Розенберг Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука. Книга 1. Источники мощного ультразвука OCR
Подождите немного. Документ загружается.
напряжении
0,7, 1,8
и
2,6
кв.
На
первой
отчетливо
видна
дифракционная
структура
фокального
пятна
с
двумя
боковыми
максимумами;
на
второй
и
третьей
получается
практичеСКJI
равномерное
распределение
со
слабыми
остатками
дифракционных
максимумов.
Как
уже
говорилось,
с
увеличе
нием
напряжения
на
излучателе
наступает
такой
момент,
когда
звуковое
давление
превышает
порог
кавитации
еще
(<На
подходе»
к
фокусу.
Возни
кающая
при
этом
кавитация
не
только
отбирает
часть
энергии,
движущей
ся
по
направлению
к
фокусу
волны,
но
и
искажает
фазовую
картину,
в
ре
зультате
чего
поле
за
возникающей
перед
фокусом
кавитационной
завесой
теряет
свою
дифракционную
структуру
и
приобретает
статистическую
рав
номерность.
Вблизи
фокуса
образуется
кавитационное
облако,
форма
которого
близка
к
сферической,
а
размеры
растут
с
увеличением
напряжения.
На
рис.
54
приведены
фотографии
такого
облака,
снятые
с
экспозицией
1·10-3
сек
при
различных
напряжениях
на
излучателе.
Излучатель
поме
щен
внизу
и
излучаемый
им
сходящийся
фронт
идет
снизу
вверх;
центр
перекрестья
соответствует
центру
фокального
пятна.
Хорошо
видно,
как
с
увеличением
напряжения
нижняя
граница
кавитационного
облака
ото
двигается
от
фокуса,
а
размеры
облака
растут.
Так
как
основная
часть
подводимой
энергии
тратится
на
образование
кавитационных
пузырьков,
а
размеры
облака
и,
следовательно,
количество
пузырьков
растут,
то
сред-
Таблица
1
Сравнительные
характеристики
ДВ)'Х
сверхмощных
фокусируююцих
излучателей
Величина
и
размерность
Рабочая
частота,
Мгц
••••••••
Материал
пьезоэлектрической
мозаики
Фокусное
расстояние,
см.
. .
"Угол
раскрытия,
гра8
••••••••
Излучающая
поверхность,
см
2
• • • •
Интенсивность
излучения
у
поверхно-
сти,
вт/см
2
•
• • • • • • • • •
Полная
излучаемая
мощность,
вт
Радиус
фокального
пятна,
см
Площадь
фокального
пятна,
см
2
•
Rоэффициент
усиления
по
давлению
Н.
п.
д.,
% • • • • • • • • • • • • •
Средняя
интенсивность
в
фокальном
пятне,
вт/см
2
•
• • • • • • • • • • • •
Интенсивность
в
центре
фокального
пятна,
вычисленная
по
формуле
(42),
вт/см
2
• • • • • • • • • • • • • • • •
Давление
в
центре
фокального
пятна,
ба
р
• • • • . • • . • • • • • • • • •
Нонцентратор
на
0,5
Мгц
при
напря-
жении
4000
в
0,5
Нварц
31,4
68
3700
0,8
3000
0,168
0,09
390
65
33000
105000
600.106
I\онщзнтратор
на
1,0
Мгц
при
напря-
жении
27
IJ
1,06
ЦТС
18,3
75
1560
0,56
870
0,08
0,02
620
38
43500
146000
800·106
При
м
е
ч
а
н и
е.
Три
последние
величины
вычислены
в
пред
положении,
что
излучение
происходит
в
некавитирующую
жид
кость.
няя
интенсивность
в
кавитационном
облаке
увеличивается
гораздо
медлен
нее,
чем
излучаемая
мощность.
Этот
вопрос
более
подробно
будет
рассмотрен
во
второй
книге
настоящей
монографии,
в
части
«Кавитационная
областы).
Здесь
же
:МЫ
отметим
то
существенное
обстоятельство,
что
после
возникнове-
20:1
Рис.
