиц тела.

Продольные УЗ волны — это волны, движение которых совпадает с направлением скоростей и смещений частиц среды.

Волна Лэмба — это упругая волна, которая распространяется в твердом слое со свободными границами. Именно в этой волне происходит колебательное смещение частиц как перпендикулярно плоскости пластины, так и в направлении движения самой волны. Именно волна Лэмба — это нормальная волна в платине со свободными границами.

Рэлеевские (поверхностные) УЗ волны — это волны с эллиптическим движением частиц, которые распространяются на поверхности материала. Скорость поверхностной волны составляет почти 90% от скорости движения волны поперечного типа, а ее проникновение в материал равно самой длине волны.

Использование ультразвука

Как уже выше говорилось, разнообразное использование УЗ, при котором применяются самые различные его характеристики, условно можно разделить на три направления:

получение информации;
активное воздействие на вещество;
обработка и передача сигналов.

Следует учитывать, что при каждом конкретном применении необходимо выбирать УЗ определенного частотного диапазона.

Воздействие ультразвука на вещество

Если материал или вещество попадает под активное воздействие УЗ-волн, то это приводит к необратимым в нем изменениям. Это обусловлено нелинейными эффектами в звуковом поле. Такой тип воздействия на материал популярно в промышленной технологии.

Получение информации при помощи УЗ-методов

Ультразвуковые методы сегодня широко применяются в различного рода научных исследованиях для тщательного изучения строения и свойств веществ, а также для полного понимания проходящих в них процессов на микро- и макроуровнях.

Все эти методы главным образом основаны на зависимости скорости распространения и затухания акустических волн от происходящих в них процессах и от свойств веществ.

Обработка и передача сигналов

Ультразвуковые генераторы используются для преобразования и аналоговой обработки различного рода электрических сигналов во всех отраслях радиоэлектроники и для контроля световых сигналов в оптике и оптоэлектронике.

Ультразвуковой излучатель своими руками

В современном мире ультразвуковой генератор используется достаточно широко. Например, в промышленности используются для быстрой и качественной очистки чего-либо. Следует сказать, что такой метод очистки зарекомендовал себя только с лучшей стороны. Сегодня ультразвуковой генератор набирает популярность в использовании и в других целях.

Сборка схемы УЗГ для отпугивания собак

Многие жители мегаполисов страны ежедневно сталкиваются с довольно-таки ощутимой проблемой встречи стаи бродячих собак. Заранее предугадать поведение стаи невозможно, поэтому здесь придет в помощь УЗГ.

В данной статье мы с вами разберем как сделать ультразвуковой

Для создания УЗГ в домашних условиях потребуются такие детали:

печатная плата;
миркосхема;
радиотехнические элементы.

Самостоятельно собрать схему не составит большого труда. Для того чтобы была возможность управлять импульсами, следует закрепить при помощи паяльника к конкретным ножкам микросхемы радиодетали.

Разберем конструкцию генератора ультразвуковой частоты высокой мощности. В качестве генератора УЗ-частоты работает микросхема D4049, которая имеет 6 логическиХ интерторов.

Зарубежную микросхему можно заменить на аналог отечественного производства К561ЛН2. Для подстройки частоты требуется регулятор 22к, при помощи его УЗ можно снижать до слышимой частоты. На выходной каскад, благодаря 4-м биополярным транзисторам со средней мощностью, поступают сигналы с микросхемы. Особого условия по выбору транзисторов нет, здесь главное выбрать максимально близкие по параметрам комплементарные пары.

Практически любая ВЧ-головка, которая имеет мощность от 5 ватт, может быть использована в качестве излучателя. Идеальным вариантом станут отечественные головки типа 10ГДВ-6, 10ГДВ-4 или 5ГДВ-6, их с легкостью можно найти во всех акустических системах производства СССР.

Сделанную своими руками схему генератора УЗ осталось только спрятать в корпус. Контролировать мощность ультразвукового генератора поможет металлический рефлектор.

Схема ультразвукового генератора

В современном мире для отпугивания собак, насекомых, грызунов, а также для высококачественной стирки принято использовать генератор ультразвуковой. УЗГ также используется для того, чтобы значительно сократить временные затраты при промывке и травлении печатных плат. Химические процессы в жидкости протекают значительно быстрее благодаря кавитации.

В основе схемы УЗГ состоят два импульсных генератора прямоугольной формы и усилитель мощности мостового вида. На логических элементах типа DD1.3 и DD1.4 устанавливается перестраиваемый генератор импульсов УЗ частоты формы меандр. Следует помнить, что его рабочая частота напрямую зависит только от общей сопротивляемости резисторов R4 и R6, а также от емкости конденсатора С3.

Запомните правило: чем меньше частота, тем больше сопротивление этих резисторов.

На элементах DD1.1 и DD1.2 сделан генератор НЧ, который имеет рабочую частоту 1 Гц. Между собой генераторы связаны при помощи резисторов R3 и R4. Для того чтобы достичь плавного изменения частоты высокочастотного генератора нужно использовать конденсатор С2. Здесь также следует запомнить один секрет — если конденсатор С2 зашунтировать с помощью переключателя SA1, то частота генератора высоких частот станет постоянной.

Использование ультразвука: широчайшая сфера применения

Как все мы знаем, ультразвук в современном мире где только не используется. Наверняка каждый из нас хоть раз в жизни проходил процедуру УЗИ (ультразвукового исследования). Следует добавить, то именно благодаря УЗИ доктора могут обнаружить возникновение заболеваний органов человека.

Ультразвук активно применяется в косметологии для эффективного очищения кожного покрова не только от грязи и жира, но и от эпителия. К примеру, ультразвуковой фонофорез успешно используется в салонах красоты как для питания и очищения, так и для увлажнения и омоложения кожного покрова. Методика применения УЗ-фонофореза усиляет за счет действия ультразвуковой волны защитные механизмы кожи. Косметические процедуры с применением ультразвука считаются универсальными и подходят для всех типов кожи. Ультразвуковой фонофорез вторит чудеса!

Ультразвуковой генератор пара активно используется не только в турецких хаммамах, финских саунах, но и в наших современных русских банях. Благодаря пару наше тело эффективно очищается от невидимой грязи, наш организм избавляется от токсинов и шлаков, оздоравливаются кожа и волосы, пар положительно влияет на органы дыхания человека.

Генераторы искусственного тумана активно используются для повышения влажности воздуха в помещениях, что благотворно влияет на климат в квартире. Особенно актуальным это стает в холодное время года, когда централизованное отопление пересушивает воздух. Используют генераторы искусственного тумана как в жилых помещениях, так и террариуме или зимнем саду. Специалисты советуют иметь ультразвуковой генератор тумана людям с заболеваниями дыхательных путей или склонными к аллергическим заболеваниям.

Вывод

В домашнем использовании ультразвуковой генератор пара или тумана — это очень полезный прибор, который не только создаст комфорт и уют, но и сможет обогатить воздух невидимыми глазу витаминами, легкими отрицательными аэроионами, которых так много на морском берегу, в горах или в лесу и крайне мало внутри наших квартир. А это, в свою очередь, будет способствовать повышению эмоционального состояния и улучшению здоровья.

Возвращаясь с работы ночью или бродя по темным переулкам, есть опасность подвергнутся нападению бродячих собак, укусы которых иногда опасны для жизни, если вовремя не обратится к врачам. Именно для этих случаев умные человеческие мозги придумали ультразвуковой отпугиватель.

Промышленные отпугиватели имеют достаточно сложную схему и выполнены на достаточно дефицитных компонентах.

В этой статье мы рассмотрим вариант такого отпугивателя с использованием знаменитого таймера 555 серии. Таймер, как известно, может работать в качестве генератора прямоугольных импульсов, именно такое подключение использовано в схеме.

Генератор работает на частоте 20-22 кГц, как известно многие животные «общаются» на ультразвуковом диапазоне. Опыты показали, что частоты 20-25 кГц вызывают у собак искусственный страх, благодаря построечному регулятору, генератором можно настроить на частоту 17-27кГц.

Сама схема содержит всего 6 компонентов и не вызовет никаких затруднений. Регулятор желательно использовать многооборотный, для более точной настройки на нужную частоту.
Пьезоизлучатель можно взять от калькулятора или любых других музыкальных игрушек, можно также использовать любые ВЧ головки с мощностью до 5 ватт, больше попросту нет смысла.

Устройство эффективно действует на расстоянии 3-5 метров, поскольку в схеме нет дополнительного усилителя мощности.

В качестве источника питания, удобно использовать крону, или любой другой источник с напряжением от 6 до 12 вольт.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Мой блокнот
	Программируемый таймер и осциллятор	NE555	1	В блокнот
R1	Резистор	2.2 кОм	1	В блокнот
R2	Резистор	1 кОм	1	В блокнот
R3	Переменный резистор	4.7 кОм	1	В блокнот
C1	Электролитический конденсатор	10 мкФ	1	В блокнот
C2	Конденсатор	10 нФ	1	В блокнот
	Пьезоизлучатель		1

Ультразвуковая пушка собрана своими руками всего на двух логических инверторах и имеет минимальное количество комплектующих компонентов. Не смотря на простоту сборки, конструкция достаточно мощная и может применяться против пьяных алкашей, собак или подростков, которые засиживаются и поют в чужих подъездах.

Схема ультразвуковой пушки

Для генератора подойдут микросхемы СD4049 (HEF4049), CD4069, или отечественные микросхемы К561ЛН2, К176ПУ1, К176ПУ3, К561ПУ4 или любые другие микросхемы стандартной логики с 6-ю или 4-я логическими инверторами, но придется менять цоколевку.

