Cómo hacer un emisor magnetoestrictivo con tus propias manos: descripción, diagrama y recomendaciones. Emisor ultrasónico Elimina las características espectrales del emisor de ultrasonidos.
Emisor de choque ultrasónico
Actuador de alarma activa
Este dispositivo está diseñado únicamente para pruebas de demostración en laboratorio. La empresa no es responsable del uso de este dispositivo.
Se consigue un efecto disuasorio limitado mediante la exposición a una potente radiación ultrasónica. A altas intensidades, las vibraciones ultrasónicas producen un efecto extremadamente desagradable, irritante y doloroso en la mayoría de las personas, provocando fuertes dolores de cabeza, desorientación, dolor intracraneal, paranoia, náuseas, indigestión y una sensación de completo malestar.
El generador de frecuencia ultrasónico está fabricado en D2. El multivibrador D1 genera una señal triangular que controla la oscilación de frecuencia de D2. La frecuencia de modulación de 6-9 Hz se encuentra en el área de resonancias de los órganos internos.
D1, D2 - KR1006VI1; VD1, VD2 - KD209; VT1 - KT3107; VT2 - KT827; VT3 - KT805; R12 - 10 ohmios;
T1 está hecho sobre un anillo de ferrita M1500NMZ 28x16x9, los devanados n1, n2 contienen cada uno 50 vueltas D 0,5.
Deshabilite el emisor; desconecte la resistencia R10 del condensador C1; coloque la resistencia del recortador R9 en el pin. 3 D2 frecuencia 17-20 kHz. Utilice la resistencia R8 para configurar la frecuencia de modulación requerida (pin 3 D1). La frecuencia de modulación se puede reducir a 1 Hz aumentando la capacitancia del condensador C4 a 10 μF; Conecte R10 a C1; Conecte el emisor. El transistor VT2 (VT3) está instalado en un potente radiador.
Como emisor, lo mejor es utilizar un cabezal piezocerámico especializado BA, importado o nacional, que proporciona un nivel de intensidad sonora de 110 dB a una tensión de alimentación nominal de 12 V: puede utilizar varios potentes cabezales dinámicos de alta frecuencia (altavoces) BA1...BAN, conectados en paralelo. Para seleccionar un cabezal en función de la intensidad del ultrasonido requerida y la distancia operativa, se propone la siguiente técnica.
La potencia eléctrica promedio suministrada al altavoz Рср = Е2 / 2R, W, no debe exceder la potencia máxima (placa de identificación) del cabezal Рmax, W; E - amplitud de la señal en la cabecera (meandro), V; R - resistencia eléctrica del cabezal, Ohm. En este caso, la potencia eléctrica efectivamente suministrada para la radiación del primer armónico es P1 = 0,4 Рср, W; presión sonora Рзв1 = SдP11/2/d, Pa; d - distancia desde el centro de la cabeza, m; Sd = S0. 10(LSd/20) Pa W-1/2; LSd: nivel de sensibilidad característica del cabezal (valor de certificado), dB; S0 = 2. 10-5 Pa W-1/2. Como resultado, intensidad del sonido I = Npsv12 / 2sv, W/m2; N - número de cabezales conectados en paralelo, s = 1,293 kg/m3 - densidad del aire; v = 331 m/s - velocidad del sonido en el aire. Nivel de intensidad sonora L1 = 10 lg (I/I0), dB, I0 = 10-12 I m/m2.
Se considera que el umbral del dolor es de 120 dB, la rotura del tímpano se produce con un nivel de intensidad de 150 dB y la destrucción del oído, de 160 dB (180 dB quema el papel). Productos extranjeros similares emiten ultrasonidos con un nivel de 105-130 dB a una distancia de 1 m.
Cuando se utilizan controladores dinámicos, puede ser necesario aumentar el voltaje de suministro para alcanzar el nivel de intensidad requerido. Con un radiador adecuado (en forma de aguja con una superficie total de 2 dm2), el transistor KT827 (carcasa metálica) permite la conexión en paralelo de ocho cabezales dinámicos con una resistencia de bobina de 8,0 m cada uno. 3GDV-1; 6GDV-4; 10GI-1-8.
Diferentes personas toleran la ecografía de forma diferente. Los jóvenes son los más sensibles a la ecografía. Es cuestión de gustos si prefiere una radiación sonora potente en lugar de ultrasonido. Para ello, es necesario multiplicar por diez la capacidad de C2. Si lo desea, puede desactivar la modulación de frecuencia desconectando R10 de C1.
Al aumentar la frecuencia, la eficiencia de radiación de algunos tipos de emisores piezoeléctricos modernos aumenta considerablemente. Con un funcionamiento continuo durante más de 10 minutos, es posible el sobrecalentamiento y la destrucción del piezocristal. Por tanto, se recomienda seleccionar una tensión de alimentación inferior a la nominal. El nivel requerido de intensidad sonora se logra encendiendo varios emisores.
Los emisores ultrasónicos tienen un patrón de radiación estrecho. Cuando se utiliza un actuador para proteger locales grandes, el emisor apunta en la dirección de la intrusión prevista.
