En ultraljudssändare är en generator av kraftfulla ultraljudsvågor. Som vi vet kan en person inte höra ultraljudsfrekvens, men kroppen känner det. Med andra ord, ultraljudsfrekvensen uppfattas av det mänskliga örat, men en viss del av hjärnan som ansvarar för hörseln kan inte dechiffrera dessa ljudvågor. De som är med och bygger ljudsystem borde veta att höga frekvenser är väldigt obehagliga för vår hörsel, men om vi höjer frekvensen till en ännu högre nivå (ultraljudsomfång) försvinner ljudet, men i själva verket finns det där. Hjärnan kommer att försöka avkoda ljudet utan framgång, vilket resulterar i huvudvärk, illamående, kräkningar, yrsel, etc.

Ultraljudsfrekvens har länge använts inom en mängd olika områden inom vetenskap och teknik. Med hjälp av ultraljud kan du svetsa metall, tvätta och mycket mer. Ultraljud används aktivt för att stöta bort gnagare i jordbruksmaskiner, eftersom kroppen hos många djur är anpassad för att kommunicera med sin egen sort i ultraljudsområdet. Det finns också data om att repellera insekter med hjälp av ultraljudsgeneratorer; många företag tillverkar sådana elektroniska repellenter. Vi föreslår att du monterar en sådan enhet själv, enligt diagrammet nedan:

Låt oss överväga designen av en ganska enkel ultraljudspistol med hög effekt. D4049-chippet fungerar som enr, den har 6 logiska växelriktare.

Mikrokretsen kan ersättas med en inhemsk analog K561LN2. 22k-regulatorn behövs för att justera frekvensen; den kan reduceras till det hörbara området om 100k-motståndet ersätts med 22k och 1,5nF-kondensatorn ersätts med 2,2-3,3nF. Signaler från mikrokretsen skickas till slutsteg, som är byggd på endast 4 bipolära transistorer medeleffekt. Valet av transistorer är inte kritiskt, det viktigaste är att välja de komplementära paren som är så nära som möjligt när det gäller parametrar.

Bokstavligen alla HF-huvuden med en effekt på 5 watt eller mer kan användas som en radiator. Från den inhemska interiören kan du använda huvuden som 5GDV-6, 10GDV-4, 10GDV-6. Sådana HF-huvuden finns i högtalarsystem produceras i Sovjetunionen.

Allt som återstår är att ordna in allt i kroppen. För att rikta ultraljudssignalen måste du använda en metallreflektor.

Ultraljud är elastiska akustiska vågor, ohörbara för människor, vars frekvens överstiger 20 kHz. Det är vanligt att skilja mellan lågfrekventa (20...100 kHz), mellanfrekventa (0,1...10 MHz) och högfrekventa (mer än 10 MHz) ultraljudsvibrationer. Trots kilo megahertz ska ultraljudsvågor inte förväxlas med radiovågor och radiofrekvenser. Det här är helt olika saker!

Till sin fysiska natur skiljer sig ultraljud inte från vanligt hörbart ljud. Frekvensgränsen mellan ljud och ultraljudsvågor är godtycklig, den bestäms av den mänskliga hörselns subjektiva egenskaper. Som referens, högfrekventa vibrationer känns väl av djur (inklusive husdjur), och för fladdermöss och delfiner är de livsviktiga.

Ultraljud, på grund av sin korta våglängd, färdas bra i vätskor och fasta ämnen. Till exempel dämpas ultraljudsvågor i vatten ungefär 1000 gånger mindre än i luft. Detta leder till huvudområdena för deras tillämpning: ekolod, oförstörande testning av produkter, "ljudseende", molekylär och kvantakustik.

För att generera ultraljudsvibrationer används följande typer av sändare (ultraljudsgivare):

piezokeramisk (piezo);

Elektrostatisk;

Elektromagnetisk.

För sista alternativet Till och med vanliga högfrekventa ljudhögtalare (på slang "tweeters") är lämpliga, som har tillräcklig effektivitet för att generera signaler i nära ultraljudsområdet 20...40 kHz.