54.
Кавитационное
облаI{О
в
МОЩНОМ
излучателе
на
0.5
Мгц
при
различных
напряжениях
на
:кварцевых
пластинах
ния
кавитации
звуковое
давление
определяется
уже
не
столько
подводимой
мощностью,
сколько
свойствами
возникшей
кавитационной
области.
Поэто
му
в
концентраторах,
заполненных
жидкостью,
получение
высоких
звуко
вых
давлений
чрезвычайно
затрудняется,
а
иногда
и
оказывается
невозмож
ным.
Одним
ИЗ
возможных
выходов
является
фокусирующий
излучатель,
в
котором
передаточной
средой
является
не
жидкость,
а
твердое
тело,
в
ко
тором
кавитация
не
возникает.
Так
как механические
потери
в
твердом
теле
значительно
меньше,
чем
в
жидкости,
то
ослабляются
и
ограничения,
связанные
с
линейным
инелинейным
поглощением.
§
3.
Иа.JIучате.JIИ
с
фокусированием
в
твердом
Te.JIe
Трудность
создания
твердых
концентраторов
обусловливается
тем,
что,
вследствие
возможности
существования
в
твердых
телах
кроме
продоль
ных
еще
и
сдвиговых
волн,
В
них
легко
возбуждается
множество
паразит
ных
колебаний,
на
поддержание
которых
может
уходить
значительная
доля
подводимой
энергии.
Для
частичного
устранения
этого
недостатка
была
выдвинута
идея
[47]
создания
сферического
твердого
концентратора
с
углом
раскрытия,
близким
к
n;
преобладающими
у
этого
концентратора
были
бы
радиальные
колебания
сферы,
на
которых
может
осуществляться
фокусировка.
При
этом
можно
получить
еще
и
некоторое
дополнительноv
202
fJ,
116
s
усиление
как
за
счет
резонансного
возбуждения
этих
колебаний,
так
и
за
счет
резонанса
центральной
полости,
в
которой
находится
облучаемая
жидкость.
На
рис.
55
показана
схема
испытанного
макета
такого
концент
ратора
[48].
Основным
его
элементом
служит
алюминиевая
сфера
радиу
сом
100
.м,ж
с
центральной
сферической
полостью
радиусом
7,5
мм.
ДЛЯ
удобства
смены
обрабатываемой
жидкости,
введения
в
центральную
по
лость
измерительных
устройств
и
возможности
проведения
визуальных
наблюдений
в
сфере
сделано
два
симметричных
секториальных
выреза.
Рис.
55.
Схема
устройства
мощного
фо
кусирующего
излучателя
с
твердой
про
ме1КУТОЧНОЙ
средой
Рис.
56.
Алюминиевая
сф"ра
с
наклеен
ными
пьезокерамическими
пластинами
"у
гол
раскрытия
такой
системы
получается
равным
атах
-
amin,
где
а
тах
=1380,
а
amin=42°.
Наружная
поверхность
сферы
оклеена
пьезоэлект
рической
мозаикой
из
керамики
ЦТС
(рис.
56).
Амплитуда
колебаний
стенок
внутренней
полости
максимальна
тогда,
когда
основная
частота
толщинных
колебаний
этой
мозаики
совпадает
с
частотой
какой-либо
из
гармоник
радиальных
колебаний
сферы.
Так
как
основная
резонансная
частота
радиальных
колебаний
сферы
составляет
около
33
кгц,
а
резонанс
ная
частота
пьезоэлектрической
мозаики
приблизительно
равна
580
кгц,
то
наибольшая
интенсивность
центра
фокального
пятна
должна
наблю
даться
вблизи
18-й
гармоники
радиальных
колебаний.
На
рис.
57
показана
OIl17
Рис.
57.
Частотная
характеристика
мощного
фокусирующего
излучателя
с
твердой
проме1КУТОЧНОЙ
средой
./',
КiЩ
частотная
характеристика
концентратора,
т.
е.
