Механические излучатели. 
Основы функционирования систем сервиса. В 2 ч. Часть 1

В механических излучателях преобразование кинетической энергии струи (жидкости или газа) в акустическую возникает в результате периодического прерывания струи (сирена), при натекании ее на препятствия различного вида (газоструйные генераторы, свистки).

Механические излучатели используются в низкочастотном диапазоне УЗ и в диапазоне звуковых волн. Они относительно просты по конструкции и в эксплуатации. Такие излучатели отличаются нестабильностью частоты и амплитуды, однако при излучении в газовых средах они имеют относительно высокую эффективность и мощность излучения: их КПД составляет от нескольких процентов до 50%, мощность — от нескольких ватт до десятков киловатт.

Электроакустические преобразователи.

Эти преобразователи основываются на различных физических эффектах электромеханического преобразования. Наиболее широкое распространение получили излучатели магнитострикционного и пьезоэлектрического типов.

Явление изменения размеров ферромагнитных материалов, помещенных в магнитное поле, назвали магнитострикционным эффектом. Если по обмотке, наложенной на ферромагнитный стержень, пропустить переменный ток, то под воздействием изменяющегося магнитного поля стержень будет деформироваться. Никелевые сердечники, в отличие от железных, в магнитном поле укорачиваются. При пропускании переменного тока по обмотке излучателя его стержень деформируется в одном направлении при любом направлении магнитного поля. Поэтому частота механических колебаний будет вдвое больше частоты переменного тока.

Чтобы частота колебаний излучателя соответствовала частоте возбуждающего тока, в обмотку излучателя подводят постоянное напряжение поляризации. У поляризованного излучателя увеличивается амплитуда переменной магнитной индукции, что приводит к увеличению деформации сердечника и повышению мощности.

Магнитострикционный эффект используется при изготовлении УЗ магнитострикционных преобразователей (рис. 10.25).

Рис. 10.25. Магнитострикционный преобразователь.

Чаще всего применяют преобразователи из никеля (высокая стойкость против коррозии, низкая цена). Магнитострикционные сердечники могут быть изготовлены и из ферритов. У ферритов высокое удельное сопротивление, в результате чего потери на вихревые токи в них ничтожно малы. Однако феррит — хрупкий материал, что вызывает опасность их перегрузки при большой мощности. КПД магнитострикционных преобразователей при излучении в жидкость и твердое тело составляет 50—90%, интенсивность излучения достигает нескольких десятков Вт/см².

При изготовлении излучателей УЗ колебаний, которые преобразуют электрические колебания в механические, используется принцип пьезоэлектрического эффекта. В качестве пьезоэлектрических материалов применяют кварц, титанат бария, фосфат аммония.

Коэффициент полезного действия пьезоэлектрических преобразователей достигает 90%, интенсивность излучения — несколько десятков Вт/см². Для увеличения интенсивности и амплитуды колебаний используют УЗ концентраторы. В диапазоне средних УЗ частот концентратор представляет собой фокусирующую систему, чаще всего в виде пьезоэлектрического преобразователя вогнутой формы, излучающего сходящуюся волну. В фокусе подобных концентраторов достигается интенсивность 10⁵—10⁶ Вт/см².