Piezokeramiska ultraljudssändare (tabell 2.10) produceras som regel i par med frekvensanpassade piezomottagare. Typiska parametrar för en "ultrasound tandem": resonansfrekvens 37...45 kHz, ljudtrycksnivå på ett avstånd av 30 cm - 95...105 dB(A), driftspänning 12...60 V, kapacitans 1000. ..3000 pF, sändarens utgångsimpedans 200...500 Ohm, mottagarens ingångsimpedans 10...30 kOhm.

Tabell 2.10. Parametrar för ultraljudssändare

Det rekommenderas att inte applicera unipolära, utan multipolära pulser på plattorna av ultraljudspiezosändare, dvs. under pauser, generera en spänning med omvänd polaritet. Detta bidrar till accelererad urladdning av motsvarande sändarkapacitet och ökad prestanda.

I fig. 2.53, a...l visar diagram för anslutning av ultraljudssändare till MK. För att generera multipolära pulser används i stor utsträckning transistorbryggor och isoleringstransformatorer. Om du minskar genereringsfrekvensen kommer de givna kretsarna att passa "en till en" för det hörbara området, d.v.s. för de tidigare diskuterade piezokeramiska ljudsändare.

Ris. 2,53. Diagram för anslutning av ultraljudssändare till MK (början):

a) utjämning av signalformen som tillförs ultraljudssändaren BQ1 med användning av induktor L1. Motstånd R1 reglerar amplituden;

b) transistorer VT1, VT2 öppnar växelvis med korta pulser från MK. För tillförlitligheten bör du välja transistorer med stor tillåten kollektorström så att de inte misslyckas med låg ohmsk resistans hos induktorn L1\

c) kondensator C1 differentierar signalen och eliminerar DC-komponenten, vilket gör att du kan ansluta ultraljuds piezo-sändaren BQ1 till en bipolär strömkälla;

d) ultraljudssändtagare med låg effekt. Delaren R1, R2 bestämmer arbetspunkten för ADC MK vid mottagning av en signal och amplituden för utpulserna vid sändning av en signal;

e) ultraljudsavståndsmätare. Pulsfrekvens 36...465 kHz, spänning vid emitter BQ1 50...100 V (maximum väljs av kondensator C3). Dioderna VD1, VD2 begränsar signalen till mottagaren. Transformator 77 innehåller 15 varv PEV-0.3-tråd i lindningar I och II, och 100...200 varv PEV-0.08 i lindning III (ring M2000HM K10x6x5); HANDLA OM

Om Fig. 2,53. Diagram för anslutning av ultraljudssändare till MK (fortsättning):

f) användningen av DD1-logikchippet eliminerar den samtidiga öppningen av transistorer på en arm i hårdvara. Pulsbrus som uppstår i strömkretsen på grund av icke-samtidig omkoppling av växelriktare DD1.l...DD13 och spridningen av transistorernas strömspänningsegenskaper elimineras av filtret L /, C1. Dioder VD1... VD4 installeras vid byte av HF-ljudhögtalaren BA1 (10GD-35, 6GD-13, 6GDV-4) med en kraftfullare ultraljudspiezosändare;

g) öka effekten av BQ1-sändaren med hjälp av en spänningsfördubblare på DD1-chippet och ökad strömförsörjning +9...+ 12 V. Transistor VT1 matchar de logiska nivåerna;

h) en ökning av spänningsamplituden vid BQJ-sändaren sker på grund av den ökade matningsspänningen +9 V och ackumuleringen av energi i induktorn L1\

Och) fälteffekttransistorer K77, VT2 (ersättning för IRF7831) minskar energiförlusterna vid byte. Motstånd R1, R2 förhindrar att transistorerna öppnas när MK startas om; HANDLA OM