звуковое
давление
в
центре
фокального
пятна,
измеренное
миниатюрным
приемником,
в
зависимости
от
частоты,
при
постоянном
напряжении
на
мозаике.
На
кривой
виден
ряд
резонансных
пиков;
наряду
с
резонансами
сферы,
отстоящими
друг
от
друга
на
33
кгц,
видна
система
пиков
меньшей
высоты,
отличающихся
по
203
частоте
на
100
кгц.
Первые
представляют
собой
гармоники
радиальных
ко
лебаний
сферы,
вторые
-
гармоники
резонанса
внутренней
полости.
Для
наглядности
резонансы
сферы
помечены
кружками,
а
резонансы
поло
сти
-
черными
квадратиками.
Наиболее
высокий
пик.
соответствует
при
близительно
частоте
640
кгц.
Из
кривой
видно
также,
что
резонансы
сферы
и
полости
не
совпадают,
следовательно,
потенциальные
возможности
уси
ления
полностью
не
реализованы.
Но
даже
и
без
совмещения
интенсив
ность
в
центре
концентратора
оказывается
достаточной,
чтобы
получить
1I,
1'16
5
па
частотах
543, 561, 593, 628, 640
кгц
интен
сивную
кавитацию
при
напряжении
на
пье
зоэлектрической
мозаике
15-25
в.
Измерение
добротности
концентратора
в
двух
его
состояниях
-
рабочее
с
водой
и
в
сухом
виде
-
показало,
что
на
частоте,
на
пример,
593
кгц
добротность,
обусловленная
механическими
потерями
и
полезным
излуче
нием,
составляла
около
60,
а
добротность,
соответствующая
только
потерям,-
около
85.
Рассчитанный
на
основании
этих
двух
значений
коэффициент
преобразования
под
водимой
мощности
в
мощность,
излучаемую
в
воду,
оказался
равным
30%,
что
не
очень
сильно
отличается
от
коэффициента
преобра
зования
описанного
выше
жидкостного
кон-
о
1.-_---1.
__
--1-
__
..1..-_
центратора
возбуждаемого
пьезоэлектриче-
о
г
4
tJ
г,ММ
ской
керамикой.
По-видимому,
эта
цифра
в
Рис.
58.
Распределение
давле
ния
в
фОRальной
ПЛОСRОСТИ
мощного
фОRусирующего
излу
~Iaтеля
с
твердой
промежуточ
ной
средой
основном
определяется
механическими
и
ди
электрическими
потерями
в
керамике
по
сравнению
с
которыми
потерями
в
алюминии
можно
пренебречь.
На
рис.
58
приведено
распределение
зву
кового
давления
в
фокальной
плоскости,
сня
тое
на
частоте
640
кгц.
Измерение
производилось
миниатюрным
приемни
ком
диаметром
0,2
мж.
По
оси
абсцисс
отложено
перемещение
приемника,
по
оси
ординат
-
электродвижущая
сила
на
его
выходе.
Как
видно
из
кривой,
радиус
фокального
пятна
оказался
равным
0,82
.м.м;
вторичные
максимумы
невелики
и
практически
симметричны,
что
свидетельствует
о
малой
величине
фазовой
аберрации.
Экспериментальное
исследование
макета
твердого
концентратора
под
твердило,
что,
идя
по
этому
пути,
можно
получить
на
границе
внутренней
его
полости
значительно
ббльшие
амплитуды
колебательной
скорости,
чем
в
концентраторе,
в
котором
промежуточной
средой
служит
жидкость.
Пределом
колебательной
скорости
будут
допустимые
для
твердой
про
межуточной
среды
амплитуды
КО!Iебательных
смещений.
На
аналогичных
принципах,
естественно,
могут
быть
построены
и
ци
линдрические
фокусирующие
излучатели
как
с
жидкой,
так
и
с
твердой
рабочей
средой.
204
ЛИТЕРАТУРА
{.
Л.
Д.
Роз
е
н
б
е
р
г,·
М.
Г.