Наша схема ультразвуковой пушки выполнена на микросхеме HEF4049. Как уже было сказано, нам нужно задействовать всего два логических инвертора, а какие из шести инверторов задействовать – вам решать.

Сигнал с выхода последней логики усиливается транзисторами. Для раскачки последнего (силового) транзистора в моем случае применены два маломощных транзистора КТ315, но выбор огромный, можно ставить любые NPN транзисторы малой и средней мощности .

Выбор силового ключа тоже не критичен, можно ставить транзисторы из серии KT815, KT817, KT819, KT805, КТ829 — последний является составным и будет работать без дополнительного усилителя на маломощных транзисторах. С целью повышения выходной мощности можно использовать мощные составные транзисторы типа КТ827 — но для его раскачки дополнительный усилитель все-таки будет нужен.

В качестве излучателя можно использовать любые СЧ и ВЧ головки с мощностью 3-20 Ватт, можно также задействовать пьезоизлучатели от сирен (как в моем случае).

Подбором конденсатора и сопротивления подстроечного резистора — настраивается частота.

Такая ультразвуковая пушка собранная своими руками вполне подойдет для охраны дачной территории или частного дома. Но не нужно забывать — ультразвуковой диапазон опасен! Мы не можем слышать его, но организм чувствует. Дело в том, что уши принимают сигнал, но мозг не способен раскодировать его, отсюда и такая реакция нашего организма.

Собирайте, тестируйте, радуйтесь — но будьте предельно осторожны, а я с вами прощаюсь, но ненадолго — АКА КАСЬЯН.

Есть такая наука — вредология. Сколько бы люди не изобретали всякого полезного, рано или поздно всё равно это будет применяться во вред.

Ультразвук давно используется в некоторых видах стиральных машин, локаторах, сигнализациях, в промышленности. Но основным предназначением данного устройства является нанесение повреждений. Многие слышали о методах борьбы ультразвуком с кротами, мышами, комарами. А сейчас мы будем делать УЛЬТРАЗВУКОВУЮ ПУШКУ для атаки на человека. Занимаясь аудиотехникой — настройкой акустических систем, я обнаружил интересный эффект: при подаче сигнала на ВЧ динамик, и постепенном повышении его частоты, наступает момент, когда звук (свист) уже не воспринимается слухом, но начинает ощутимо болеть голова. Другими словами тончайший свист уже не слышен (ни источник, ни наличие), но воздействие идёт очень неприятное. Даже после отключения УЗ пушки, некоторое время сохраняются неприятные ощущения. Схема ультразвуковой пушки не содержит дорогих деталей и собирается за вечер.

Внимание! На схеме транзисторы нарисованы неправильно — вот как надо подключать:

Основой устройства является цифровая микросхема — 6 логических инверторов СD4049 или HEF4049. Для замены на советскую К561ЛН2 потребуется несколько изменить цоколёвку подключения. В качестве мощного звукоизлучателя ультразвуковой пушки берём ВЧ динамик от колонки, например 5ГДВ-6, 10ГДВ-4, 10ГДВ-6 или любой другой от старых советских колонок, чем помощнее. Вся конструкция вмещается в металлический корпус от светильника, питается от любого источника 5-10 В, с током отдачи 1 А. Например 4 пальчиковых или один 6-ти вольтовый свинцовый аккумулятор.

Как видите, ультразвуковая пушка получается очень компактной и автономной. Использовать можно для скорейшего ухода ненужных гостей (у которых вдруг разболится голова), диверсий на занятиях в классе, разгона компании пьяных шакалов под окнами, «отпугивания» начальства от Вашего рабочего места… В общем эта УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ПУШКА, на мой взгляд, обязательно найдёт применение. Тем более сейчас, с наступлением лета, актуальной становится проблема упырей — комаров. Словив пару штук и поместив их в банку (почему пару? чтоб не скучно было), медленно изменяя частоту генерации облучаем их ультразвуком. Когда их начнёт колбасить — запоминаем частоту и ставим на окне ультразвуковую пушку, как заслон от этих вампиров. Ещё одна схема

ультразвуковые преобразователи мощности | APC International

высокая эффективность
большая амплитуда
слабый нагрев
стабильный выход, не подверженный колебаниям нагрузки
по конкурентоспособной цене
быстрая доставка

Типичные области применения пьезо-ультразвуковых преобразователей

Пьезо-ультразвуковые преобразователи

используются в широком спектре приложений. Как в коммерческих, так и в промышленных условиях эти устройства позволяют аппарату ультразвуковой очистки работать эффективно — даже в самых сложных и деликатных операциях, таких как ультразвуковая чистка ювелирных изделий.

В области здравоохранения пьезо-ультразвуковые преобразователи обеспечивают такие возможности, как ультразвуковое дробление камней в почках и удаление зубного налета. Кроме того, они используются для проведения точных измерений для выявления дефектов и других аномалий, обнаруженных между передатчиками и приемниками ультразвуковых волн.

Звоните сегодня

Излучатели звука

В отличие от других форм энергии, таких как радиация, которая может быть вредной для людей и других форм жизни, ультразвук — это просто форма звука, которая выходит за верхние пределы слышимости среднего взрослого человека.Начиная с 20 кГц и выше, ультразвуковые преобразователи могут использовать эти физически более короткие длины волн. В результате эти типы преобразователей идеально подходят для использования в условиях неразрушающего контроля, а также для точного измерения различных материалов и физических веществ, включая проведение ультразвука на людях.

Функция частотной характеристики

Высокое механическое качество пьезопреобразователей APC гарантирует, что эти ультразвуковые преобразователи многослойного типа обладают высокой электроакустической эффективностью и низким тепловыделением.Механическое соединение пьезоэлектрических элементов обеспечивает выход с большой амплитудой. Стандартные датчики ультразвуковой очистки APC доступны в четырех частотах: 28 кГц, 40 кГц, 80 кГц или 120 кГц. APC также предлагает преобразователь мощности 50 кГц, который можно использовать в различных областях, в том числе в качестве очистителя ткани, небулайзера, распылителя, для ультразвукового перемешивания или для разрушения клеток.

Стандартные преобразователи для ультразвуковой очистки

APCI Каталожный номер No.	Привод Частота	Механический Качество (Qm)	Муфта (Kp) (%)	Емкость (1 кГц) (нФ)	Импеданс (Ом)	Движение Адмиттанс (мν)	Допустимая Вибрация (см / сек)	Мощность (Ватт)
90-4040	28 кГц	800	≥55	3.8	≤50	60	≤25	50	Спецификация
90-4050	40 кГц	800	≥55	3,8	≤50	65	≤50	50	Спецификация
90-4060	80 кГц	≥1000	≥55	3.7	≤50			80	Спецификация
90-4070	120 кГц	≥1000	≥55	3,7	≤50			80	Спецификация
Пользовательский	Значения определяются клиентом и APC International

Технические характеристики генератора ультразвукового преобразователя

(кат.№ 90-4200 и 90-4210)

Загрузите спецификацию генератора ультразвукового преобразователя.

>> Запросить предложение сегодня <<

Стандартный ультразвуковой преобразователь мощности

APCI Каталог №	Номер детали	Резонансный Частота	Резонансный Сопротивление	Емкость	Пропускная способность	Изоляция Сопротивление
90-5000	APC-4SS-1550	50 ± 2 кГц	60 Ом (макс.)	2750 ± 20% пФ	Δf ≥ 1.0 кГц	R ≥ 500 МОм 2500 В постоянного тока	Спецификация
90-5010	APC-4SS-1500 с платой	Каталожный № 90-5000 с блоком питания					Спецификация
Пользовательский	Значения определяются клиентом и APC International

Как сделать ультразвуковые преобразователи для ультразвуковой очистки: композитные преобразователи

Как и во многих других областях применения пьезоэлектрических материалов, сборка из множества керамических элементов обеспечивает значительные эксплуатационные и производственные преимущества в датчиках ультразвуковой очистки по сравнению с одним керамическим элементом.Чтобы обеспечить наиболее эффективную работу, упростить производство и снизить затраты, более сложные преобразователи, предназначенные для ультразвуковых энергетических приложений, обычно представляют собой композит из пьезоэлектрического керамического центра (например, нескольких тонких колец или керамических дисков), окруженного металлическим концом. или верхняя и нижняя части. При отсутствии жидкостной нагрузки механический коэффициент качества Qm для хорошо спроектированного композитного преобразователя будет больше, чем соответствующее значение для эквивалентного цельного керамического преобразователя, а эффективная теплопроводность металлических частей обеспечит более низкую рабочую температуру. в керамической части преобразователя.Коэффициент связи k будет приближаться к таковому для цельного керамического преобразователя.

Датчики давления

Металлические части композитного преобразователя должны иметь те же акустические свойства и площадь поперечного сечения, что и керамическая часть. Обе металлические части могут быть изготовлены из одного и того же материала или комбинации материалов, или две части могут быть изготовлены из материалов с разными свойствами. Возможные конструкционные материалы включают сталь, алюминий, титан, магний, бронзу и латунь.Часто только одна из металлических частей предназначена для вывода высокой интенсивности.

Для максимальной передачи энергии от преобразователя к растворителю в резервуаре для ультразвуковой очистки композитный ультразвуковой преобразователь обычно представляет собой полуволновый преобразователь с резонансной частотой 20 кГц или 40 кГц. Электроакустическая эффективность композитного ультразвукового преобразователя обратно пропорциональна коэффициенту электромеханической связи и различным качественным характеристикам компонентов.