Om Fig. 2,53. Diagram för anslutning av ultraljudssändare till MK (slut):

j) ultraljudsekolotatorn arbetar med en frekvens av 40 kHz och genererar pulser med en varaktighet av 0,4 ms. Signalamplituden på BQ1 piezo emitter (Murata) når 160 V. Induktansen för sekundärlindningen av transformator T1, tillsammans med kapacitansen för BQ1 piezo emitter, bildar en oscillerande krets avstämd till en frekvens nära 40 kHz. Induktans primärlindning transformator T1 - 7,1 MK H, sekundär - 146 MK H, kvalitetsfaktor Q > 80;

k) ultraljudshydrojonisator arbetar vid en frekvens av 1,8...2 MHz. Transformator T1 är lindad på tre 50BH K20x 10x5 kärnor. Lindningar I och II innehåller vardera 4 varv PEV-0,3-tråd vikta i tre, lindning III innehåller 12 varv PEV-0,3-tråd. Spolen L1 innehåller 5 varv PEV-0,8-tråd på en dorn med en diameter på 8 mm med en stigning på 1 mm. BQ1-sändaren har en diameter på 30 mm (PZT piezokeramik). Motstånd R1 minskar spänningsstötar vid dräneringen av VT1.

En ultraljudssändare är en generator av kraftfulla ultraljudsvågor. Som vi vet kan en person inte höra ultraljudsfrekvens, men kroppen känner det. Med andra ord, ultraljudsfrekvensen uppfattas av det mänskliga örat, men en viss del av hjärnan som ansvarar för hörseln kan inte dechiffrera dessa ljudvågor. De som är med och bygger ljudsystem borde veta att höga frekvenser är väldigt obehagliga för vår hörsel, men om vi höjer frekvensen till en ännu högre nivå (ultraljudsomfång) försvinner ljudet, men i själva verket finns det där. Hjärnan kommer att försöka avkoda ljudet utan framgång, vilket resulterar i huvudvärk, illamående, kräkningar, yrsel, etc.

Ultraljudsfrekvens har länge använts inom en mängd olika områden inom vetenskap och teknik. Med hjälp av ultraljud kan du svetsa metall, tvätta och mycket mer. Ultraljud används aktivt för att stöta bort gnagare i jordbruksmaskiner, eftersom kroppen hos många djur är anpassad för att kommunicera med sin egen sort i ultraljudsområdet. Det finns också data om att repellera insekter med hjälp av ultraljudsgeneratorer; många företag tillverkar sådana elektroniska repellenter. Vi föreslår att du monterar en sådan enhet själv, enligt diagrammet nedan:

Låt oss överväga designen av en ganska enkel ultraljudspistol med hög effekt. D4049-chippet fungerar som enr, den har 6 logiska växelriktare.

Mikrokretsen kan ersättas med en inhemsk analog K561LN2. 22k-regulatorn behövs för att justera frekvensen; den kan reduceras till det hörbara området om 100k-motståndet ersätts med 22k och 1,5nF-kondensatorn ersätts med 2,2-3,3nF. Signaler från mikrokretsen tillförs utgångssteget, som är byggt på endast 4 medelkraftiga bipolära transistorer. Valet av transistorer är inte kritiskt, det viktigaste är att välja de komplementära paren som är så nära som möjligt när det gäller parametrar.

Bokstavligen alla HF-huvuden med en effekt på 5 watt eller mer kan användas som en radiator. Från den inhemska interiören kan du använda huvuden som 5GDV-6, 10GDV-4, 10GDV-6. Sådana HF-huvuden finns i akustiska system tillverkade i Sovjetunionen.

Allt som återstår är att ordna in allt i kroppen. För att rikta ultraljudssignalen måste du använda en metallreflektor.

UPPGRADERAD ULTRALJUDSPISTON "IGLA-M"

Ultraljud – Det här är elastiska vågor med hög frekvens. Vanligtvis anses ultraljudsområdet vara ett frekvensområde från 20 000 till flera miljarder hertz. Nu används ultraljud i stor utsträckning i olika fysiska och tekniska metoder. Att ultraljud aktivt påverkar biologiska föremål (till exempel dödar bakterier) har varit känt i mer än 70 år. Elektronisk utrustning med en skanande ultraljudsstråle används inom neurokirurgi för att inaktivera enskilda delar av hjärnan med en kraftfull, fokuserad högfrekvent stråle. Högfrekventa vibrationer orsakar intern uppvärmning av vävnader.

Det pågår fortfarande diskussioner om den fysiska effekten av ultraljudsvibrationer på cellen och till och med om eventuella störningar av DNA-strukturer. Dessutom finns det information om att på mikronivå - inte på kroppsstrukturnivå, utan på någon mer subtil nivå - är ultraljudsexponering skadlig.