с и
:Р
о
тюк.
Об
излучении
звука
в
жидкость
при
наnичии
кавитации.
Акуст.
ж.,
6, 4, 478, 1960.
2.
Л.
Д.
Роз
е
н
б
ер
г.
Звуковые
фокусирующие
системы.
М.,
1949.
3.
И.
В.
С
к
а
р
Д
с.
Мощная
ультразвуковая
установка
для
озвучивания
микро
организмов.
Акуст.
ж.,
2, 1, 84, 1956.
4.
А.
К.
Б
у
ров.
Получение
больших
интенсивностей
ультразвука
в
жидкости.
Акуст.
ж.,
4, 4,
315-320,
195R.
5.
1. G r
е
u t z m
а
с
h
е
г.
Piezoelektrische
Kristall
mit
Ultraschall
konvergenz·
Zs.
Phys.,
96, 342, 1935.
6.
ДЖ.
В.
С
т
р
ё
т
т
(Р
э
л
е
й).
Волновая
теория
света.
М.,
ГТТИ,
1940.
7.
Р.
D
е
Ь
у
е.
Das
Verhalten
уоп
Lichtwellen
in
der
Ni:ihe
eines
Brennpunktes
oder
einer
Brennlinie.
Апп.
Phys.,
(4), 30, 775, 1909.
8.
Л.
Д.
Роз
е
н
б
е
р
г.
О
концентраторах
ультразвука.
Труды
ком.
по
аКУСТИI<е
ом
8, 102, 1955.
9.
Н.
Т.
O'N
е
i
1.
Theory
о!
Focusing
Radiators.
JASA, 21, 516, 1949.
10.
Б.
Д.
Т
а
р
т
а
I<
о в
С
I<
И
Й.
О
дифраI<ЦИИ
ЗВУI<ОВЫХ
волн
в
сходящихся
пуч
ках.
Акуст.
ж.,
4, 4, 354, 1958.
11.
А.
З
о
м
м
е
р
Ф
е
л
ь
д.
Оптика,
ИЛ,
1953.
12.
Л.
Д.
Роз
е
н
б
е
р
г.
ПЛОСI<о-гиперболические
звуковые
линзы.
Труды
ком.
по
акустике,
,м
6, 114, 1950.
13.
Л. Д.
Роз
е
н
б
ер
г.
Плоско-эллиптические
звуковые
линзы.
Труды
ком.
по
акустике,
ом
5, 114, 1950.
14.
Т.
С.
Б
е
л
л
е,
В.
М.
r
о
р
б
у
н
к
о
в,
Л.
Д.
Роз
е
н
б
е
р
г.
О
вычислении
коэффициента
усиления
при наклонном
падении
звуковой
волны
на
параболиче
ское
зеркало.
Акуст.
ж.,
8, 3, 273, 1962.
15.
Л.
Д.
Роз
е
н
б
е
р
г.
ДвухзеРI\альный
концентратор
ультразвука.
ДАН,
91,
5,
1091, 1953.
16.
И.
Н.
К
а
н
е
в
с
к и
й,
Л.
Д.
Роз
е
н
б
е
р
г.
Расчет
звукового
поля
в
фокаль
ной
области
цилиндрической
фокусирующей
системы.
Акуст.
ж.,
3,
1, 47, 1957.
17.
Л. Д.
Роз
е
н
б
е
р
г.
Расчет
усиления
звуковых
цилиндрических
фокусирую
щих
систем.
Акуст.
ж.,
1, 1, 70, 1955.
18.
И.
Н.
К
а
н
е
в
с
к
и
й.
Исследование
структуры
поля
фокусирующего
концен
тратора
ультразвука.
Акуст.
ж.,
7, 1, 40, 1961.
19.
П.
Д
Р
у
Д
е.
Оптика.
М.-
Л.,
ГТТИ,
1935.
20.
И.
Н.
К
а
н
е
в
с
к и
й,
Л.
Д.
Роз
е
н
б
е
р
г.