>> Запросить предложение сегодня <<

Предварительно напряженные композитные ультразвуковые преобразователи

Керамический компонент композитного преобразователя редко будет обладать достаточной прочностью на разрыв, чтобы выдерживать высокие механические нагрузки, связанные с потребляемой мощностью при ультразвуковой очистке. Прочность керамических элементов на разрыв может быть увеличена за счет механического предварительного напряжения элементов в направлении поляризации.Предварительное напряжение создается путем включения в конструкцию датчика одного большого центрального болта или нескольких болтов меньшего размера, расположенных по периферии. Конструкция с одним центральным болтом обеспечивает немного более высокую эффективность, чем конструкция с несколькими периферийными болтами, но производственные затраты могут быть выше, сборка может быть более сложной, а физически датчик будет значительно длиннее.

Как работает ультразвуковой преобразователь

Для условий, в которых работают устройства ультразвуковой очистки, предварительного напряжения менее примерно 30 МПа обычно достаточно для защиты керамических компонентов преобразователя.С другой стороны, если предварительное напряжение слишком низкое, чрезмерные механические потери на границах раздела керамика / металл могут снизить эффективность. Предварительное напряжение можно оценить с помощью динамометрического ключа, откалиброванного по заряду, для затяжки болтов. Этот метод измерения прост, но он не самый точный, и, следовательно, он рекомендуется в первую очередь для серийных преобразователей, для которых различия между соответствующими компонентами, как мы надеемся, минимальны. Более точный способ измерения предварительного напряжения — это измерение заряда, возникающего в керамических элементах в условиях короткого замыкания.Конденсатор, подключенный к электрическим клеммам преобразователя и к вольтметру постоянного тока, облегчает измерение заряда при затяжке каждого болта.

Ультразвуковые преобразователи и вода

При ультразвуковой очистке влияние размеров и конфигурации резервуара для воды, водной нагрузки и толщины связующего слоя, прикрепляющего датчик к резервуару для воды, в совокупности немного снижает частоту преобразователя и приводит к нескольким дополнительные резонансы.Однако, несмотря на эти негативные факторы, хорошо спроектированный преобразователь, включенный в хорошо спроектированную схему, будет работать вблизи своей резонансной частоты.

Кавитация

Кавитация возникает, когда вибрация поверхности преобразователя, соприкасающейся с жидкостью (обычно водой, но, возможно, смесью вода / органический растворитель при ультразвуковой очистке), достаточна для создания частичного вакуума, который превышает давление пара жидкости, и пузырьки образуются на вибрирующей поверхности.Кавитация является желательной функцией при ультразвуковой очистке или испарении жидкости, но, очевидно, ее следует избегать при передаче сигналов. При атмосферном давлении и с одной только водой в качестве промежуточной жидкости порог кавитации, p _C0 (бар), составляет:

Уравнение 5.9

p _C0 = (0,00025ƒ) ² + (0,045ƒ-1)

Для частот от килогерц до нескольких сотен килогерц (2).Если датчик погружен в воду, а вибрирующая поверхность находится на несколько метров или более ниже границы раздела атмосфера / жидкость, порог кавитации увеличивается до:

Уравнение 5.10

p _Ch = p _C0 + 0.10h

где

p _Ch = порог кавитации в атмосфере на глубине h в метрах (бар)

p _C0 = порог кавитации на нулевой глубине (бар)

Кавитация (Дж) может быть инициирована, когда интенсивность звука на вибрирующей поверхности в Вт / см ² составляет:

Уравнение 5.11

Дж = 0,15 (p _C0 + 0,10h) ²

Интенсивность звука на вибрирующей поверхности можно определить по: (акустической выходной мощности преобразователя) (площади поверхности преобразователя). Однако на практике, поскольку на порог кавитации влияют характеристики преобразователя (частота сигнала, длина акустического импульса, акустическая однородность / неоднородность вибрирующей поверхности) и различные условия (глубина погружения, температура, растворенный воздух содержание жидкости) кавитация не может начаться до тех пор, пока интенсивность звука не станет значительно выше, например.г., от 0,3 (P _C0 + 0,10h) ² до 0,4 (P _C0 + 0,10h) ².

Для получения дополнительной информации о промышленных ультразвуковых преобразователях заполните нашу контактную форму или позвоните нам по телефону (570)726-6961, чтобы получить дополнительную информацию.

Что такое пьезоэлектрический преобразователь?

Преобразователь — это любое устройство, используемое для преобразования энергии из одной формы в другую — обычно при преобразовании входной энергии в выходную. Чтобы преобразование произошло, также должно иметь место изменение одной формы энергии, например, преобразование механической энергии в электрическую или наоборот.Есть много типов преобразователей, и их использование широко распространено, оказывая на нас разное влияние. Типичным примером является микрофон, который преобразует входную энергию — или звуковые волны, производимые голосом или инструментом — в выходную энергию или электрические импульсы в форме усиленного звука.

Другие типы электроакустических преобразователей (включая преобразование между электрической энергией и звуком) включают гидрофоны, которые преобразуют изменения давления воды в электрический выходной сигнал, и звукосниматели на музыкальных инструментах, таких как гитары, которые преобразуют вибрацию струн инструмента в электрическую. импульс.

>> Магазин Преобразователи воздуха || Магазин ультразвуковых преобразователей <<

Что такое пьезоэлектрические преобразователи?

Пьезоэлектрические преобразователи — это тип электроакустических преобразователей, которые преобразуют электрические заряды, производимые некоторыми формами твердых материалов, в энергию. Слово «пьезоэлектрический» буквально означает электричество, вызванное давлением. Раннее применение технологии пьезопреобразователя произошло во время Первой мировой войны с использованием гидролокатора, который использовал эхо для обнаружения вражеских кораблей.Маленькие пьезопреобразователи также в основном присутствовали в стационарных телефонах. Они сидели внутри звонка и помогали создавать заметный шум, предупреждая людей о входящих звонках. Вдобавок пьезоэлектричество находит применение и в кварцевых часах, что и делает их такими точными.

Звоните сегодня

Преимущества и ограничения пьезопреобразователей

Как и во всех других технологиях, тщательное взвешивание плюсов и минусов пьезоэлектрического преобразователя имеет большое значение для определения его эффективности в конкретной ситуации.

Некоторые преимущества, которые они имеют по сравнению с другими методами, включают:

Самогенерирующиеся: из-за способности материалов создавать напряжение под воздействием некоторой энергии, схемы пьезопреобразователей не требуют внешнего источника питания.
Доступность: схемы пьезоэлектрических преобразователей из-за их малых размеров и большого диапазона измерения просты в обращении, установке и использовании.
Высокочастотная характеристика: гораздо более высокая, чем обычно, частотная характеристика означает, что параметры этих преобразователей быстро меняются.
Гибкость: благодаря тому, что большинству материалов, используемых в строительстве, можно придать различные формы и размеры, вы можете применять эти преобразователи в различных областях.

Какими бы полезными ни были пьезоэлектрические преобразователи, они также имеют свои ограничения, в том числе некоторые из следующего:

Небольшой электрический заряд: хотя они могут генерироваться самостоятельно, вам потребуется кабель с высоким сопротивлением для установления соединения с электрическим интерфейсом.
Влияет на различные окружающие среды и условия: пьезоэлектрические преобразователи не могут измерять выходной сигнал в статических условиях, а колебания температуры и влажности могут влиять на выходной сигнал.
Естественно низкая производительность: несмотря на то, что производительность некоторых материалов относительно выше, чем у их аналогов, производительность во многих отношениях остается низкой. Вам нужно будет подключить его к внешней цепи.

Частоты и амплитуды для пьезопреобразователей

Колебание пьезоэлементов начинается при приложении переменного напряжения.Их невероятно быстрый отклик — в диапазоне микросекунд и ниже — позволяет использовать их в широком диапазоне приложений, включая генерацию ультразвука с частотами вплоть до 20 МГц.

Из-за их чрезвычайной чувствительности к пьезоэлектрическому эффекту можно создавать пьезопреобразователи для различных применений, от датчиков до ультразвуковой генерации энергии. Это включает более высокие плотности энергии и частоты в диапазоне от 20 до 800 кГц.

В этом диапазоне частот и амплитуд пьезопреобразователи, вырабатывающие ультразвуковую энергию, отлично подходят для различных медицинских и промышленных процессов. В секторе здравоохранения эти применения варьируются от удаления зубного налета до ультразвукового дробления камней в почках. В промышленных условиях пьезоэлектрические преобразователи идеально подходят для использования в различных процессах соединения, очистки и сварки.

Различные режимы пьезопреобразователей

Определенные физические величины, такие как сила и напряжение, трудно измерить напрямую.В этих случаях выходные напряжения пьезоэлектрического преобразователя прямо пропорциональны любым напряжениям и / или силам, которые прилагаются к пьезоматериалу. С помощью различных режимов измерения преобразователя можно настроить шкалу для эффективного и точного измерения приложенной силы или напряжения.

Однако следует отметить, что, поскольку выходное напряжение материалов, подвергающихся пьезоэлектрическому эффекту, относительно низкое при высоком импедансе, пьезопреобразователям часто требуется какой-либо усилитель или вспомогательная схема для эффективной работы.