Tomado de http://patlah.ru/etm/etm-11/e-shokeri/e-shokeri/e-shok-09.html
"Enciclopedia de tecnologías y métodos" Patlakh V.V. 1993-2007
Es bastante fácil producir ondas ultrasónicas. Sólo necesitas hacer vibrar las partículas de materia con la frecuencia adecuada. La vibración se puede lograr mediante los siguientes métodos, que formaron la base para la creación de generadores ultrasónicos:
1. Mecánico (las vibraciones acústicas se producen cuando hay un impacto mecánico sobre un cuerpo sólido o durante su fricción)
2. Piezoeléctrico (las vibraciones acústicas ocurren cuando un piezoeléctrico se expone a un campo eléctrico alterno)
3. Magnetoestrictivo (las vibraciones acústicas se producen cuando un ferroimán se expone a un campo magnético alterno)
4. Electrostático (las vibraciones acústicas ocurren cuando un dieléctrico se expone a un campo eléctrico alterno)
5. Electrodinámico (las vibraciones acústicas se producen cuando un medio conductor de electricidad se expone a un campo magnético alterno)
EMISORES DE ULTRASONIDOS MECÁNICOS
Históricamente, los primeros fueron los emisores de ultrasonidos mecánicos. Una simple cuerda de acero de un piano puede convertirse en una fuente de ultrasonido. Como saben, una cuerda de acero estirada de 50 cm de largo, cuando se golpea con un martillo, excita ondas sonoras en el aire con una frecuencia de 5 kHz. Dado que la frecuencia generada es inversamente proporcional a la longitud de la cuerda, al acortar la longitud de la cuerda, se puede aumentar la frecuencia del sonido. Por ejemplo, una cuerda de 10 cm de largo puede producir ultrasonidos con una frecuencia de 25 kHz.
Cuando golpeas una cuerda estirada con un martillo,ondas acusticas
Los diapasones utilizados por los músicos también son capaces de generar ultrasonidos si se reducen todas las dimensiones de este dispositivo (la frecuencia máxima de ultrasonidos alcanzada es ~100 kHz).
diapasón musical
Sin embargo, fuentes de ultrasonidos tan simples no pueden producir una alta intensidad acústica.
Se pueden obtener ultrasonidos más potentes en una varilla de acero o vidrio excitando en ella vibraciones acústicas longitudinales mediante fricción. La varilla se fija en el medio y uno de sus extremos se frota continuamente con algún material suave como tela de seda. En este caso se producen vibraciones acústicas en el otro extremo de la varilla. Entre las muchas vibraciones generadas, aquellas vibraciones cuya frecuencia coincida con la frecuencia natural de las vibraciones elásticas de la varilla tendrán mayor intensidad. Independientemente del material de la varilla, cuanto más corta sea su longitud, mayor será la frecuencia de las vibraciones acústicas.
1- Varilla de acero
2- Punto de fijación de varilla
3- Rodillos de acero recubiertos de tela de seda.
Una potente fuente de ultrasonido (unidades y cientos de vatios) es el silbato Galton, que funciona a frecuencias de hasta 50 kHz. El principio de funcionamiento de un silbato acústico se basa en la aparición de vibraciones acústicas en un flujo de gas turbulento. Si se instala un resonador acústico en dicho flujo de gas, se amplificarán las vibraciones determinadas por la geometría del resonador y los parámetros del chorro de gas. En la siguiente figura se muestra uno de los diseños de silbatos de Galton.
El flujo de gas a través del tubo 1 se conduce a la ranura anular 2, a través de la cual entra en la afilada paleta cilíndrica 3. En este caso, alrededor de la paleta surgen periódicamente vórtices (turbulencias), que provocan vibraciones acústicas en el volumen hueco 4 (resonador). ). El resonador se ajusta mediante un pistón móvil 5, que es accionado por un tornillo micrométrico 6. El segundo tornillo micrométrico 7 regula el tamaño del espacio entre la ranura 2 y la cuchilla 3, determinando la frecuencia del ultrasonido emitido (cuanto mayor sea velocidad del flujo de gas y cuanto menor sea el ancho de la ranura, mayor será la frecuencia de las vibraciones acústicas). Ajustar independientemente el resonador y el entrehierro a la frecuencia deseada es una tarea extremadamente tediosa. Sin embargo, con un flujo de gas estable y un ajuste preciso, el silbato Galton produce ultrasonidos de calidad de referencia.
Una variación del silbato Galton es el silbato líquido. El principio de su funcionamiento es el mismo que el de un silbato de gas, con la diferencia de que en lugar de un chorro de gas se utiliza un flujo de líquido. Sin embargo, la frecuencia y potencia del ultrasonido en un silbato de líquido (frecuencia ultrasónica máxima ~ 40 kHz) es menor que en un silbato de gas. Esto se explica por una disminución de las propiedades resonantes de un volumen hueco colocado en un líquido (el coeficiente de reflexión de una onda acústica en la interfaz líquido/sólido es mucho menor que en la interfaz gas/sólido). La potencia del ultrasonido generado por un silbato líquido se puede aumentar utilizando una placa de estado sólido como resonador. Si se coloca una placa en forma de cuña en el camino de un chorro de líquido, se producirán vibraciones acústicas en ella, cuya frecuencia está determinada por la velocidad del chorro de líquido y la distancia entre la boquilla y la cuña de la placa. Cuanto mayor sea el caudal de fluido y menor la distancia entre la boquilla y la placa, mayor será la frecuencia de las vibraciones acústicas. Cuando la frecuencia de las vibraciones acústicas coincide con la frecuencia natural de las vibraciones de la placa, se produce una resonancia acústica y la amplitud de las vibraciones de la placa aumenta considerablemente. Para debilitar la influencia de los elementos del soporte de la placa sobre la amplitud de vibración, la placa se fija en los puntos donde hay nodos de vibración. La frecuencia natural de vibración de una placa en forma de cuña está determinada por los parámetros del material del que está hecha, pero en igualdad de condiciones, cuanto más gruesa y corta sea la placa, mayor será la frecuencia natural de vibración. En la siguiente figura, la flecha muestra la dirección del flujo de fluido a través de la boquilla.
Otra fuente mecánica de ultrasonidos es el emisor acústico de chorro de gas Hartmann.
La frecuencia ultrasónica máxima cuando se utiliza un chorro de aire alcanza los 120 kHz. El principio de funcionamiento de este dispositivo se basa en la aparición de vibraciones acústicas en un chorro de gas que tiene una velocidad de escape supersónica.