Цилиндрические
фокусирующие
системы
с
неравномерным
распределением
амплитуды.
Акуст.
ж.,
9, 4, 418, 1963.
21.
А.
И.
r
у
б
а
н
о
в.
Расчет
фокусировки
ультразвука.
ЖТФ,
19, 1, 30, 1949.
22.
И.
Н.
К
а
н
е
в
с
к
и
й.
Фокусировка
ультразвуковых
ЦИЛИНДРИЧt:!СRИХ
волн
В
среде
с
поглощением.
Акуст.
ж.,
10, 3, 309, 1964.
23.
К.
А.
Н
а
у
г
о
л
ь
н
ы
х,
Е.
В.
Р
о
м
а
н
е
н
к
о.
О
зависимости
коэффициента
усиления
фокусирующей
системы
от
интенсивности
звука.
Акуст.
ж.,5,
2,191,1959.
24.
R.
А.
Н
а
у
г
о
л
ь
н
ы~,
Л.
Д.
Роз
е
н
б
е
р
г.
Об
оптимальном
режиме
ра
боты
мощного
концентратора.
Акуст.
ж.,
6, 3, 352, 1960.
25.
А.
А.
А
н
а
н
ь
е
в
а.
Керамические
приемники
звука.
Изд-во
АН
СССР,
1963,
гл.
У,.
§ 2.
26.
У.
К
i k u
с
h
i,
К.
F u k u s h i m
а.
The
Performance
and
the
Deslgn Procedure
of
the
Laminated
Magnetostriction Vibrators. Sci. Rep. Res.
Inst.
Tokyo Univ.
(В),
1/2, 141, 1951.
27. G. W. W i 11
а
r d. Focusing Ultrasonic
Radiator.
J ASA, 21, 360, 1949.
28. G. W. W i 11
а
r d. Focusing Ultrasonic
Radiator.
Атег.
Pat.,
N 3,549,872, 1948;
N 2,645,727, 1948.
29.
И.
Н.
К
а
н
е
в
с
R
И
й.
Экспериментальное
исследование
цилиндрических
фоку
сирующих
систем.
Акуст.
ж.,
6, 1, 123, 1960.
30.
И.
Н.
К
а
н
е
в
с
к
и
й.
Установка
для
измерения
ультразвуковых
полей
в
жид
кости.
«Измер.
техникю>,
ом
8, 51, 1959.
31.
У.
G.
L
у
n
п,
R. L. Z w
е
m
е
г,
А.
J.
С
h i
с
k,
А.
Е.
М
i 11
е
г.
А
New
Method
for
the
Generation
and
Use of Focused
Ultrasound
in
Experimental
Biology.
Journ.
Gener.
Physiol.,
26, 179, Nov., 1942.
32.
G.
К
о
s s
о
f
f.
Design of
the
С.
А.
L. Ultrasonic
Generator
for
the
Treatment
of
Menier's Disease. I.
ЕЕЕ
Trans.
оп
Sonics
and
Ultrasonics, SU-11 ,
ом
2, 95, 1964.
33. Designing
а
Line of
Ultrasonic
Equipment.
Electr.
Manufact.,
52, 1, 110, 1953.
34.
О.
М
а
t t i
а
t.
Transducers for
Producing
Ultrasonic Waves. J ASA, 25, 2, 291,
1953.
35.
А.
L. W. W i 11 i
а
m s.
Electroacoustic
Device.
Pat.
USA, 2,632,634
23/IX,
1950.
36.
Т.
F.
Н
u
е
t
е
г,
R.
Н.
В
о
1 t. Sonics.
N.
У.,
1955.
·3',.
G.
Р
i
с
k r
о
t h. Ultraschall-Verneblung
in
der Medizine. Das Deutsche Gesund-
heitwesen, 13, 33, 1030, 1958.
205
38.
Е.
Б.
Г
е
р
к
е
н,
Л.
М.
И
в а
н
Ц
о
в,
Б.
И.
К
о
с т
п
н.