Детали и функции преобразователя

Хотя многие материалы могут демонстрировать пьезоэлектрический эффект, лучшие из них также должны обладать по крайней мере некоторыми из наиболее желаемых качеств. К таким характеристикам относятся постоянная стабильность, высокая производительность, пластичность и устойчивость к экстремальным температурам и влажности. Тем не менее, ни один известный материал не демонстрирует все эти качества одновременно.

Первоначально кристаллы, сделанные из кварца, стали основным материалом для пьезоэлектрических преобразователей.Кварц обеспечивает превосходную стабильность и медленное измерение при различных параметрах из-за низкой скорости утечки, что означает, что он может обеспечить отличную точность — вот почему часы чаще всего их используют. Хотя кварц все еще широко используется, он также дает довольно низкий выход, а это означает, что он не может адекватно соответствовать требованиям более сложных технологий.

В начале 1950-х годов кристаллы кварца начали уступать место пьезоэлектрической керамике в качестве основного материала преобразователя. Преимущества, предлагаемые керамическим преобразователем по сравнению с другими материалами, включают способность керамики изготавливаться самых разных форм и размеров, способность эффективно работать при низком напряжении и способность работать при температурах до 300 градусов Цельсия.

Типы преобразователей

Благодаря возможности производить керамические преобразователи различных размеров и форм, керамические преобразователи могут быть легко адаптированы к широкому спектру промышленных применений. Следовательно, они позволяют выполнить полную настройку в соответствии с конкретными потребностями клиента. Сегодня наиболее часто используемыми материалами для изготовления керамических преобразователей являются композиции цирконата и титаната свинца, и эта тенденция восходит к 1960-м годам. Поскольку технология керамических преобразователей продолжает развиваться, использование пьезополимеров и композитов также получило признание.

Еще один материал, который невероятно хорошо работает в преобразователях, — это соль Рошель, которая представляет собой синтетический кристалл. Из всех сред, проявляющих признаки пьезоэлектрического эффекта, соль Рошеля дает самый высокий выход из всех обнаруженных до сих пор материалов. Однако у него есть свои недостатки, которые могут сдерживать его успех в определенных условиях. Эти синтетические кристаллы не контактируют с влагой и не могут использоваться при температуре выше 115 градусов по Фаренгейту.

Если вы готовы пойти на компромисс между чувствительностью и максимальной выходной мощностью, синтетические кристаллы могут дать явное преимущество по характеристикам по сравнению с натуральными кристаллами.

Как измерить КПД пьезопреобразователя

Одним из способов измерения эффективности преобразователя является сравнение количества входящей энергии с выходной энергией. Каждый раз, когда происходит преобразование энергии, некоторое количество энергии будет потеряно во время процесса. В общем, чем больше количество произведенной выходной энергии по отношению к входящей энергии, тем выше уровень эффективности.

Пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь

Пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь генерирует ультразвуковую активность, то есть измеряет давление звуковых волн выше частот, которые может слышать человеческое ухо. Он функционирует путем быстрого расширения и сжатия при подаче соответствующей электрической частоты и напряжения. Обычно используемые в системах очистки, расширение и сжатие заставляют диафрагму преобразователя ультразвукового очистителя, которая служит чувствительным к давлению элементом устройства, вибрировать, вызывая в процессе ультразвуковую активность в резервуаре для очистки.Пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь также предлагает преимущества высокой электроакустической эффективности при минимальном тепловыделении.

Применение и использование электрических преобразователей

Пьезоэлектрические преобразователи

могут использоваться во многих приложениях, в которых электроэнергия используется в промышленности, окружающей среде и в личных целях. Например, преобразователи воздуха часто используются в автомобилях, датчиках приближения и уровня — подумайте об автоматических раздвижных дверях, с которыми вы сталкиваетесь в продуктовых магазинах, аэропортах и отелях.Они обычно используются в бытовых изделиях, таких как детекторы движения и объектов, средства для отпугивания вредителей и домашняя сигнализация. Они обычно используются в бытовых изделиях, таких как детекторы движения и объектов, средства для отпугивания вредителей и домашняя охранная сигнализация.

Производители внедряют их и в обычные электронные устройства, такие как игрушки, игры и пульты дистанционного управления. Вы также найдете их в струйных принтерах, электрических зубных щетках и зуммерах.

APC International, Ltd.- Первое, что нужно для пьезоэлектрического оборудования

В APC International, Ltd. мы на собственном опыте знаем, как прислушиваться к потребностям наших клиентов, чтобы наша роль надежного поставщика пьезокерамики и устройств превратилась в надежного партнера. Вот почему, находитесь ли вы на первых этапах проектирования прототипа или вам нужно массовое производство критически важных компонентов, наш опытный персонал и современное производственное оборудование готовы предоставить вам пьезоизделия и услуги, которые вам необходимы. ожидайте от лидера отрасли.

Есть вопросы о пьезопреобразователях или других пьезо материалах? Свяжитесь с нами или позвоните нам по телефону (570)726-6961, чтобы узнать больше.

Введение в ультразвуковые драйверы

Ультразвуковые приложения

Применения ультразвуковой техники можно условно разделить на две категории: считывание и приведение в действие. Приложения для зондирования включают ультразвуковую визуализацию, сонар и обнаружение жидкостей. Эти приложения, которые не рассматриваются в этом руководстве, обычно требуют как передачи, так и приема импульсов.В отличие от этого, тема этого руководства — приложения срабатывания, которые требуют непрерывной или полунепрерывной генерации мощной ультразвуковой вибрации. Приложения включают:

Медицинские приборы, такие как скальпели и стоматологические инструменты
Инструмент для обработки, сверления и резки
Сварка пластмасс и металлов
Ультразвуковая очистка
Обработка ультразвуком для перемешивания жидкостей и химических реакций

Ультразвуковые приводы

Самый распространенный тип ультразвукового привода — это датчик Ланжевена с болтовым зажимом, показанный на изображении ниже.Эти приводы состоят из пьезоэлектрических дисков, зажатых между металлическими электродами. Центральный болт предварительно нагружает конструкцию сжимающей силой, достаточной для предотвращения растягивающих усилий во время работы. Центральное отверстие с резьбой также используется для установки преобразователя на нагрузку или концентрирующий рупор.

Преобразователь Ланжевена с болтовым креплением и двумя пьезоэлектрическими слоями (www.mmech.com)

Когда к пьезоэлектрическим слоям прикладывается напряжение, в вертикальном направлении создается пропорциональная сила, которая смещает два металлических конца.При установке на поверхность поведение преобразователя Ланжевена может быть представлено системой с сосредоточенными параметрами, показанной ниже. В этой модели $ F $ представляет собой пьезоэлектрическую силу, $ k $ — жесткость пьезоэлектрических слоев, параллельных болту предварительного натяга, а $ C $ — вязкое демпфирование системы. Эта система имеет резонансную частоту:
$$ f_ {1} = \ frac {1} {2 \ pi} \ sqrt {\ frac {k} {M}} $$

Механическая модель, показывающая эквивалентную массу, жесткость $ k $, диссипацию $ C $ и силу $ F $.{2} _ {1}} $$
где $ x $ — смещение, $ \ alpha $ — чувствительность преобразователя, $ Q $ — добротность, а $ \ omega_ {1} = 2 \ pi f_ {1} $ — резонансная частота. Добротность $ Q $ определяет полосу пропускания системы и коэффициент усиления при резонансе относительно статического смещения. Добротность связана с механической диссипацией $ C $ уравнением:
$$ Q = \ sqrt {Mk} / C $$
Чувствительность при резонансе приблизительно равна $ G (j \ omega_ {1} = \ alpha Q = \ alpha \ sqrt {Mk} / C) $.То есть более высокие механические потери $ C $ уменьшают добротность и амплитуду колебаний при резонансе.

Когда преобразователь подключен к механической нагрузке, рассеивание $ C $ становится суммой рассеяния внутреннего привода и рассеивания механической нагрузки $ C_ {ext} $, которая представляет реальную механическую мощность, передаваемую нагрузке. Большинство ультразвуковых приводов сконструированы таким образом, что в рассеянии преобладает внешняя работа, передаваемая нагрузке. Поскольку смещение при резонансе обратно пропорционально диссипации $ C $, большие изменения амплитуды вибрации могут быть результатом изменения рассеиваемой мощности нагрузки.

Электрический и механический отклик ультразвукового преобразователя.

Резонансная модель серии

В электрическом отклике преобладает минимум импеданса в $ f_ {s} $, известный как последовательный резонанс, который приблизительно равен частоте механического резонанса $ f_ {1} \ приблизительно f_ {s} $. Вблизи резонансной частоты ультразвуковой привод можно адекватно смоделировать как последовательную эквивалентную схему, показанную ниже, известную как модель Баттерворта Ван-Дайка.Эта модель включает электрическую часть, которая представляет емкость преобразователя, и эквивалентную схему, которая представляет механический отклик преобразователя. Соотношение между электрическими и механическими величинами таково:

Напряжение $ V $ пропорционально силе $ F $
Ток $ I_ {m} $ пропорционален скорости $ \ dot {x} $
Индуктивность $ L_ {1} $ пропорциональна массе $ M $
Сопротивление $ R_ {1} $ пропорционально рассеиваемой энергии $ C $
Емкость $ C_ {1} $ обратно пропорциональна жесткости $ k $

Последовательная эквивалентная схема

действительна вблизи резонансной частоты последовательного соединения.{2} _ {rms} R_ {1} $$
Следует отметить, что сопротивление $ R_ {1} $ пропорционально диссипации, которая включает внутреннюю и внешнюю диссипацию. Могут происходить большие колебания амплитуды и мощности при относительно небольших изменениях механического рассеяния. Например, рассмотрим ультразвуковой преобразователь, управляемый напряжением, с сопротивлением нагрузки $ R_ {1} = 20 \ Omega $. Если система приводится в действие резонансом и нагрузка снимается, эквивалентное сопротивление может уменьшиться до 2 $ \ Omega $, что увеличит рассеиваемую мощность в 10 раз; кроме того, это рассеяние мощности будет происходить в приводе в виде тепла.