Si se coloca un resonador 2 delante de la boquilla 1, en él se amplificarán las vibraciones acústicas, cuya frecuencia está determinada por la profundidad y el diámetro de la cavidad del resonador.
Una sirena es también una fuente mecánica de ultrasonidos. En el caso más sencillo, una sirena consta de dos discos con varios orificios a través de los cuales se sopla aire (también hay sirenas de líquido, en las que se utiliza un flujo de líquido en lugar de aire). Un disco es estacionario (estator) y el otro (rotor) gira paralelo al disco del estator. Si ambos discos tienen los mismos orificios, debido a la interrupción periódica del flujo de aire se producen vibraciones acústicas de cierta frecuencia, dependiendo del número de orificios de los discos y de la velocidad del rotor. Cuantos más agujeros haya en los discos y mayor sea la velocidad del rotor, mayor será la frecuencia de los ultrasonidos emitidos.
La frecuencia ultrasónica máxima de una sirena alcanza los 50 kHz, aunque en los diseños originales la frecuencia ultrasónica es de varios cientos de kilohercios. La sirena es capaz de emitir una potencia acústica de varios kilovatios. El campo ultrasónico de una sirena puede ser tan grande que un trozo de algodón colocado en él se enciende y se quema casi instantáneamente.
El uso práctico de los emisores mecánicos de ultrasonidos descritos anteriormente está muy limitado por el hecho de que los ultrasonidos se generan en un chorro de gas, mientras que a menudo es necesario introducir ultrasonidos en un líquido o sólido.
RADIADOR DE ULTRASONIDO ELECTROSTÁTICO
El principio de funcionamiento de un generador acústico electrostático se basa en la interacción de partículas cargadas eléctricamente. Como sabes, las cargas unipolares se repelen y las cargas polares opuestas se atraen. Si cargas dos placas metálicas paralelas con cargas diferentes, las placas se atraerán entre sí. Si se aplica voltaje alterno a las placas, las placas comenzarán a realizar vibraciones mecánicas, cuya frecuencia estará determinada por la frecuencia del voltaje alterno. Como regla general, en un emisor electrostático, una placa es estacionaria y la otra es una película metalizada delgada (decenas de micrones) que vibra y excita una onda acústica longitudinal.
Un emisor electrostático es capaz de generar ultrasonidos a una frecuencia bastante alta, de decenas de megahercios, pero la intensidad del ultrasonido resultante es relativamente baja.
EMISOR DE ULTRASONIDOS ELECTRODINÁMICOS
Cualquier conductor portador de corriente situado en un campo magnético está sujeto a la fuerza de Lorentz. Este fenómeno se utiliza en un generador acústico electrodinámico. La figura muestra una electrodinámica simple capaz de emitir ultrasonidos.
Si por el alambre de la bobina fluye corriente alterna, su campo magnético induce corrientes parásitas en la varilla eléctricamente conductora, provocando que ésta sufra vibraciones mecánicas. La varilla está conectada a una membrana, que crea una onda acústica longitudinal en el ambiente, cuya frecuencia depende de la frecuencia de la corriente alterna en la bobina. La electrodinámica se utiliza para generar ultrasonidos de baja frecuencia, cuya frecuencia no supera los 100 kHz. El principio electrodinámico de producir ultrasonidos se utiliza principalmente en microelectrónica para crear los llamados transductores acústicos electromagnéticos. El funcionamiento de tales transductores se basa en la aparición de vibraciones acústicas en un cuerpo sólido, sobre el que actúa un campo magnético externo. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cuerpo sólido, actúa sobre él la fuerza de Lorentz de un campo magnético externo, y con corriente alterna, surgen vibraciones acústicas en el cuerpo sólido, cuya frecuencia depende de la frecuencia de la corriente alterna. En los convertidores en miniatura, se utiliza un dieléctrico metalizado (vidrio o cerámica) como cuerpo sólido.
EMISOR DE ULTRASONIDO MAGNETOSTRICCIONAL
El efecto de magnetoestricción se utiliza desde hace mucho tiempo para generar vibraciones ultrasónicas. ¿Cuál es el punto de? Si coloca una varilla ferromagnética en un campo magnético alterno, las dimensiones geométricas de la varilla cambiarán, es decir Surgirán ondas acústicas en el entorno que rodea la varilla.
Cuando la frecuencia del campo magnético alterno coincide con la frecuencia natural de las oscilaciones elásticas de la varilla, se producirá una resonancia acústica y la amplitud de las oscilaciones de la varilla será máxima.
La amplitud de vibración de la varilla vibradora depende no sólo de las propiedades físicas de un ferroimán en particular, sino también de la elasticidad del sólido del que está hecha la varilla. En general, la amplitud de las vibraciones acústicas es insignificante y asciende a micrones, pero esto es suficiente para crear instalaciones tecnológicas ultrasónicas altamente eficientes.
Como material para un transductor magnetoestrictivo (vibrador), entre los metales ferromagnéticos, el níquel tiene las mejores propiedades magnetoestrictivas, pero también se han encontrado otros materiales a base de compuestos intermetálicos:
Alfer - aleación de Fe y Al (13%)
Permalloy - aleación de Fe y Ni (40%)
Alsifer - aleación de Fe y Al (4%), Si (2%)
Permendur - aleación de Fe y Co (49%), V (2%)
Invar - aleación de Fe (64%) y Ni (36%)
Tsekas: aleación de Fe (26,9%), Ni (59,9%), Cr (11,2%), Mn (2%)
Una alternativa a los materiales enumerados anteriormente son las cerámicas de ferrita, cuya composición química está determinada por la fórmula general MO-Fe2O3, donde M puede ser un metal como Ni, Co, Fe, Mn, Mg, Cu. La ventaja de un vibrador de ferrita es que sus pérdidas por corrientes parásitas son significativamente menores que las de un vibrador de metal, lo que permite el uso de vibradores monolíticos a altas frecuencias ultrasónicas. Si un vibrador de metal requiere refrigeración por agua durante un funcionamiento prolongado, un vibrador de ferrita es capaz de generar ultrasonidos a temperaturas de hasta 500 °. Sin embargo, la ferrita no puede soportar vibraciones ultrasónicas potentes y su uso es limitado.