О
применении
ульт
развука
для
введения
растворов
в
источник
света
при
спектральном
анализе.
Зав.
лабор.,
28, 12, 1451, 1962. .
39.
Л.
Д.
Роз
е
н
б
е
р
г,
М.
Г.
С
и
р
о
т
10
к.
Фокусирующий
ультразвуковой
концентратор.
Авт.
свид.
СССР,
ом
124217
с
приор.
от
9.III
1959.
40.
Л.
Д.
Роз
е
н
б
е
р
г,
М.
Г.
С
и
р
о
тюк.
Ус.тановка
для
получения
фокуси
рованного
ультразвука
высокой
интенсивности.
Акуст.
Ж.,
5, 2, 206, 1959.
41. L. R
о
s
е
n
Ь
е
r g. La generation
et
l'etude
des
vibrations
ultra-sonores de
tres
grande
intensite.
Acustica, 12, 1, 40, 1962.
42.
М.
Г.
С
и
р о
т
10
к.
О
балансе
энергии
в
концентраторе,
предназначенном
для
получения
ультразвука
высокой
интенсивности.
Акуст.
Ж.,
6, 3, 410, 1960.
43. F.
Е.
F
ох,
V.
G r i f f i n g.
Experimental
Investigation
of Ultrasonic
Intensity
Gain
in
Water
due to Concave Reflectors. JASA, 21, 4, 352, 1949.
44.
Л.
Д.
Роз
е
н
б
е
р
г,
М.
Г.
С
и
р
о т
10
к.
Концентратор
для
получения
ультра
звуковых
колебаний
сверхвысокой
интенсивности
при
частоте
1
Мгц.
Акуст.
Ж.,
9, 1, 61, 1963.
45.
Е.
В.
Р
о
м
а
н
е
н
к
о.
Миниатюрные
пьезоэлектрические
приемники
ультразву
ка.
Акуст.
Ж.,
4, 3, 342, 1957.
46. L.
К.
R
о
s
е
n
Ь
е
r
g.
Einige physikalische Erscheinungen, die
in
hochintensiven
UltгаsсhаШеldегn
entstehen.
ТЬе
Fourth
International
Congr.
оп
Acoustic. Copen-
hagen, 1962, Congress
Report
2, 179.
47.
М.
А.
И
с
а
к
о в
и
ч.
Резонансное
устройство
из
твердог.о
материала
для
фоку
сирования
ультразвука.
Акуст.
Ж.,
8, 1, 132, 1962.
48.
М.
Г.
С
и
р
о
т
10
к.
Фокусирующий
концентратор
ультразвука
из
твердого ма
териаJIa.
Акуст.
Ж.,
8, 1, 124, 1962.
ЧАСТЬ
IV
ВВЕ,II;ЕDИЕ
~ЛЬТРАЗВ~RОВЫХRОЛЕБАDн8
в
ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ
CPE,II;hI
и.
и.
Теумип
Часть
IV
о
Г.1I
А
В.1I
Е
Н
И
..
Е
Введение
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..
209
Глава
1.
Характеристики
обрабатываемых
сред
и
основные
задачи',
связанные
с
введением
колебаний
210
Глава
2.
Согласование
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..
214
§ 1.
Условия
согласования
и
оптимальное
сопротивление
нагрузии
214
§ 2.
Определение
реального
сопротивления
нагрузии
и
мощности
из-
лучения
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
216
§ 3.
Трансформирующие
(согласующие)
устройства
. . . . . . . ,
217
§ 4.
Трансформация
реаитивных
нагрузои
. . . . . . . . . . . 219
Глава
3.
Методы
введения
колебательной
энергии
при
изменяющемся
входном
сопротивлении
нагрузки
. . .
..
.........
. . . . . .
..
220
§ 1.
Импульсный
режим
работы
. . . . . . . . . . . . . . . .
..
220
§ 2.
Восстановление
резонансного
режима
волноводно-излучающей
системы
. . . . . . . . . . . . . . •
221
§ 3.
Широиополосные
волноводные
системы.