В режиме последовательного резонанса напряжение пропорционально развиваемой силе, а ток пропорционален скорости. Следовательно, возбуждение постоянным током обеспечивает приблизительно постоянную амплитуду колебаний. В приводах большой мощности прямая реализация источника постоянного тока менее практична, чем источник напряжения. Однако можно реализовать источник напряжения с регулированием тока нагрузки с обратной связью. Эта тема обсуждается далее в разделе «Управление питанием».

Модель параллельного резонанса

Помимо последовательного резонанса, электрический отклик также демонстрирует максимумы импеданса, известные как параллельный резонанс.При параллельном резонансе эквивалентная схема является двойственной модели Баттерворта Ван-Дайка, как показано ниже. Соотношение между электрическими и механическими величинами таково:

Напряжение $ V_ {m} $ пропорционально скорости $ \ dot {x} $
Текущий I $ пропорционален силе 9000 $ F $ 4
Индуктивность $ L_ {2} $ обратно пропорциональна жесткости $ k $
Сопротивление $ R_ {2} $ обратно пропорционально рассеиваемой энергии C

Параллельная эквивалентная схема действительна вблизи частоты параллельного резонанса.

На частоте параллельного резонанса индуктивность находится в резонансе с емкостью преобразователя, и сопротивление снова становится резистивным $ R_ {2} $, однако, с гораздо большим значением, чем $ R_ {1} $. Можно показать, что эффективная добротность параллельного резонанса намного ниже, чем у последовательного резонанса. Причину можно увидеть в механической АЧХ. Частота параллельного резонанса $ f_ {p} $ значительно выше частоты механического резонанса.Можно заметить, что наклон $ \ vert G (j \ omega) \ vert $ намного меньше при $ f_ {p} $, поэтому изменения резонансной частоты и диссипации оказывают гораздо меньшее влияние на амплитуду колебаний. Следовательно, работа при параллельном резонансе хорошо подходит для приложений, где желательна постоянная амплитуда вибрации с пониженной чувствительностью к изменениям резонансной частоты и рассеиванию нагрузки.

Недостатком параллельного резонанса является значительно более высокий рабочий импеданс, который требует более высокого напряжения для достижения одинаковой амплитуды и мощности колебаний.Хотя КПД и максимальная выходная мощность идентичны, более высокое напряжение может потребовать более строгих мер безопасности. Еще одним недостатком является то, что требуются драйверы чистой синусоидальной волны. Любые гармоники в управляющем сигнале будут иметь низкий импеданс, что приведет к протеканию большого реактивного тока.

В режиме параллельного резонанса напряжение пропорционально скорости. Следовательно, привод постоянного напряжения обеспечивает приблизительно постоянную амплитуду колебаний.

Сравнение последовательностей и параллельных рабочих частот

Рабочие характеристики последовательной и параллельной резонансных частот сравниваются в таблице ниже.Хотя обе конфигурации обеспечивают одинаковую выходную мощность, последовательный резонанс требует более низкого напряжения, но приводит к более высокому тепловыделению в приводе. Параллельный резонанс обеспечивает постоянную амплитуду вибрации с возбуждением напряжением и меньшим нагревом привода, но требует более высокого рабочего напряжения и синусоидального драйвера.

Сравнение условий последовательного и параллельного резонанса с примерными величинами.

Отслеживание резонанса

Важной функцией ультразвукового драйвера является обнаружение и отслеживание желаемой резонансной частоты.Быстрая переходная характеристика желательна, чтобы минимизировать задержку запуска и компенсировать быстрые изменения нагрузки во время работы. Поскольку большинство ультразвуковых систем не имеют прямого доступа к измерению вибрации, отслеживание резонанса выполняется с использованием электрического импеданса. Что касается графика электрического импеданса, резонансную частоту можно отслеживать, просто изменяя частоту возбуждения, чтобы максимизировать величину тока. Или, при работе в параллельном резонансе, минимизируя величину тока.Недостатком этого метода является нулевой наклон величины импеданса при резонансе, поэтому чувствительность минимальна в желаемой рабочей точке. В результате такой подход приводит к большим отклонениям частоты и медленному отклику. Кроме того, этому методу мешают изменения рассеиваемой нагрузки, которые естественным образом изменяют величину тока. Несмотря на недостатки, этот метод прост в реализации и может подходить для приложений со стабильными условиями нагрузки.

Отслеживание фазы — это альтернативный метод, при котором частота возбуждения изменяется для приведения фазы импеданса к нулю, что происходит в обоих условиях резонанса.Этот метод требует более сложного контроллера, но он значительно быстрее и точнее, чем другие методы, поскольку наклон фазовой кривой максимален на обеих резонансных частотах.

Дополнительным соображением при отслеживании фазы является выбор уставки фазы. Его можно выбрать для работы немного выше или ниже резонанса, что может обеспечить более высокую устойчивость к изменениям нагрузки за счет электрического КПД. Кроме того, системы с низким коэффициентом качества могут иметь фазовые характеристики, отличные от нуля при резонансе, особенно для параллельного резонанса.В таких случаях необходимо выполнить отклик полного сопротивления, чтобы определить желаемую рабочую точку.

Пример реализации управления фазой в драйвере PDUS210 описан на схеме ниже. Фазовый детектор используется для измерения фазового угла импеданса нагрузки по первичному напряжению и току. Фазовый контроллер $ C _ {\ theta} (s) $ регулирует фазу нагрузки до заданного значения $ \ theta_ {ref} $, управляя частотой синусоидального генератора.

Контур фазового регулирования в драйвере PDUS210.

Контроль амплитуды колебаний

Для достижения постоянной амплитуды вибрации преобразователь может приводиться в действие постоянным напряжением на параллельной резонансной частоте или постоянным током на последовательной резонансной частоте.

В приложениях с большой мощностью постоянный ток достигается с помощью контура обратной связи, показанного ниже. В этом режиме основной задачей является регулирование тока с последующим отслеживанием фазы.

Контур управления током в драйвере PDUS210.

Регулятор мощности

При работе с постоянной амплитудой вибрации невозможно контролировать, сколько мощности рассеивается датчиком или передается на нагрузку. Однако драйверы, такие как PDUS210, позволяют устанавливать ограничения на максимальную мощность независимо от режима работы.

Во многих приложениях желательно напрямую регулировать мощность нагрузки, поскольку это пропорционально таким соображениям, как нагрев детали и кавитация. Как показано на схеме ниже, контур управления мощностью изменяет напряжение возбуждения для поддержания постоянной мощности нагрузки.В таких приложениях, как ультразвуковая обработка, когда инструмент периодически входит и выходит из контакта с обрабатываемой деталью, контур управления мощностью лучше всего отключать, пока инструмент не нагружен. Регулировка мощности наиболее эффективно сочетается с возбуждением постоянным током при работе в последовательном резонансе или возбуждением постоянным напряжением при работе в параллельном резонансе.

Контур управления фазой и мощностью в драйвере PDUS210.

Третий вариант управления мощностью — регулирование величины тока до заданного значения.Это полезно в приложениях с последовательным резонансом, поскольку ток пропорционален скорости.

Выбор диапазона напряжения

PDUS210 доступен в диапазоне напряжений от 17 В до 282 В, что соответствует импедансу от 1,5 $ \ Omega $ до 400 $ \ Omega $. Оптимальный выбор определяется импедансом преобразователя при резонансе и выбором последовательного или параллельного резонанса.

Первым шагом является измерение полного сопротивления преобразователя при последовательном и параллельном резонансах.Это можно сделать с помощью анализатора импеданса или просто генератора сигналов и осциллографа. Если возможно, эти испытания следует проводить на умеренной мощности как в условиях минимальной, так и максимальной нагрузки. Заполните значения в таблице ниже:

Таблица рабочего сопротивления при резонансе.

Резонанс серии
Для работы в режиме последовательного резонанса наиболее подходящий усилитель имеет оптимальное сопротивление, которое близко или немного превышает полное сопротивление полной нагрузки.{2} _ {rms} R_ {1, max} $$, где $ I_ {rms} $ — максимальный ток драйвера.

Параллельный резонанс
Для работы в режиме параллельного резонанса наиболее подходящий усилитель имеет оптимальное сопротивление, которое близко или немного меньше полного сопротивления при полной нагрузке. {2} _ {rms}} { R_ {2, min}} $$, где $ V_ {rms} $ — максимальное напряжение драйвера.

Пользовательский диапазон напряжения
Доступны пользовательские диапазоны напряжения и оптимальные импедансы для обеспечения максимальной мощности для определенных преобразователей.

Ультразвуковой преобразователь — Boston Piezo-Optics Inc.

Ультразвуковые преобразователи

Boston Piezo-Optics — крупный поставщик кристаллов преобразователей производителям преобразователей. BPO не производит ультразвуковые преобразователи в сборе.