La siguiente figura muestra el diseño de un vibrador magnetoestrictivo casero basado en una varilla de ferrita.
El vibrador de un emisor magnetoestrictivo de metal es un conjunto de placas juntas en un solo paquete (el espesor de la placa no supera los 0,3 mm). Para excitar vibraciones ultrasónicas, se enrollan varias vueltas de alambre alrededor de las placas vibradoras, a través de las cuales pasa una corriente alterna de frecuencia ultrasónica.
Un transductor magnetoestrictivo formado por placas individuales (a la derecha de la figura se ve la forma de una placa separada).
Para obtener la máxima amplitud de las vibraciones acústicas, la longitud de la placa corresponde a la frecuencia de resonancia. Si es necesario irradiar grandes superficies con ultrasonidos, se utilizan perfiles de placa más complejos. La siguiente figura muestra un transductor magnetoestrictivo para baños de limpieza ultrasónicos.
Algunos dispositivos ultrasónicos requieren radiación ultrasónica dirigida. En este caso se utiliza un convertidor de placas de perfil redondo.
Un transductor magnetoestrictivo que utiliza vibraciones ultrasónicas del anillo exterior de una pila de placas.
Un transductor magnetostrictivo que utiliza vibraciones ultrasónicas del anillo interior de una pila de placas.
Como regla general, un emisor magnetoestrictivo utiliza magnetización vibratoria, lo que permite lograr una mayor amplitud de oscilaciones del vibrador. En este caso, la frecuencia de vibración del vibrador coincide con la frecuencia del campo magnético alterno (sin magnetización, la frecuencia del vibrador es el doble de la frecuencia del campo magnético, pero la amplitud de la vibración será insignificante). En los emisores de ferrita, generalmente se usan imanes permanentes para la magnetización, y en los emisores metálicos, la magnetización se usa con corriente continua que pasa a través del devanado de excitación del vibrador o un devanado de polarización adicional. La fuente de magnetización no es de fundamental importancia. En cualquier caso, para un vibrador en particular existe un valor de campo magnético óptimo en el que se logra la amplitud máxima de las vibraciones ultrasónicas.
La siguiente figura muestra un diagrama de conexión de un transductor magnetoestrictivo (vibrador) con magnetización por corriente eléctrica.
En este circuito, el condensador de aislamiento C evita que la fuente de alimentación se cortocircuite a través de los circuitos de salida del generador ultrasónico y el inductor evita la penetración de oscilaciones de alta frecuencia en la fuente de alimentación.
El uso de un vibrador formado por placas metálicas individuales en convertidores magnetoestrictivos se debe a la necesidad de reducir el calentamiento del metal en el campo electromagnético de la bobina de excitación. Cuando se utiliza un vibrador monolítico, aumentan las pérdidas de energía debido a las corrientes parásitas, lo que conduce al calentamiento del ferroimán del vibrador, especialmente a altas frecuencias ultrasónicas. Como se sabe, cuando se calienta, un ferroimán pierde sus propiedades magnetoestrictivas y, a una determinada temperatura (punto de Curie), se vuelve paramagnético, lo que conduce al cese completo de las vibraciones ultrasónicas del vibrador.
La frecuencia límite de las vibraciones ultrasónicas de un emisor magnetoestrictivo está determinada por sus dimensiones geométricas (cuanto más corta es la longitud del vibrador, mayor es la frecuencia del ultrasonido) y no supera los 200 kHz. Sin embargo, con cierta pérdida de potencia, es posible obtener ultrasonidos de una frecuencia mucho más alta excitando el vibrador a frecuencias que son múltiplos de los armónicos de la frecuencia natural de las vibraciones elásticas del vibrador. Por ejemplo, utilizando una fina placa de ferrita como vibrador, se pueden obtener ultrasonidos con una frecuencia de aproximadamente 10 MHz.
El principio de funcionamiento de un emisor de ultrasonidos piezoeléctrico se basa en el uso del efecto piezoeléctrico inverso, es decir. la aparición de deformaciones mecánicas en algunos cristales cuando ciertas caras del cristal se exponen a un campo eléctrico externo. El efecto piezoeléctrico le permite generar la gama más amplia de frecuencias ultrasónicas. Sólo los emisores piezoeléctricos son capaces de crear vibraciones acústicas de alta frecuencia con una frecuencia de aproximadamente 100 MHz.
El elemento principal del piezoemisor es una placa de estado sólido (a veces una película de polímero) hecha de material piezoeléctrico (cuarzo, turmalina, cristal de sal de Rochelle, titanato de bario, titanato de circonato de plomo). La placa se coloca entre dos electrodos, a los que se aplica un voltaje eléctrico alterno de frecuencia ultrasónica. Si la placa está hecha de un piezoeléctrico cristalino, entonces la dirección de la radiación ultrasónica dependerá de qué tan orientado esté el campo eléctrico externo con respecto a los ejes cristalográficos de la placa. Son posibles vibraciones de la placa tanto longitudinales como transversales.
Gracias al efecto piezoeléctrico se provocan vibraciones acústicas en el medio que rodea la placa, cuya frecuencia está determinada por la frecuencia de la fuente de tensión alterna. La amplitud de tales oscilaciones es proporcional al voltaje aplicado a los electrodos y está limitada por la rigidez dieléctrica del material de la placa. Además, las vibraciones acústicas serán máximas si la frecuencia de la tensión alterna coincide con la frecuencia natural de las vibraciones elásticas de la placa.
