Магнитострикционные электроакустические преобразователи

Для работы на низких ультразвуковых частотах при высоки ин­тенсивностях часто применяются магнитострикционные ЭАП - пре­образователи, линейные размеры которых изменяются в зависимости от напряженности магнитного поля (прямой магнитострикционный эффект). Этот эффект сильно выражен в некоторых ферромагнети­ках: никеле, железе, а также сплавах на основе этих материалов в ферритах. С прямым магнитострикционным эффектом связан термо­динамически обратный ему магнитострикционный эффект: изменение намагниченности тел при их деформировании.

Рассмотрим магнитострикционный преобразователь, выполнен­ный в виде стрежня постоянного поперечного сечения F= const из магнитострикционного материала. Пусть этот стержень помещен в однородное магнитное поле напряженностью H(t). Экспериментально установлено, что индукция вдоль такого стержня длинной l изменя­ется по параболическому закону

(54)

где C=0,7-0,85 - константа; z - продольная координата; - ин­дукция магнитного поля в центре стержне.

Система магнитострикционных уравнений имеет вид

(55)

прямой магнитострикционный эффект,

(55а)

обратный магнитострикционный эффект, где a - магнитострик­ционная постоянная; - относительная магнитная проницаемость стержня; - магнитная проницаемость вакуума.

Уравнение продольных колебаний (1) для F=const можно запи­сать и так:

(56)

где - механические напряжения, т.е. .

С учетом (55) после несложных преобразований

(57)

Допустим, что индукция меняется, как и напряженность магнитного поля H, по гармоническому закону

(58)

где - амплитуда;

тогда решение уравнения (57) будем искать в виде

, (59)

Вычислим , учитывая, соотношения (54) и (58).

Подставим полученное выражение в уравнение (57) с учетом (59)

где . Решение этого уравнения:

произвольные постоянные определяются из граничных условий.

Например, в случае свободных краев стержня

или

Таким образом, задача о вынужденных продольных колебаниях магнитостриктора решена. Аналогичным образом может быть решена и задача о колебаниях магнитострикторов с замкнутыми магнитопро­водами, например, О-образного типа.

Приложение

Характе­ристики пьезо­керамики	Обозна­чения	ЦТС-19	ЦТСНВ-1
Пьезокон­станта (для сла­бых полей),		14,9 -4,9 10,6	17,1 -4,8 13,1
Темпера­тура Кюри, К
Коэффициент электромеха­нической связи		0,49 0,64 0,28 0,4	0,48 0,67 0,33 0,45
Упругие постоянные, из­меренные при E=const Па		10,9 5,4 9,3	11,7 6,9 10,8
Плотность,
Скорость звука

Дата добавления: 2014-11-29