Ультразвуковой преобразователь — чрезвычайно важная и важная часть любого ультразвукового исследования.Выбор подходящего преобразователя для конкретного применения является наиболее важным. Факторы, включая условия и настройки прибора, свойства материалов и условия соединения, также будут влиять на результаты испытаний. Преобразователи можно выбрать по чувствительности или разрешению. Чувствительность определяется как способность преобразователя обнаруживать небольшие дефекты в материалах. Разрешение — это способность преобразователя разделять сигналы, создаваемые двумя отражателями, когда они расположены близко друг к другу либо перпендикулярно лучу, либо параллельно лучу.Преобразователь с высокой степенью демпфирования помогает сократить отраженный импульс, позволяя преобразователю устранять близко расположенные дефекты. Производители преобразователей могут предоставить преобразователи с фокусировкой для повышения чувствительности и разрешения, а также большой выбор поляризованных керамических композиций, монокристаллов, полимеров и пьезокомпозитных материалов для изменения характеристик преобразователя.

Ультразвуковой преобразователь

Звук, который генерируется выше диапазона человеческого слуха, называется ультразвуком.Хотя ультразвук обычно начинается с 20 кГц, большинство ультразвуковых преобразователей начинают с 200 кГц. Ультразвук, который по своей природе похож на слышимый звук, имеет гораздо более короткие длины волн и гораздо больше подходит для обнаружения небольших дефектов. Эти более короткие длины волн делают ультразвуковые и ультразвуковые преобразователи чрезвычайно полезными для неразрушающего контроля и измерения материалов.

Ультразвуковой преобразователь — это устройство, способное генерировать и принимать ультразвуковые колебания.Ультразвуковой преобразователь состоит из активного элемента, основы и изнашиваемой пластины. Активный элемент представляет собой пьезоэлектрический или монокристаллический материал, преобразующий электрическую энергию в энергию ультразвука. Затем он также получает обратно ультразвуковую энергию и преобразует ее в электрическую. Импульс электрической энергии генерируется таким прибором, как дефектоскоп.

Основа чаще всего представляет собой очень плотный и очень плотный материал с высоким коэффициентом затухания и используется для управления вибрацией кристалла преобразователя путем поглощения энергии, которая излучается с задней стороны пьезоэлектрического элемента.Когда акустический импеданс материала основы совпадает с акустическим импедансом пьезоэлектрического кристалла, в результате получается преобразователь с сильным демпфированием и отличным разрешением. При изменении материала подложки для изменения разницы в импедансе между подложкой и пьезоэлектрическим кристаллом преобразователь может несколько пострадать, а разрешение может быть намного выше по амплитуде сигнала или чувствительности.

Основное назначение изнашиваемой пластины — просто защитить элемент пьезоэлектрического преобразователя от окружающей среды.Пластины износа выбираются для защиты от износа и коррозии. В преобразователе погружного типа изнашиваемая пластина также служит акустическим преобразователем между элементом пьезоэлектрического преобразователя и водой, клином или линией задержки.

Звуковое поле

Звуковое поле преобразователя состоит из двух отдельных зон. Эти зоны называются ближним полем, то есть областью непосредственно перед преобразователем, и дальним полем, которое представляет собой область за буквой «N», где давление звукового поля постепенно падает до нуля.Из-за вариаций ближнего поля может быть очень сложно точно измерить и оценить дефекты.

Расстояние в ближней зоне зависит от частоты преобразователя, диаметра элемента и скорости звука в исследуемом материале, как показано в следующем уравнении:

N = D ² / 4c

Звуковой луч

Есть несколько параметров звукового поля, которые очень полезны при описании характеристик ультразвукового преобразователя.Знание фокусного расстояния, ширины луча и фокальной зоны может потребоваться, чтобы определить, подходит ли конкретный датчик для применения.

Одна из причин того, что фокусировка увеличивает чувствительность преобразователя, заключается в том, что она приводит к уменьшению диаметра звукового луча. Это означает, что небольшой дефект будет отражать большую часть передаваемой звуковой энергии. Диаметр пучка эхо-импульса -6 дБ в фокусе можно рассчитать с помощью следующего уравнения:

BD _{(= 6 дБ)} = 1.028 Fc / fD

BD = Диаметр луча F = Фокусное расстояние

Начальная и конечная точки фокальной зоны расположены там, где амплитуда осевого эхо-импульса падает до -6 дБ от амплитуды фокальной точки. Длину фокальной зоны можно рассчитать по следующему уравнению:

Fz = NS ² _F [2 / (1 + .5S _F)]

Все преобразователи имеют разброс луча, и учет разброса луча важен при проверке дефектов, которые могут быть близки к определенным геометрическим характеристикам исследуемого материала.К этим особенностям относятся боковые стенки и углы, которые могут вызывать ложное эхо, которое может быть ошибочно принято за изъяны или дефекты.

Для плоских преобразователей угол распространения эхо-импульсного луча -6 дБ хорошо определен и определяется уравнением:

Sin (α / 2) = 0,514c / fD

Из этого уравнения видно, что разброс луча в преобразователе можно уменьшить, выбрав преобразователь с более высокой частотой или большим диаметром, или и то, и другое.

Типы преобразователей

Прямолучевые контактные преобразователи

являются наиболее распространенными и часто используемыми для введения продольных волн в материал.Кроме того, с использованием специальных элементов могут быть изготовлены поперечные волны нормального падения или комбинация преобразователей продольных / поперечных волн. Этот тип преобразователя используется в непосредственном контакте с исследуемым материалом, поэтому для него требуется износостойкая пластина повышенной прочности.

Преобразователи углового луча

используют основной принцип преломления и преобразования мод для создания преломленных поперечных или продольных волн в исследуемом материале. Угол падения, необходимый для создания желаемой преломленной волны, рассчитывается по закону Снеллиуса.

Следующая формула может использоваться для расчета угла клина (Q1), необходимого для создания желаемой моды и угла преломления (Q2) в испытуемом материале.

Sin Ø ₁ / Sin Ø ₂ = V ₁ / V ₂

Ø ₁ = угол клина

Ø ₂ = угол преломленной волны в исследуемом материале

V ₁ = Продольная скорость материала клина

В ₂ = Скорость материала, проверяемого для желаемого режима

Двухэлементные преобразователи

используют отдельные элементы для передачи и приема ультразвуковых сигналов.Элементы обычно разрезаются под углом и устанавливаются на линиях задержки. Это помогает улучшить разрешение вблизи поверхности, а конструкция поперечного луча также помогает создать фокус, который делает двухэлементные преобразователи более чувствительными к эхо-сигналам от нерегулярных дефектов, вызванных коррозией и питтингом.

Иммерсионные преобразователи

имеют ряд преимуществ перед преобразователями контактного типа. Во-первых, их равномерное соединение снижает вариации чувствительности. Во-вторых, иммерсионные преобразователи обеспечивают повышенную скорость благодаря возможности выполнять автоматическое сканирование.В-третьих, фокусировка иммерсионных преобразователей увеличивает чувствительность к мелким дефектам. Иммерсионные преобразователи доступны в несфокусированной, сферически сфокусированной и цилиндрической конфигурациях. Несфокусированный иммерсионный преобразователь используется для общих применений при измерении толстых материалов. Датчик со сферической фокусировкой повысит чувствительность к мелким дефектам и дефектам. Преобразователь с цилиндрической фокусировкой обычно используется при измерении сырья для труб. Диапазон фокусных расстояний для сферического или цилиндрического преобразователя ограничен ближним полем преобразователя и обычно составляет максимум 0.8N.

Ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи для интеллектуальных датчиков движения и звука

Пьезоэлектрические преобразователи

основаны на электрокерамических материалах, которые преобразуют механическую энергию в электрическую и наоборот. Есть два эффекта: при приложении силы генерируется электрический заряд (прямой пьезоэффект), а при приложении электрического поля происходит изменение размеров (обратный пьезоэффект). В то время как обратный пьезоэффект может использоваться для приложений управления движением, прямой пьезоэффект или комбинация обоих эффектов пригодны для изготовления датчиков.

Нет износа

Пьезоэффект основан исключительно на перемещениях внутри кристаллической решетки пьезоэлемента и не подвержен механическому трению или износу. Он также очень чувствителен — малейшие деформации вызывают измеримое смещение заряда, а потенциальные изменения, даже в микровольтах, могут вызывать субнанометрическое движение — в конце концов, атомно-силовые микроскопы используют пьезоэффект. Это открывает множество потенциальных приложений, включая ультразвуковые датчики, датчики силы или ускорения, а также сложные адаптивные системы.

Генерирование и обнаружение ультразвука, например, является классическим пьезоэлементом, потому что напряжение переменного тока заставляет пьезоэлементы колебаться. Возможны частоты колебаний до 20 МГц. Ультразвук — это звук, превышающий диапазон слышимости человека, обычно начинающийся с частот выше 20 кГц. Этот частотный диапазон используется для многих целей в промышленности, медицинской технике и исследованиях. Приложения ультразвукового пьезопреобразователя включают измерение расстояния, распознавание объектов, измерение уровня заполнения или расхода, испытания материалов с высоким разрешением, а также медицинскую диагностику и терапию.

Гибкость по частоте и геометрии

Чтобы адаптировать датчики к различным приложениям, производителям необходимо иметь возможность изменять состав пьезоэлементов и механическую конструкцию — начиная с пьезопорошка и сохраняя полный контроль над всеми этапами производства, позволяя создавать полностью индивидуализированные компоненты, узлы и системы. Существует две основных классификации: сенсорные приложения для частот до 20 МГц и мощный ультразвук с гораздо более высокой плотностью энергии.

С мощным ультразвуком пьезоэлементы выполняют значительную механическую работу — они дробят камни в почках, например, удаляют зубной налет, обеспечивают механическую энергию для ванн ультразвуковой очистки, а также для промышленной сварки и склеивания. Типичные частоты мощного ультразвука составляют от 20 до 3000 кГц.