Actualmente, en todas las instalaciones ultrasónicas tecnológicas, médicas y domésticas con transductor piezocerámico no se utilizan costosos cristales piezoeléctricos, sino piezocerámicas baratas basadas entitanato de bario o titanato de circonato de plomo. Dependiendo de la dirección de polarización del vibrador piezocerámico pueden producirse en él vibraciones tanto longitudinales como transversales. La siguiente tabla muestra los tipos más comunes de emisores piezocerámicos.
Los vibradores piezocerámicos pueden tener diferentes formas y tamaños.
La siguiente figura muestra uno de los posibles diseños de un transductor piezocerámico.
Las propiedades acústicas y la sección transversal de las partes metálicas del transductor deben corresponder a las de la piezocerámica. Ambas piezas metálicas pueden estar fabricadas del mismo material o de un material combinado. Acero, aluminio, titanio, magnesio, bronce, latón y cobre de uso común. A menudo sólo se utiliza una de las piezas metálicas para obtener la máxima potencia y el convertidor se fabrica como un vibrador de media onda con una frecuencia de resonancia de 20 kHz a 40 kHz. Para aumentar la resistencia a la tracción del elemento piezocerámico, así como mejorar el contacto acústico, las partes metálicas del transductor se aprietan con un perno, creando una tensión mecánica preliminar en la piezocerámica.
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Ultrasonido - Son ondas elásticas de alta frecuencia. Normalmente, se considera que el rango de ultrasonidos es un rango de frecuencia de 20.000 a varios miles de millones de hercios. Ahora el ultrasonido se usa ampliamente en diversos métodos físicos y tecnológicos. El hecho de que los ultrasonidos afectan activamente a los objetos biológicos (por ejemplo, matan las bacterias) se sabe desde hace más de 70 años. En neurocirugía se utilizan equipos electrónicos con un haz de ultrasonido de barrido para inactivar áreas individuales del cerebro con un potente haz de alta frecuencia enfocado. Las vibraciones de alta frecuencia provocan el calentamiento interno de los tejidos.
Todavía se debate sobre el efecto físico de las vibraciones ultrasónicas en la célula e incluso sobre la posible alteración de las estructuras del ADN. Además, hay información de que a nivel micro, no a nivel de la estructura del cuerpo, sino a un nivel más sutil, la exposición a los ultrasonidos es dañina.
El ultrasonido se puede obtener de fuentes mecánicas, electromagnéticas y térmicas. Los emisores mecánicos suelen ser varios tipos de sirenas intermitentes. Emiten al aire vibraciones con una potencia de hasta varios kilovatios y frecuencias de hasta 40 kHz. Las ondas ultrasónicas en líquidos y sólidos suelen ser excitadas por transductores electroacústicos, magnetoestrictivos y piezoeléctricos.
La industria lleva mucho tiempo produciendo dispositivos paraefectos ultrasónicos en animales, por ejemplo:
Objetivo
Un repelente de perros en miniatura es un dispositivo electrónico portátil (ensamblado en una carcasa de minilinterna) que emite vibraciones ultrasónicas que son audibles para los perros y no perceptibles para los humanos.
Principio de operación
El dispositivo está diseñado para proteger contra los ataques de perros: la radiación ultrasónica de cierta potencia generalmente detiene a un perro agresivo a una distancia de 3 a 5 metros o lo pone en fuga. El mayor efecto se consigue cuando se actúa sobre perros callejeros agresivos.
Especificaciones
- Tensión de alimentación (1 batería tipo 6F22 (KRONA)), V 9
- Consumo actual, no más, A 0,15
- Peso con pilas, no más, g 90
Como comprenderás, este es un juguete débil, ¡pero haremos que el dispositivo sea mucho más poderoso! Continuando con los experimentos con ultrasonido (), se realizaron una serie de mejoras y mejoras interesantes. Así surgió un método revolucionario para influir en un organismo vivo (naturalmente negativo) con dos ultrasonidos.emisores con una diferencia de frecuencia de varios hercios. Es decir, la frecuencia de un emisor es, por ejemplo, de 20.000 Hz y la del otro es de 20.010 Hz. Como resultado, enLa radiación ultrasónica se superpone.Sonido, que mejora enormemente el efecto destructivo.
El circuito es estándar, un generador basado en CD4069 + un amplificador con tres transistores N-P-N. La alimentación es de al menos 12 V, con una corriente de hasta 1 A.
Para mejorar el efecto direccional, utilizamos resonadores de sonido cilíndricos. Su papel lo desempeñará un tubo normal niquelado de una aspiradora.Eso sí, no estropees el aspirador: el tubo se vende por separado en el mercado o en una tienda de repuestos.
Cortamos dos piezas a una longitud determinada experimentalmente (aproximadamente un par de centímetros) y las conectamos a cabezales de RF como el 5GDV-4 o cualquier otro. Puede comprar una boquilla doble para el tubo de escape de un automóvil, la instalación es mucho más conveniente y el efecto será aún mejor.
Insertamos los altavoces de alta frecuencia en su interior y montamos la placa con la batería en la parte trasera.
Un transductor ultrasónico sumergible es un dispositivo diseñado para transmitir vibraciones ultrasónicas a un medio líquido, que contiene una carcasa sellada con un diafragma, que forma parte de la superficie de esta carcasa, dentro de la cual se ubican y fijan al diafragma emisores y electrodos piezoeléctricos, que están conectados eléctricamente a un cable de alta frecuencia que sirve para alimentar emisores piezoeléctricos de tensión eléctrica de alta frecuencia desde un generador de frecuencia ultrasónica.
Se utiliza para excitar la cavitación ultrasónica en un medio de limpieza líquido, lo que intensifica los procesos de limpieza de contaminantes de las piezas. Se utiliza en baños de limpieza por ultrasonidos con un volumen superior a 50 litros.