. . 220
Глава
4.
Излучение
в
жидкие
среды
• . . . . . . . . 231
§ 1.
Требования
к
излучателю
. . . . . . . .
231
§ 2.
Поршневой
излучатель
с
экспоненциальным
переходом
. .
233
§ 3.
Составные
излучатели
. . . . . . . . . . . . . . . . .
233
§ 4.
Охлаждаемый
излучатель
(излучатель
в
расплавы)
. . .
234
§ 5.
Введение
иолебаний
через
выделенную
акустичесии
прозрачную
часть
стенки
сосуда
.
217
Глава
5.
Акустические
развязки
..........
.
§ 1.
Двухзвенная
узловая
развязка
. . . .
§ 2.
Развязка
с
ограничивающим
ионтуром
.
§ 3.
Сиользящие
герметизирующие
развязки
. .
Глава
6.
Введение
колебаний
в
твердые
тела
нерегулярной
формы
Литература
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
239
240
240
241
241
244
ВВЕДЕНИЕ
Технологическое
использование
ультразвуковых
колебаний
характе
ризуется
значительным
многообразием
процессов
и
областей
применения.
Такое
многообразие,
в
ча,стности,
находит
~Boe
выражение
в
различии
физических
особенностей
объектов
обработки,
являющихся
а~устической
нагрузкой,
и
в
условиях
передачи
в
эту
последнюю
колебательной
энер
гии.
Характер
использования
колебательной
энергии
определяется
струк
турой
ультразвуковой
технологической
аппаратуры,
основные
узлы
кото
рой
в
общем
случае
следующие:
1)
электрический
генератор;
2)
преобра
зователь
электрических
колебаний
в
акустические;
3)
волноводная
си
стема;
4)
излучатель;
5)
технологический
узел,
т. е.
устройство,
где на
ходится
'объект
обработки.
При
проектировании
преобразователя
обычно
задаются
следующими
величинами:
а)
колебатмьной
мощностью
в
заданной
нагрузке;
б)
рабочей
частотой
колебаний;
в)
максимально
возможным
К.п.д.
Обеспечение
заданных
значений
этих
величин
требует
определенных
габаритов
преобразователя
и
величины
его
излучающей
поверхности
при
наличии
оптимальной
нагрузки
[1,4J.
Реальная
нагрузка,---iIредставляемая
технологическим
объектом
обра
ботки,
обычно
не
равна
оптимальной.
Кроме
того,
условия
излу
чения
энергии
в
рабочую
среду
обусловливают
определенные
размеры
излучающей
поверхности,
связанной
с
этой
средой;
эти
размеры
в
общем
случае
не
равны
излучающей
поверхности
преобразователя.
Отсюда
сле
дует,
что
функции
преобразования
электрической
энергии
в
энергию
аку
стических
колебаний
и
излучения
в
рабочую
среду
должны
быть
разделе
ны,
т.
е.
необходимо
иметь
отдельный
узел
-
излучатель.
Назначение
излучателя·
заключается
в
том,
чтобы
наиболее
эффективно
ввести
(излу
чить)
энергию
колебаний
в
рабочую
среду
при
заданных
значениях
ам
плитуды
колебательного
давления
Рm
ИJIИ
амплитуды
колебательной
скоро-
сти
~m
И
мощности
Р
н
.
Необходимое
согласование
реальной
(рабочей)
нагрузки
с
преобразо
вателем,
т.
е.
приведение
этой
нагрузки
к
оптимальной,
осуществляется
некоторым
промежуточным
устройством,
состоящим
из
различных
волно
водных
звеньев,
составляющих
волноводную
систему.
Волноводная
система
совместно
с
нагрузкой
должна
работать
в
резонансном
режиме,
что
также
определяет,
в
частности,
ее
параметры.
Кроме
согласования
преобразователя
с
нагрузкой
и
обеспечения
за
данных
параметров
обработки,
волноводная
система
позволяет
реали
зовать
необходимые
конструктивные
решения,
связанные
с
особенностями
построения
технологических
узлов
ультразвуковой
аппаратуры.