Рис. 1: Разнообразие стандартных элементов пьезопреобразователя, каждый из которых подходит для определенного применения: трубки, диски, гибочные устройства, преобразователи сдвига или трансляторы.

В дополнение к выбору материала для соответствующего применения может быть реализовано большое разнообразие геометрических форм и резонансных частот (рис. 1). Для эффективной работы производителя комплектного оборудования стандартные компоненты, такие как пьезокерамические кольца, пьезотрубки и срезные элементы, необходимо иметь в наличии или предоставлять в кратчайшие сроки на основе полуфабрикатов.

Для измерения расхода, уровня наполнения, силы или ускорения индивидуальные компоненты датчика должны быть легко интегрированы в соответствующее приложение.

Измерение уровня

Ультразвуковые пьезопреобразователи обычно используются для измерения уровня заполнения (рис. 2). Здесь измерение задержки ультразвука использует как прямой, так и обратный пьезоэффект. Пьезоэлектрический преобразователь размещается за пределами обнаруживаемой среды и работает как передатчик и приемник. Он излучает ультразвуковой импульс, который отражается наполнителем. Время распространения — это мера расстояния, пройденного в пустой части контейнера, и обратно пропорциональна уровню заполнения.Этот принцип позволяет проводить бесконтактные измерения как жидкостей, так и твердых веществ, например, в бункерах для пищевых продуктов или материалов. Точность зависит от отражательной способности соответствующей поверхности.

Рис. 2: Измерение уровня заполнения — типичное приложение для оценки времени распространения.

Пьезоэлементы, размещенные на разной высоте в погружных преобразователях или камертонных датчиках, также могут использоваться в качестве реле уровня в контейнерах (рис. 3). Пьезопреобразователи возбуждают камертон на собственной частоте.

Когда он входит в контакт со средой, возникающий сдвиг резонансной частоты регистрируется электронной схемой. Этот метод очень надежен и полностью не зависит от типа наполнителя.

Рис. 3: Пример камертона с пьезоэлектрическим возбуждением для реле уровня заполнения.

Обнаружение пузырьков воздуха и измерение расхода

При мониторинге систем дозирования и наполнения часто необходимо обеспечить непрерывный поток без пузырьков воздуха или газа.Это особенно важно в высокочувствительных медицинских приложениях, таких как диализ или переливание крови. Это достигается с помощью ультразвуковых детекторов пузырьков. Пьезоэлементы в этих датчиках служат для генерации и обнаружения ультразвуковых волн. Датчики устанавливаются снаружи трубок и работают без контакта с транспортируемой средой. Это не влияет на скорость потока и опасность загрязнения.

Аналогичные преимущества имеют измерение расхода.Это основано на разнице во времени при попеременной передаче и приеме ультразвуковых импульсов в направлении потока и против него (рис. 4).

Рис. 4: Обнаружение пузырьков — ультразвуковое измерение расхода основано на попеременной передаче и приеме
ультразвуковых импульсов в направлении потока и в противоположном направлении.

Здесь два пьезопреобразователя, работающие как передатчик, так и как приемник, расположены по диагонали к направлению потока. При использовании принципов эффекта Доплера оценивается фазовый и частотный сдвиг ультразвуковых волн, которые рассеиваются или отражаются жидкими частицами.Сдвиг частоты между отраженной волной, излучаемой спереди и принимаемой одним и тем же пьезоэлектрическим преобразователем пропорционален скорости потока.

Датчики ускорения

Пьезоэлектрические датчики ускорения работают на более низких частотах, чем большинство ультразвуковых преобразователей. В их основе лежит пьезоэлемент, связанный с инертной сейсмической массой. Когда происходит ускорение, инертная масса усиливает механическую деформацию пьезодиска, увеличивая измеряемое электрическое напряжение, создаваемое пьезоэффектом.

Эти высокодинамичные датчики обнаруживают ускорение в широком диапазоне частот с почти линейной характеристикой во всем диапазоне измерения. Они обеспечивают высокое разрешение и доступны для сил растяжения, давления и сдвига.

Технология адаптивных систем

С патч-преобразователем DuraAct (рис. 5), разработанным Physik Instrumente (PI), теперь коммерчески доступно очень универсальное пьезоэлектрическое устройство, которое находит применение в промышленности и исследованиях.Тонкие и легкие преобразователи могут быть интегрированы в конструкцию или просто приклеены к поверхности. Особый метод изготовления делает керамику чрезвычайно гибкой, что позволяет прикреплять ее к движущимся конструкциям, где она деформируется и тем самым генерирует перенос заряда.

Рис. 5: Датчик, привод или оба: пьезоэлементы DuraAct.

В технологии адаптивных систем изгибаемый преобразователь используется как в качестве датчика, так и в качестве исполнительного механизма. Эти системы измеряют мешающие вибрации и одновременно компенсируют их.Другое приложение — мониторинг состояния конструкций — включает создание вибраций и измерение их распространения через твердые конструкции. Измененный характер колебаний показывает разрушения конструкции еще до возникновения трещин, например, в деталях машин, мостах и крыльях самолетов.

В основе преобразователя лежит пьезокерамическая пленка с электропроводящим слоем, нанесенным на каждую сторону. Затем эта конструкция заделывается в гибкую полимерную ленту. У этой конструкции множество преимуществ: пьезокерамика электрически изолирована, механически предварительно нагружена, а из в основном хрупкой керамики создается блок, который настолько прочен, что может быть прикреплен к поверхностям с радиусом изгиба всего 20 мм ( Инжир.6).

Рис. 6. Радиусы изгиба до 20 мм могут быть легко достигнуты с помощью патч-преобразователей DuraAct.

Преобразователи для гидроакустики и сонара

Сонар (звуковая навигация и определение дальности) — морской аналог радара; однако он заменяет радиоволны звуковыми волнами, что объясняет, почему его иногда также называют эхолотом. Здесь используются мощные пьезопреобразователи для генерации ультразвуковых звуковых волн, которые отражаются от рыбы, предметов, судов или дна океана.Опять же, электроника преобразует задержанные сигналы в такую информацию, как расстояние, размер и форма. Помимо измерительных приложений, гидроакустические пьезопреобразователи также могут использоваться для подводной связи. Здесь используется разнообразный диапазон пьезоэлементов, с компактными дисками или пластинами на нижнем конце спектра, а также многослойная пьезокерамика и полные массивы преобразователей для высокопроизводительных приложений.

Рис. 7: Гидроакустический пьезопреобразователь
для гидролокаторов.

Универсальность

Пьезокерамические преобразователи

, используемые в ультразвуковых датчиках и в силовых устройствах, становятся все более важными для выполнения критических механических операций, таких как медицинская техника, сварка, а также измерения расхода и уровня. Они доказали свою универсальность в широком спектре приложений. По мере того, как исследования пьезоизлучения расширяют формы, размеры, возможности и ассортимент пьезокомпонентов, они будут продолжать расширять возможности использования пьезо-ультразвука в различных отраслях промышленности.

Об авторах

Франк Мёллер — менеджер по продажам в PI Ceramic, в Ледерхозе, Германия. Он имеет степень магистра физики и 25-летний опыт работы в области производства пьезокерамики и электрокерамики.

Стефан Ворндран — вице-президент по маркетингу и тактической инженерии в PI (Physik Instrumente) LP. Он имеет степень магистра в области электротехники и обладает более чем 25-летним опытом работы с приложениями для нанопозиционирования и пьезодвижения.

Датчик УЗИ — ЭКГ и ЭХО

Ультразвуковой преобразователь и пьезоэлектрические кристаллы

Ультразвуковой преобразователь генерирует ультразвуковые волны.Датчик удерживается одной рукой, а его положение и угол регулируются для передачи ультразвуковых волн через структуры, которые необходимо визуализировать.

Ультразвуковые волны быстро излучаются датчиком. Эти звуковые волны проходят через ткани и жидкости. Некоторые звуковые волны отражаются обратно на датчик. Анализируя отраженные звуковые волны, ультразвуковой аппарат создает изображение тканей. Таким образом, принцип ультразвуковой визуализации прост: звуковые волны направляются в ткань, а отраженные волны используются для создания изображения ткани (, рис. 1, ).

Рисунок 1. Принцип ультразвуковой визуализации и эхокардиографии.

Кристаллы пьезоэлектрические

Ультразвуковые волны генерируются керамическими кристаллами, демонстрирующими пьезоэлектрических свойств (то есть пьезоэлектрических кристаллов ). Тысячи пьезоэлектрических кристаллов прикреплены к передней части преобразователя (рис. 2). Кристаллы подключаются к ультразвуковому аппарату через электроды.

Рис. 2. Ультразвуковой преобразователь и пьезоэлектрические кристаллы, которые генерируют и принимают ультразвуковые волны.

Пьезоэлектрические кристаллы обладают уникальными электромеханическими свойствами. Когда электрический ток подается на пьезоэлектрический кристалл, он начинает вибрировать, и эти колебания генерируют звуковые волны с частотами от 1,5 до 8 МГц (то есть ультразвук). Таким образом, пьезоэлектрические кристаллы могут преобразовывать электрические токи в ультразвуковые волны. Кристаллы также могут делать противоположное; Когда на кристаллы попадают отраженные ультразвуковые волны, они начинают вибрировать, и эти механические колебания преобразуются в электрический ток, который отправляется обратно в ультразвуковой аппарат, где электрический сигнал интерпретируется и преобразуется в изображение (рис. 3).