Fig.1 Transductor sumergible
en U.Z. baño
La estructura del transductor sumergible ultrasónico se muestra esquemáticamente en la Fig. 1.
El generador está conectado a una red de 220 voltios y 50 Hz y convierte la frecuencia del voltaje a 25.000 Hz (25 kHz) o 35 kHz. dependiendo del diseño del convertidor sumergible.
La tensión de alta frecuencia se suministra a través de un cable a una carcasa sellada del convertidor, hecha de acero inoxidable, dentro de la cual se montan emisores piezoeléctricos conectados en paralelo.
Fig.2 Diseño de un emisor piezoeléctrico.
El emisor piezoeléctrico es el componente principal del transductor ultrasónico sumergible. La estructura de este emisor se muestra en la Fig. 2.
El emisor dispone de dos placas piezoeléctricas (piezoelementos) situadas entre dos placas metálicas: una de acero situada en la parte trasera y otra de aluminio en la parte frontal.
Los piezoelementos se unen mediante un perno central con los revestimientos para formar una sola pieza. Se aplica un voltaje de alta frecuencia al electrodo central ubicado entre los piezoelementos.
El emisor piezoeléctrico convierte la energía eléctrica en vibraciones mecánicas de alta frecuencia, que se transmiten al diafragma del transductor sumergible, desde donde estas vibraciones se transmiten al líquido de lavado.
El número de emisores piezoeléctricos en un transductor ultrasónico sumergible puede oscilar entre 4 y 11 o más.
Los emisores piezoeléctricos se fijan al diafragma mediante una conexión adhesiva.
Fig.3 Transductor sumergible
En la Fig. 3 se muestra una vista general del transductor sumergible ultrasónico con una cubierta posterior parcialmente recortada. Se puede observar que los emisores piezoeléctricos están dispuestos en varias filas, dos en cada fila.
Los transductores ultrasónicos sumergibles se pueden utilizar tanto en baños de limpieza por ultrasonidos especialmente diseñados para ellos, como en baños de limpieza ya disponibles para el cliente. La conveniencia de estos convertidores es que se pueden instalar fácilmente en varias partes del volumen del baño.
A diferencia de los transductores ultrasónicos, que están firmemente sujetos al baño de limpieza en la parte inferior o lateral, los transductores sumergibles se pueden reemplazar en cuestión de minutos.
El generador para alimentar transductores sumergibles con voltaje de alta frecuencia se puede ubicar desde el baño ultrasónico a una distancia de hasta 6 metros.
Métodos para instalar transductores sumergibles en un baño de limpieza ultrasónico.
Los transductores de inmersión se pueden colocar en baños de limpieza de tres formas diferentes:
- colocar el convertidor en el fondo del baño;
- colgado en la pared de la bañera;
- montando el convertidor en la pared del baño.
Fig.4 Colocación del transductor en el baño de ultrasonidos
Los dos primeros métodos no requieren hacer agujeros en la pared de la bañera.
En la Fig. 4 se muestran algunos tipos de montaje de un transductor sumergible en un baño de limpieza ultrasónico.
Al colocar el convertidor en el fondo del baño, es necesario tener en cuenta la altura de la capa de solución de lavado sobre el diafragma del convertidor.
Debe esforzarse por garantizar que la altura de esta capa sea un múltiplo de la mitad de la longitud de onda de las vibraciones ultrasónicas transmitidas a la solución de lavado por el transductor sumergible.
En este caso, debido al reflejo de las ondas de vibración ultrasónicas de la interfaz agua-aire, se crea una zona de ondas estacionarias en la solución de limpieza (fenómeno de reverberación). Cuando las ondas ultrasónicas reverberan en un líquido, la eficiencia de la limpieza ultrasónica es ligeramente mayor.
Como ejemplo, determinaremos la altura óptima de esta capa para un transductor sumergible específico.
Se sabe que la velocidad del sonido en el agua es de 1485 m/seg. La longitud de onda de las vibraciones ultrasónicas es igual a la velocidad del sonido dividida por la frecuencia de estas vibraciones.
Supongamos que tenemos un emisor ultrasónico sumergible cuya frecuencia de oscilación del diafragma es de 25.000 Hz (25 kHz). La longitud de onda en este caso será 0,0594 m. La mitad de la longitud de onda es 0,0297 mo 2,97 cm. La altura óptima del líquido en este caso sobre la superficie del transductor sumergible debe ser 2,97 cm x n donde n es cualquier número entero positivo.
Fig.5 Ondas estacionarias en un baño de ultrasonidos
Por ejemplo, para n=40, la altura óptima del nivel de la solución de lavado sobre la superficie del convertidor sumergible será 2,97x40=118,8 cm, lo anterior se ilustra en la Fig. 5.
Se recomienda colocar transductores ultrasónicos sumergibles en las paredes del baño de limpieza cuando su profundidad sea más de dos veces menor que su ancho o largo. En este caso, los convertidores se pueden colocar en una pared del baño o en las paredes opuestas.
El video muestra la colocación de transductores sumergibles en las paredes laterales del baño y el funcionamiento de los transductores ultrasónicos sumergibles ubicados en el fondo del baño.
Transductores sumergibles en acción
Seleccionar la frecuencia óptima para un convertidor sumergible
Cuando las vibraciones ultrasónicas se propagan en un líquido se produce un fenómeno llamado cavitación, que significa la formación de cavidades de cavitación en el líquido en la fase de rarefacción de la onda sonora y su posterior colapso en la fase de compresión.
Fig.6 Efecto de la frecuencia sobre la cavitación por ultrasonidos.
El comportamiento de las cavidades de cavitación al cambiar la frecuencia de oscilación se muestra en el gráfico de la Fig. 6.