Ultraljud kan erhållas från mekaniska, elektromagnetiska och termiska källor. Mekaniska sändare är vanligtvis olika typer av intermittenta sirener. De avger vibrationer i luften med en effekt på upp till flera kilowatt vid frekvenser upp till 40 kHz. Ultraljudsvågor i vätskor och fasta ämnen exciteras vanligtvis av elektroakustiska, magnetostriktiva och piezoelektriska givare.

Branschen har länge producerat apparater förultraljudseffekter på djur, till exempel:

Syfte

En hundavstötare i miniatyr är en bärbar elektronisk enhet (monterad i ett mini-ficklampshölje) som avger ultraljudsvibrationer som är hörbara för hundar och inte märkbara för människor.

Funktionsprincip

Enheten är utformad för att skydda mot hundattacker: ultraljudsstrålning av en viss kraft stoppar vanligtvis en aggressiv hund på ett avstånd av 3 - 5 meter eller sätter den på flykt. Den största effekten uppnås när man agerar på aggressiva herrelösa hundar.

Specifikationer

• Matningsspänning (1 batteri typ 6F22 (KRONA)), V 9
• Strömförbrukning, inte mer, A 0,15
• Vikt med batterier, inte mer, g 90

Som du förstår är detta en svag leksak, men vi kommer att göra enheten mycket kraftfullare! Fortsatta experiment med ultraljud (), gjordes ett antal intressanta förbättringar och förbättringar. Detta är hur en revolutionerande metod för att påverka en levande organism (naturligt negativ) med två ultraljudsändare med en skillnadsfrekvens på flera hertz. Det vill säga frekvensen för en sändare är till exempel 20 000 Hz och den andra är 20 010 Hz. Som ett resultat, påultraljudsstrålning överlagrasljud, vilket avsevärt förstärker den destruktiva effekten!

Kretsen är standard, generator på CD4069 + förstärkare på tre N-P-N transistorer. Strömförsörjningen är minst 12 V, med en ström på upp till 1 A.

För att förstärka den riktade effekten använder vi cylindriska ljudresonatorer. Deras roll kommer att spelas av ett vanligt nickelpläterat rör från en dammsugare.Skäm bara inte bort dammsugaren, tuben säljs separat på marknaden eller i en reservdelsaffär.

Vi skär två bitar till en experimentellt bestämd längd (ungefär ett par centimeter) och fäster dem på HF-huvuden som 5GDV-4 eller någon annan. Du kan köpa ett dubbelmunstycke för avgasröret på en bil, installationen är mycket bekvämare och effekten blir ännu bättre.

Vi sätter in högfrekvenshögtalarna inuti, och monterar brädan med batteriet på baksidan.

En nedsänkbar ultraljudsgivare är en anordning utformad för att överföra ultraljudsvibrationer till ett flytande medium, innehållande ett förseglat hölje med ett membran, som är en del av ytan på detta hölje, inuti vilket piezoelektriska sändare och elektroder är placerade och fixerade till membranet, vilket är elektriskt anslutna till en högfrekvenskabel som tjänar till att försörja piezoelektriska sändare av högfrekvent elektrisk spänning från en ultraljudsfrekvensgenerator.

Det används för att excitera ultraljudskavitation i ett flytande rengöringsmedium, vilket intensifierar processerna för rengöring av delar från föroreningar. Används i ultraljudsrengöringsbad med en volym på över 50 liter.

Fig.1 Dränkbar givare
i U.Z. bad

Strukturen för den nedsänkbara ultraljudsgivaren visas schematiskt i fig. 1.

Generatorn är ansluten till ett 220 volt 50 Hz nätverk och omvandlar spänningsfrekvensen till 25 000 Hz (25 kHz) eller 35 kHz. beroende på utformningen av den dränkbara omvandlaren.

Högfrekvent spänning tillförs genom en kabel in i ett förseglat hölje av omvandlaren, tillverkat av rostfritt stål, inuti vilket piezoelektriska sändare är monterade, parallellkopplade.

Fig.2 Design av en piezoelektrisk emitter

Den piezoelektriska sändaren är huvudkomponenten i den nedsänkbara ultraljudsgivaren. Strukturen för denna sändare visas i fig. 2.

