Поляризованный стержень позволяет получить большие деформации при одинаковых амплитудах переменного магнитного поля.

Прямой магнитострикционный эффект используется в вибраторах-излучателях для преобразования колебаний магнитного поля в механические.

Рис. 1. Изменение напряженности суммарного магнитного поля

Изменение напряженности магнитного поля поляризованного ферромагнитного стержня вследствие изменения его размеров под действием внешних сил называется обратным магнитострикционным эффектом (эффект Виллари). Он используется в вибраторах-приемниках для преобразования механических колебаний в электрические.

По конструкции вибратор-приемник аналогичен вибратору-излучателю, но его сердечник (стержень) должен быть обязательно поляризован.

Основные уравнения магнитострикции были эмпирически получены известными физиками Джоулем и Виллари еще в начале прошлого века:

эффект Джоуля

эффект Виллари

где

- деформация образца;

и - магнитострикционные константы;

- интенсивность намагничивания (поляризации);

- изменение напряженности магнитного поля;

- механическое напряжение.

Магнитострикционные преобразователи гидроакустических приборов не делают из целого куска металла, так как в них происходят большие потери. энергии на магнитный гистерезис и вихревые токи. Пакеты вибраторов набирают из тонких пластин (0,1 мм) отожженного никеля. Отжиг повышает магнитострикционный эффект и снижает потери на гистерезис.

По конструкции магнитострикционные вибраторы подразделяются на полосовые (стержневые) и кольцевые.

Наиболее распространены полосовые вибраторы, пакеты которых набирают из прямоугольных — чаще всего никелевых — пластин с вырезами (рис. 2). Количество стержней в пакетах может быть четным или нечетным, но не менее двух. Пакет вибратора укрепляют в корпусе, от которого его для уменьшения вибрации изолируют прокладками из губчатой резины. Корпус вибратора, например эхолота, устанавливают в прорези днища судна так, чтобы нижняя торцовая часть пакета располагалась заподлицо с обшивкой корпуса судна и соприкасалась с забортной водой.

Кольцевой (цилиндрический) магнитострикционный преобразователь набирают из тонких кольцевых пластин (рис. 3). В пластинах имеются отверстия, через которые пропущена обмотка. Магнитные силовые линии проходят по окружностям, расположенным в плоскостях, перпендикулярных оси цилиндра.

Рис.2 Стержневой магнитострикционный преобразователь

Рис.3. Цилиндрический магнитострикционный преобразователь

Для получения прямого магнитострикционного эффекта через обмотку вибратора-излучателя пропускают мощный импульс переменного, тока. Под действием переменного магнитного поля пакет никелевых пластин начинает совершать механические колебания с частотой переменного тока, протекающего по обмотке (при использовании поляризованного вибратора). Механические колебания вибратора передаются воде или промежуточному слою жидкости, что и приводит к образованию акустических волн.

Для того чтобы увеличить интенсивность излучаемого импульса стержневого вибратора, вертикальный размер никелевого пакета выбирают из расчета наступления резонанса. При равенстве частот собственных механических колебаний пакета и колебаний магнитного поля быстро увеличивается амплитуда ультразвукового импульса и уменьшается время ее роста (импульс имеет крутой передний фронт).

Вибраторы-излучатели обычно характеризуются акустико-электрическим коэффициентом полезного действия, который представляет собой отношение излучаемой акустической мощности к потребляемой вибратором электрической мощности:

К.п.д. магнитострикционных вибраторов составляет 30—50%.

К достоинствам магнитострикционных преобразователей относятся: простота изготовления, высокая механическая прочность, антикоррозионные свойства, экономичность, использование сравнительно низкого напряжения.

К недостаткам таких преобразователей можно отнести: ограниченный верхний частотный предел (практически кГц), сравнительно малый к.п.д. и его уменьшение с увеличением частоты, большие масса и размеры, сравнительно малая чувствительность принимающего вибратора и необходимость периодического подмагничивания, существенное влияние температуры на собственную частоту.