El eje y del lado izquierdo muestra la cantidad de energía liberada durante el colapso de una sola cavidad de cavitación (energía de cavitación), y el eje y de la derecha muestra el número de cavidades de cavitación por unidad de volumen de líquido.
Como puede verse en el gráfico, con un aumento en la frecuencia de las vibraciones ultrasónicas, el número de cavidades de cavitación en el líquido aumenta y la energía de cavitación disminuye.
A medida que disminuye la frecuencia de las vibraciones ultrasónicas, disminuye el número de cavidades de cavitación en el líquido y aumenta la energía de cavitación.
Además, para cada frecuencia de vibraciones ultrasónicas, el producto de la energía liberada por la cavidad de cavitación cuando colapsa por el número de estas burbujas en el líquido es un valor constante aproximadamente igual a la energía transmitida al líquido por el transductor sumergible ultrasónico.
La influencia de la frecuencia de las vibraciones ultrasónicas en el número de cavidades de cavitación se analiza en detalle en el sitio web.
Para la práctica, es importante que el número de cavidades de cavitación sea el mayor posible, pero al mismo tiempo la energía de cavitación debe ser suficiente para eliminar los contaminantes. Por lo tanto, para limpiar piezas de contaminantes poco adheridos a la superficie (grasas, aceites), se deben utilizar convertidores con una frecuencia de 35-40 kHz, y para limpiar piezas de contaminantes firmemente adheridos a la superficie (pastas de pulir, barnices y películas poliméricas). ), se deben utilizar convertidores sumergibles con una frecuencia de 35-40 kHz y una frecuencia más baja de 20-25 kHz.
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Fig. 7 Baño ultrasónico con convertidores de diferentes frecuencias.
La solución más óptima es crear condiciones en las que el número de cavidades de cavitación sea grande y al mismo tiempo la energía de cavitación también sea grande.
Estas condiciones se implementan en un baño de limpieza ultrasónico con transductores sumergibles ubicados en sus paredes, como se muestra en la Fig. 7. Otra opción para la ubicación de los transductores sumergibles se puede ver si mueve el cursor a esta figura.
En este caso se utilizan dos convertidores con diferentes frecuencias de oscilación de 25 y 35 kHz. Un convertidor con una frecuencia de 35 kHz garantiza la creación de más cavidades de cavitación en el volumen de líquido de lavado, y un convertidor con una frecuencia de 25 kHz aumenta la energía de cavitación de estas cavidades.
Número óptimo de transductores de inmersión para un baño de limpieza
Al determinar la cantidad de transductores sumergibles necesarios, se debe partir del hecho de que la máxima eficiencia de la limpieza ultrasónica se logra con una potencia ultrasónica de 10...30 vatios por 1 litro de volumen del baño.
Por ejemplo, para una bañera con un volumen de 50 litros, son suficientes dos convertidores del modelo PP25.8 (ver tabla a continuación).
En baños de limpieza por ultrasonidos de gran volumen, por ejemplo de más de 250 litros, se consiguen resultados satisfactorios con una potencia ultrasónica de 4,5 vatios por 1 litro de volumen del baño. Por ejemplo, para un baño con un volumen de 1000 l, son suficientes 11 convertidores del modelo PP25.8
Actualmente, existen muchos diseños de transductores sumergibles ultrasónicos en el mercado nacional.
La tabla muestra las características técnicas de los transductores ultrasónicos sumergibles de TNC Technosonic LLC (Moscú).
Este artículo no aborda completamente todos los aspectos del diseño y uso de transductores ultrasónicos sumergibles. Sin embargo, el material presentado puede resultar útil para los especialistas que se enfrentan por primera vez a tareas específicas a la hora de elegir la opción óptima para un baño ultrasónico para productos de limpieza.
Los emisores (ultrasónicos) se utilizan activamente en ecosondas. Además, los dispositivos se utilizan en receptores. Las modificaciones modernas se distinguen por su alta frecuencia y tienen buena conductividad. La sensibilidad del emisor depende de muchos factores. También vale la pena señalar que los modelos utilizan terminales que afectan el nivel de resistencia general.
Diagrama del dispositivo
El circuito estándar del dispositivo contiene dos terminales y un condensador. Se utiliza una varilla con un diámetro de 1,2 cm, un imán para que el sistema funcione necesitará un imán del tipo neodimio. En la parte inferior de cualquier emisor hay un soporte. Los condensadores se pueden conectar a través de un expansor o terminales. El devanado selenoide se utiliza con una conductividad de 4 micras.
Modificación de anillo
Los emisores ultrasónicos sumergibles de anillo se fabrican normalmente para ecosondas. La mayoría de los modelos tienen condensadores dipolo. Los revestimientos para ellos están hechos de goma. El nivel de resistencia general en dispositivos de este tipo es de 50 ohmios. Los terminales se utilizan con o sin adaptador. En la parte superior del selenoide hay un anillo protector. Se utiliza una varilla con un diámetro mínimo de 2,2 cm, en algunos casos se utilizan condensadores tipo canal con sistema de protección. Su conductividad de descarga es de al menos 5 micrones. En este caso, la frecuencia puede variar mucho. En este caso, mucho depende de la sensibilidad del elemento.
Dispositivo con yar
Un emisor ultrasónico para un humidificador con un hilo se considera muy común. Si nos fijamos, tiene tres condensadores. Como regla general, se utilizan en el tipo de tres canales. El nivel de resistencia total para emisores de este tipo es de 55 ohmios. A menudo se instalan en ecosondas y receptores de baja frecuencia. Los modelos también son adecuados para convertidores. Se utilizan imanes con un diámetro de 4,5 cm y los soportes son de latón o acero. La conductividad durante la descarga no supera los 5,2 micrones.