Такой
особенностью
может
быть,
например,
необходимость
удаления
преобразо
вателя
от
технологического
узла
на
расстояние,
требуемое
условиями
рас
положения
аппаратуры,
введение
охлаждения
и
др.
Энергетический
ре
жим
обработки
может
быть
определен
амплитудой
колебательного
давле
ния и
мощностью,
вводимой
в
нагрузку,
или
величиной
активной
состав
ляющей
R
H
-
сопротивления
нагрузки.
14
Источники
ультразвунз
209
Обрабатываемый
объект
непосредственно
связан
с
технологическим
узлом,
характеристика
и
параметры
которого
определяются
самим
тех
нологическим
процессом
и
его
вспомогательными
операциями
(например,
при
ультразвуковой
очистке
-
операцией
регенерации
моющей
жидко
сти).
Конструкция
технологического
узла
в
ряде
случаев
определяет
воз
можные
решения
ввода
колебаний
в
объект
обработки.
Глава
1
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОБРАБАТЫВАЕМЫХ
СРЕД
И
ОСНОВНЫЕ
ЗАДАЧИ,
СВИЗАННЫЕ
С
ВВЕДЕНИЕМ
КОЛЕБАНИЙ
Эффективность
ввода
колебаний
зависит
от
ряда
условий,
которые
обес
печивают:
а)
мАксимально
возможный
отбор
энергии
от
источника
коле
баний;
б)
минимальное
рассеяние
энергии
в
пассивных
элементах
конст
рукции
технологического
узла;
в)
наибольшее
использование
введенной
в
обрабатываемую
среду
колебательной
энергии
для
обеспечения
данного
технологического
процесса;
г)
максимальную
устойчивость
резонансных
параметров
и
целостность
волноводно-излучающих
устройств
при
работе
на
агрессивные
среды.
Указанные
задачи
возникают
не
только
при
новых
видах
и
объектах
обработки,
но
и
в
ряде
уже
реализованных
применений
ультразвука,
так
как
применяющиеся
в
существующих
установках
технические
решения
задачи
введения
колебаний
зачастую
нуждаются
в
серьезном
пересмотре.
Обраба
тываемые
среды
мы
будем
классифицировать
по
следующим
признакам:
1)
по
режиму
нагрузки
на
излучатель:
а)
акустически
неограниченные
среды
с
постоянными
физическими
параметрами;
б)
среды,
находящиеся
в
объемах
с
постоянными
габари
тами и
имеющие
постоянные
физические
параметры;
в)
акустически
нео
граниченные
среды
с
переменными
физическими
параметрами;
г)
среды,'
находящиеся
в
объемах
с
переменными
габаритами
или
имеющие
перемен
ные
физические
параметры.
2)
по
физическим
характеристикам:
а)
жидкие
среды;
б)
дисперсные
среды;
в)
твердые
среды.
3)
по
условиям
воздействия
на
излучатель:
а)
нейтральные
среды;
б)
химически
агрессивные;
в)
температурно
агрессивные
.
Акустически
неограниченные
среды
с
постоянными
физическими
пара
метрами
(значения
которых
остаются
неизменными
в
процессе
ультразву
ковой
обработки)
характеризуются
тем,
что
величина
входного
сопротив
ления
среды,
т. е.
нагрузки,
приложенной
к
излучателю,
остается
посто
янной:
Znx = const,
и
не
зависит
от
габаритов
объекта
обработки.
Чтобы
технологический
объект
удовлетворял
этому
требованию,
его
размеры
и
величина
поглощения
колебательной
энергии
в
единице
объема
должны
быть
достаточными,
чтобы
можно
было
пренебречь
реакцией
отраженных
волн
на
излучатель.
Для
акустически
неограниченной
жидкой
среды
со
противление
излучения
ZИ
нагруженного
на
эту
среду
излучателя
являет
ся
входным
сопротивлением
среды,
определяется
ее
параметрами,
часто-
21.0