Рисунок 3. Пьезоэлектрические кристаллы.

Как видно из рисунка 2, ультразвуковой преобразователь состоит из нескольких компонентов. Преобразователь содержит акустическую изоляцию , которая гарантирует, что никакие другие звуковые волны не влияют на преобразователь. Кристаллы поддерживаются поддерживающим слоем , который подавляет колебания кристаллов, позволяя передавать звуковые волны более короткими импульсами, и это улучшает разрешение (обсуждается ниже). Перед кристаллами находятся материалы ( согласующий слой, ), которые уменьшают разницу в импедансе между кристаллами и исследуемой тканью.Без этого слоя разница в импедансе становится большой, что приводит к отражению слишком большого количества звуковых волн (в результате чего меньше звуковых волн проникает в ткани). В передней части преобразователя находится акустическая линза . Это твердая резина, которая фокусирует ультразвуковые волны, что приводит к меньшему рассеянию волн и, таким образом, увеличению разрешения изображения.

Из преобразователя ультразвуковые волны отправляются импульсами. Каждый импульс состоит из нескольких звуковых волн, излучаемых за 1-2 миллисекунды.Эти звуковые волны проходят через кожу, грудную клетку, перикард, миокард и т. Д. При переходе между каждой средой (ткань, кровь и т. Д.) Значительная часть всех звуковых волн будет отражаться обратно к датчику. Когда отраженный звук попадает на пьезоэлектрические кристаллы, они начинают вибрировать и генерировать электрические токи, которые передаются на ультразвуковой аппарат для анализа.

Отраженные звуковые волны будут иметь ту же скорость, что и излучаемые звуковые волны, но амплитуда, частота и угол падения могут отличаться от излучаемых звуковых волн.Ультразвуковой аппарат использует вариации амплитуды, частоты и времени отраженных звуковых волн для создания изображения среды (ткани).

Как они работают и как их моделировать

В этом сообщении блога мы обсуждаем, как работают ультразвуковые датчики и как вибрирующий пьезоэлектрический диск генерирует ультразвуковые волны. Мы также включили интерактивную демонстрацию, чтобы показать вам, как моделировать ультразвуковой датчик в OnScale с помощью анализа методом конечных элементов. Ультразвуковой датчик — это система, которая может излучать и принимать ультразвуковые волны.Обычно он используется для определения расстояния до объекта и от него. Он также принадлежит к семейству «преобразователей», поскольку генерирует ультразвуковые волны из переменного напряжения. Таким образом, он преобразует электрическую энергию в акустическую.

Вот пример датчика ультразвуковых волн:

Как работает ультразвуковой датчик?

Давайте посмотрим на механизм «генерации волн», стоящий за этим датчиком.

Принцип этого датчика прост:

Диск, сделанный из пьезоэлектрического материала PZT, колеблется при приложении определенного напряжения и генерирует ультразвуковые волны из излучателя
Когда эти волны встречаются с объектом, они возвращаются к датчику рецептора
Расстояние между датчиком и объектом рассчитывается с использованием простого соотношения d = (v * t) / 2

Примечание: ½ возникает из-за того, что волна движется вперед и назад.

Как вибрирующий пьезоэлектрический диск генерирует ультразвуковые волны?

Каждый материал состоит из элементарных «кристаллов». Эти кристаллы состоят из атомов, которые расположены определенным образом и имеют разные положительные или отрицательные заряды.

Некоторые материалы имеют кристаллическую структуру, более чувствительную к электрическому полю, чем другие, и вибрируют под действием напряжения, зависящего от времени. Именно в этих кристаллах пьезоэлектрический эффект наиболее важен.В пьезоэлектрических кристаллах , таких как кварц, турмалин и соль Рошеля, кристалл имеет гексагональную форму с обоих концов. Он имеет три оси: оптическую ось, электрическую ось , ось и механическую ось. Когда давление или механическая сила прикладываются вдоль оси поляризации пьезоэлектрических кристаллов, они производят электричество.

Как имитировать ультразвуковой датчик?

Для моделирования ультразвукового датчика в 2D или 3D требуется программное обеспечение, которое может правильно обрабатывать двустороннюю связь между напряжением, механической деформацией и акустической волной.OnScale может сделать это, полностью взаимодействуя с этими тремя видами физики. Другое преимущество OnScale заключается в том, что наш основной решатель является нелинейным явным решателем. Все сигналы, которые вы вводите и рассчитываете с помощью OnScale, являются сигналами временной истории, а это означает, что они очень близки к тому, что вы действительно можете наблюдать на осциллографе во время физического эксперимента. OnScale также может рассчитывать импеданс и частотные сигналы с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Полностью связанный мультифизический решатель позволяет выполнять гораздо более быстрые вычисления и моделирование гораздо более крупных задач. Это становится очень актуальным при моделировании ультразвуковых датчиков.

Моделирование ультразвукового датчика, погруженного в воду

Рассмотрим трехмерное моделирование простого преобразователя, погруженного в воду. Граничные условия симметрии используются для упрощения геометрии САПР и размера модели, чтобы сократить время решения. Преобразователь приводится в действие электрической нагрузкой, приложенной к пьезокерамическому материалу.

CAD-модель была создана в Onshape и позволяет настраивать следующие проектные переменные. По умолчанию толщина пьезоэлектрического элемента, пьезоэлектрический радиус и соответствующая толщина слоя добавляются в качестве переменных конфигурации для быстрого доступа через панель конфигурации в Onshape.

Эту модель можно скачать здесь

Результаты

Из этой модели мы можем получить все следующие выходные результаты:

Электрическое сопротивление
Формы колебаний (гармонический анализ) базовой конструкции
Максимальное акустическое давление

Интерактивное руководство по процессу моделирования

Мы создали простой интерактивный интерфейс, который позволяет новым пользователям OnScale узнать, как имитировать этот ультразвуковой датчик.

В этой интерактивной демонстрации вы узнаете:

1- Как импортировать модель САПР

2- Как назначить напряжение нагрузки

3- Как смоделировать эту модель с помощью OnScale в облаке

Если вы заинтересованы в том, чтобы следовать нашим подробным руководствам, ознакомьтесь с нашими учебными пособиями для дизайнеров здесь.

Если у вас есть какие-либо особые модели или симуляции, которые вы хотите выполнить, не стесняйтесь обращаться к нам здесь или дайте нам знать в разделе комментариев этого блога!

Ультразвуковой увлажнитель воздуха своими руками | Электронные схемы

Излучатель ультразвуковой широкополосный

Ультразвуковая мембрана 20 мм для увлажнителя, с наклоном излучателя

Технические параметры ультразвуковой мембраны диаметром 20 мм с расположением пьезоизлучателя под углом.

Ультразвуковые расходомеры с функцией учета тепла

Классы ультразвуковых счетчиков с автономным питанием

Требования к монтажу

Ультразвуковые расходомеры повышенной точности

Ультразвуковой смеситель компонентов биоминерального топлива

Схема ультразвуковой пушки с большой мощностью. Ультразвуковой излучатель

Схема устройства

Кольцевая модификация

Устройство с яром

Модель с двойной обмоткой

Излучатели на базе отражателя

Устройства для эхолотов

Модификации для рыболокаторов

Модели низкого волнового сопротивления

Устройства высокого волнового сопротивления

Стержневые устройства

Модели с однопереходными конденсаторами

Понятие «ультразвук»

Основные параметры ультразвука

Разновидности ультразвуковых волн

Использование ультразвука

Воздействие ультразвука на вещество

Получение информации при помощи УЗ-методов

Обработка и передача сигналов

Ультразвуковой излучатель своими руками

Сборка схемы УЗГ для отпугивания собак

Схема ультразвукового генератора

Использование ультразвука: широчайшая сфера применения

Вывод

Список радиоэлементов

ультразвуковые преобразователи мощности | APC International

Типичные области применения пьезо-ультразвуковых преобразователей

Излучатели звука

Функция частотной характеристики

Стандартные преобразователи для ультразвуковой очистки

(кат.№ 90-4200 и 90-4210)

Стандартный ультразвуковой преобразователь мощности

Как сделать ультразвуковые преобразователи для ультразвуковой очистки: композитные преобразователи

Датчики давления

Предварительно напряженные композитные ультразвуковые преобразователи

Как работает ультразвуковой преобразователь

Ультразвуковые преобразователи и вода

Кавитация

Что такое пьезоэлектрический преобразователь?

Что такое пьезоэлектрические преобразователи?

Преимущества и ограничения пьезопреобразователей

Детали и функции преобразователя

Типы преобразователей

Как измерить КПД пьезопреобразователя

Пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь

Применение и использование электрических преобразователей

Введение в ультразвуковые драйверы

Ультразвуковые приложения

Ультразвуковые приводы

Модель параллельного резонанса

Сравнение последовательностей и параллельных рабочих частот

Отслеживание резонанса

Контроль амплитуды колебаний

Регулятор мощности

Выбор диапазона напряжения

Ультразвуковой преобразователь — Boston Piezo-Optics Inc.

Ультразвуковые преобразователи

Ультразвуковой преобразователь

Звуковое поле

Звуковой луч

Типы преобразователей

Ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи для интеллектуальных датчиков движения и звука

Нет износа

Гибкость по частоте и геометрии

Измерение уровня

Обнаружение пузырьков воздуха и измерение расхода

Датчики ускорения

Технология адаптивных систем

Преобразователи для гидроакустики и сонара

Универсальность

Об авторах