Algunas modificaciones se utilizan con un hilo superior. Como regla general, se encuentra encima del stand. Cabe destacar también que existen emisores con adaptadores unipolares. Los solenoides para ellos son adecuados solo con alta conductividad. La parte superior del dispositivo utiliza varios anillos. La sensibilidad de descarga es de aproximadamente 10 mV. Si consideramos modificaciones basadas en condensadores de resistencia, entonces su nivel de resistencia total alcanza un máximo de 55 ohmios.
Modelo de doble cuerda
Recientemente se han fabricado emisores (ultrasónicos) de doble devanado con amplificador. Estos dispositivos se utilizan activamente en convertidores. Algunos emisores están fabricados con condensadores dobles. Los devanados se utilizan con cinta ancha. Las varillas son adecuadas para un diámetro de 1,3 cm y los terminales deben tener una conductividad de al menos 5 μm. La frecuencia de los dispositivos depende de muchos factores. En primer lugar, se tiene en cuenta el diámetro de la varilla. También cabe señalar que los expansores se utilizan con o sin almohadillas.
Emisores basados en reflectores de bricolaje
Puedes hacer un emisor ultrasónico con tus propias manos a partir de reflectores. En primer lugar se prepara un imán de neodimio. Se utiliza un soporte con un ancho de aproximadamente 4,5 cm y se permite instalar el contorno solo después de la varilla. También cabe señalar que el imán se fija al revestimiento y se cierra con un anillo.
Los terminales para el dispositivo se seleccionan como tipo de conductor. La conductividad durante la descarga debe ser de unas 6 micras. El nivel de resistencia total para emisores de este tipo no supera los 55 ohmios. Los condensadores se utilizan en diferentes tipos. Los propios reflectores se seleccionan para que tengan un espesor pequeño. Para instalar los elementos tendrás que utilizar la parte superior de la varilla para atornillar al film. En este caso, es importante no superponer los terminales.
Dispositivos para ecosondas.
Los emisores (ultrasónicos) para ecosondas tienen buena conductividad. El diámetro de la varilla en el modelo estándar es de 2,4 cm. Los anillos suelen utilizarse del tipo apretado. Los modelos modernos están fabricados con soportes cónicos. Son livianos y pueden funcionar en condiciones de alta humedad. Los solenoides se utilizan en diferentes diámetros. Se debe atornillar cinta aislante a la parte inferior de los dispositivos. Si es necesario, usted mismo puede fabricar un emisor para una ecosonda. Para este fin se utilizan condensadores del tipo de dos canales. Si consideramos un dispositivo con una varilla de 2,2 cm, entonces su nivel de resistencia total será de 45 ohmios.
Modificaciones para buscadores de peces.
Los emisores (ultrasónicos) para detectores de peces se fabrican con terminales de diferente conductividad. Las modificaciones más populares son aquellas con adaptadores y una sensibilidad de 12 mV. Algunos dispositivos están equipados con condensadores compactos de un solo canal. Su conductividad cuando están cargadas es de 2 micrones. Los imanes en los emisores se instalan con diferentes diámetros.
La mayoría de los modelos se fabrican con soportes bajos. También cabe señalar que los dispositivos se distinguen por su alta frecuencia. Los terminales tienen buena conductividad, pero en este caso mucho depende del grosor de la varilla. Los anillos protectores están instalados en la parte superior del devanado. Para aumentar la conductividad del emisor se utilizan terminales con una sensibilidad de 15 mV.
Modelos de baja impedancia
El emisor ultrasónico para el humidificador de aire bajo se caracteriza por sus dimensiones compactas. Se utilizan devanados con un espesor de 0,2 cm y los imanes se instalan sobre soportes o almohadillas. Los terminales se fijan en la parte superior del dispositivo. La modificación estándar incluye tres condensadores.
La resistencia total no supera los 30 ohmios. Algunos modelos utilizan condensadores de doble canal. En este caso, la conductividad es de aproximadamente 2 micras. También hay modificaciones con varillas de gran diámetro. Se utilizan en ecosondas. La mayoría de los emisores se fabrican específicamente para convertidores. Los anillos de sujeción se utilizan de caucho o plástico. En promedio, el diámetro de la varilla de la modificación es de 2,2 cm.
Dispositivos de alta impedancia
Las modificaciones de este tipo se realizan, por regla general, para los receptores. Su nivel de conductividad total es de 4 micras. La mayoría de los dispositivos funcionan en terminales de contacto. También cabe destacar que existen dispositivos con sensibilidad a partir de 15 mV. Los condensadores para la modificación se seleccionan del tipo de tres canales. También hay modelos de resistencia. Su nivel de resistencia general comienza en 55 ohmios. Los imanes en un potente emisor ultrasónico se instalan solo del tipo neodimio. El diámetro medio de la pieza es de 4,5 cm. Los soportes se pueden fabricar con superposiciones o películas protectoras aislantes.
Modelos con condensadores unijuntura
Los dispositivos de este tipo son capaces de proporcionar una conductividad a un nivel de 5 micrones. Tienen una sensibilidad bastante alta. Las varillas del emisor ultrasónico se instalan con un diámetro de 2 cm y los devanados se utilizan únicamente con anillos de goma. Los terminales dipolo se utilizan en la parte inferior de los dispositivos. El nivel de resistencia total cuando está cargado es de 5 ohmios. Se permite la instalación de condensadores en emisores a través de expansores. Los adaptadores se utilizan para extender las bajas frecuencias.
Si es necesario, se pueden realizar modificaciones en dos condensadores. Para ello, los terminales se instalan con una conductividad de 2,2 μm. La varilla se selecciona con un diámetro pequeño. También cabe señalar que necesitará un soporte corto fabricado en aleación de aluminio. Se utiliza cinta aislante como aislamiento para los terminales. Hay dos anillos unidos a la parte superior del emisor. Los condensadores se montan directamente a través de un expansor dipolo. El nivel de resistencia total no debe exceder los 35 ohmios. La sensibilidad depende de la conductividad de los terminales.