Магнитострикционные преобразователи

В основе их действия магнитострикционный эффект – изменение размеров ферромагнитных материалов под действием магнитного поля. Наиболее сильно эффект проявляется в ферромагнетиках и некоторых ферритах. На рис. 6.6 приведены кривые магнитострикционной деформации различных ферромагнетиков в зависимости от напряженности магнитного поля H. Процесс преобразования можно охарактеризовать двумя последовательными ступенями: электромагнитной и магнитомеханической. Переменное напряжение создает в обмотке намагничивающий ток, который вызывает изменение магнитного состояния материала сердечника, возбуждает переменную индукцию (первая ступень). Сердечник в переменном магнитном поле от действия периодического намагничивания изменяет свои размеры (вторая ступень). Этот эффект «квадратичен», то есть частота колебаний сердечника в 2 раза выше частоты колебаний электромагнитного поля.

Если подмагничивание отсутствует (рис. 6.7.а), то преобразователь изменяет свою длину с удвоенной частотой 2f и магнитострикционная деформация не велика. При наложении постоянного поля H₀, рабочая точка смещается по кривой магнитострикционной деформации (точка С на рис. 6.7.б). В результате чего частота колебаний преобразователя становится равной частоте колебаний поля f и происходит увеличение амплитуда колебаний. Подмагничивание создается или постоянным током, протекающим по обмотке или с помощью постоянных магнитов установленных на магнитопроводе сердечника. Наибольшее распространение получили полуволновые двух стержневые продольно колеблющиеся магнитострикционные преобразователи (рис. 6.8).

Обмотка возбуждения наносится таким образом, чтобы в соседних стержнях поле было направлено противоположно. Излучение колебаний происходит со стороны накладок, а узел смещения находится посередине стержней. При одностороннем излучении со стороны не работающей поверхности создают отражающий экран – воздушную подушку с помощью пористой резины. В магнитострикционных преобразователях кольцевого типа (рис. 6.9) применяется фтороидальная обмотка. Звук излучается наружной или внутренней цилиндрической поверхности кольца. Для уменьшения потерь на токе Фуко сердечники из металлических материалов набирают из штампованных тонких пластин или навивают из тонкой ленты. Магнитострикционные преобразователи требуют водяного охлаждения. А КПД при частотах 20-30 кГц составляют 50-70%. Магнитострикционные преобразователи изготавливают также из ферритов. Потери на вихревые токи у них практически отсутствуют. Поэтому сердечники из ферритов изготавливаются монолитными. Для их подмагничивания используют пластины ферритовых постоянных магнитов, которые вставляются или вклеиваются в магнитопровод преобразователя (рис. 6.10), их КПД достигает 80-85%. Они не требуют водяного охлаждения. Однако могут излучать акустическую энергию только малой мощности.