Emittern har två piezoelektriska plattor (piezoelement) placerade mellan två metallplattor: en stålplatta på baksidan och en aluminium på framsidan.

Piezoelementen dras ihop till ett stycke med fodren med hjälp av en central bult. En högfrekvent spänning appliceras på den centrala elektroden som är placerad mellan piezoelementen.

Den piezoelektriska sändaren omvandlar elektrisk energi till högfrekventa mekaniska vibrationer, som överförs till den dränkbara givarens membran, varifrån dessa vibrationer överförs till tvättvätskan.

Antalet piezoelektriska sändare i en nedsänkbar ultraljudsgivare kan variera från 4 till 11 eller mer.

Piezoelektriska sändare är fästa på membranet med hjälp av en självhäftande anslutning.

Fig.3 Dränkbar givare

Allmän bild av en nedsänkbar ultraljudsgivare med en delvis utskuren bakstycket visas i fig. 3. Det kan ses att de piezoelektriska sändarna är anordnade i flera rader, två i varje rad.

Nedsänkbara ultraljudsgivare kan användas både i ultraljudsrengöringsbad speciellt utformade för dem, och i rengöringsbad som redan är tillgängliga för kunden. Bekvämligheten med dessa omvandlare är att de enkelt kan installeras i olika delar av badets volym.

Till skillnad från ultraljudsgivare, som är ordentligt fastsatta i rengöringsbadet i botten eller på sidan, kan dränkbara givare bytas ut inom några minuter.

Generatorn för att driva dränkbara givare med högfrekvent spänning kan placeras från ultraljudsbadet på ett avstånd av upp till 6 meter.

Metoder för att installera dränkbara givare i ett ultraljudsrengöringsbad

Immersionsgivare kan placeras i rengöringsbad på tre olika sätt:

1. placera omvandlaren i botten av badet;
2. hängande på väggen i badkaret;
3. genom att montera omvandlaren på badets vägg.

Fig.4 Placering av givaren i ultraljudsbadet

De två första metoderna kräver inte att man gör hål i badkarets vägg.

Vissa typer av montering av en dränkbar givare i ett ultraljudsrengöringsbad visas i fig. 4.

När du placerar omvandlaren i botten av badet är det nödvändigt att ta hänsyn till höjden på skiktet av tvättlösning ovanför omvandlarens membran.

Du bör sträva efter att säkerställa att höjden på detta lager är en multipel av halva våglängden av ultraljudsvibrationer som överförs till tvättlösningen av den dränkbara givaren.

I detta fall, på grund av reflektionen av ultraljudsvibrationsvågor från vatten-luft-gränssnittet, skapas en zon av stående vågor i rengöringslösningen (efterklangsfenomen). När ultraljudsvågor ekar i en vätska är effektiviteten för ultraljudsrengöring något högre.

Som ett exempel kommer vi att bestämma den optimala höjden på detta lager för en specifik dränkbar givare.

Det är känt att ljudhastigheten i vatten är 1485 m/sek. Våglängden för ultraljudsvibrationer är lika med ljudets hastighet dividerat med frekvensen av dessa vibrationer.

Låt oss anta att vi har en nedsänkbar ultraljudssändare vars membranoscillationsfrekvens är 25 000 Hz (25 kHz). Våglängden i detta fall kommer att vara 0,0594 m. Halva våglängden är 0,0297 m eller 2,97 cm. Den optimala höjden på vätskan i detta fall över ytan av den nedsänkbara givaren bör vara 2,97 cm x n där n är ett positivt heltal.

Fig.5 Stående vågor i ett ultraljudsbad

Till exempel, för n=40, kommer den optimala höjden på nivån på tvättlösningen ovanför ytan på den dränkbara omvandlaren att vara 2,97x40=118,8 cm. Ovanstående illustreras i Fig. 5.

Att placera nedsänkbara ultraljudsgivare på rengöringsbadets väggar rekommenderas när dess djup är mer än två gånger mindre än dess bredd eller längd. I detta fall kan omvandlarna placeras antingen på en vägg av badkaret eller på dess motsatta väggar.

Videon visar placeringen av nedsänkbara givare på badets sidoväggar och driften av nedsänkbara ultraljudsgivare placerade på botten av badet.

Dränkbara givare i aktion

Välja den optimala frekvensen för en dränkbar omvandlare

När ultraljudsvibrationer fortplantar sig i en vätska uppstår ett fenomen som kallas kavitation, vilket innebär att det bildas kavitationshåligheter i vätskan i ljudvågens sällsynthetsfas och dess efterföljande kollaps i kompressionsfasen.

Fig.6 Effekt av frekvens på ultraljudskavitation

Kavitationskavitets beteende vid ändring av svängningsfrekvensen visas i grafen i fig. 6.

Y-axeln på vänster sida visar mängden energi som frigörs under kollapsen av en enskild kavitationskavitet (kavitationsenergi), och y-axeln till höger visar antalet kavitationshålrum per volymenhet vätska.

Som framgår av grafen, med en ökning av frekvensen av ultraljudsvibrationer, ökar antalet kavitationshåligheter i vätskan och kavitationsenergin minskar.

När frekvensen av ultraljudsvibrationer minskar, minskar antalet kavitationshåligheter i vätskan och kavitationsenergin ökar.

Dessutom, för varje frekvens av ultraljudsvibrationer, är produkten av energin som frigörs av kavitationshåligheten när den kollapsar med antalet av dessa bubblor i vätskan ett konstant värde som är ungefär lika med energin som överförs till vätskan av den nedsänkbara ultraljudsgivaren.

Inverkan av frekvensen av ultraljudsvibrationer på antalet kavitationshåligheter diskuteras i detalj på webbplatsen

För praktiken är det viktigt att antalet kavitationshåligheter är så stort som möjligt, men samtidigt måste kavitationsenergin vara tillräcklig för att avlägsna föroreningar. För att rengöra delar från föroreningar som är löst bundna till ytan (fetter, oljor), bör omvandlare med en frekvens på 35-40 kHz användas, och för att rengöra delar från föroreningar som är fast bundna till ytan (polerpastor, lack och polymerfilmer). ), bör dränkbara omvandlare med en frekvens på 35-40 kHz användas, lägre frekvens 20-25 kHz.

ändra bilden

Fig. 7 Ultraljudsbad med omvandlare av olika frekvenser

Mest optimal lösningär att skapa förutsättningar då antalet kavitationshåligheter skulle vara stort och samtidigt även kavitationsenergin skulle vara stor.

Dessa villkor är implementerade i ett ultraljudsrengöringsbad med dränkbara givare placerade på dess väggar, som visas i fig. 7. Ett annat alternativ för placeringen av dränkbara givare kan ses om du flyttar markören till denna figur.

I detta fall används två omvandlare med olika oscillationsfrekvenser på 25 och 35 kHz. En omvandlare med en frekvens på 35 kHz säkerställer att det skapas tvättvätska i volymen Mer kavitationskaviteter, och en omvandlare med en frekvens på 25 kHz ökar kavitationsenergin i dessa kaviteter.

Optimalt antal nedsänkningsgivare för ett rengöringsbad

När man bestämmer antalet erforderliga dränkbara givare måste man utgå från det faktum att den maximala effektiviteten för ultraljudsrengöring uppnås med en ultraljudseffekt på 10...30 watt per 1 liter badvolym.

Till exempel, för ett badkar med en volym på 50 liter, räcker det med två omvandlare av modellen PP25.8 (se tabellen nedan).

För ultraljudsrengöringsbad med stor volym, till exempel över 250 liter, uppnås tillfredsställande resultat med en ultraljudseffekt på 4,5 watt per 1 liter badvolym. Till exempel, för ett bad med en volym på 1000 l räcker det med 11 omvandlare av modellen PP25.8

För närvarande finns det många konstruktioner av nedsänkbara ultraljudsgivare på hemmamarknaden.

Tabellen visar specifikationer dränkbara ultraljudsgivare från TNC Tekhnosonic LLC (Moskva).

Den här artikeln tar inte upp alla aspekter av design och användning av nedsänkbara ultraljudsgivare. Det presenterade materialet kan dock vara användbart för specialister som ställs inför specifika urvalsuppgifter för första gången. optimalt alternativ ultraljudsbad för rengöringsprodukter.