Ультразвуковые излучатели, Согласование с воздушной средой Опции

[Энтомолог]

Имеется задача сделать достаточно мощный ультразвуковой излучатель для работы в воздухе. Фото 50-ватного 20 кГц преобразователя в прикрепленном файле.

На втором фото показаны маленькие 25 кГц излучатели с которыми я провел несколько экспериментов, пытаясь понять как они работают. На фото слева направо: излучатель в сборе, излучатель со снятым корпусом, излучатель с оторванным излучателем и сам излучатель в профиль. Излучатель представляет из себя конус из неупругого металла (какой-то сплав алюминия 0.15 мм) залитый под край силиконовым герметиком.

Что я делал со всем этим:
1. Удалил излучатель (был приклеен каплей эпоксидного клея). Результат - уход резонанса чуть вверх (точно не помню, но в пределах 5%) и падение мощности излучения как минимум в 100 раз.
2. Удалял герметик. Мощность излучения падала в 2-3 раз, но работало.
3 Делал излучатели другого диаметра и массы. Возникали дополнительные резонансы, но мощность излучения там не превышала 1/10 от основной частоты резонанса пьезоэлемента.

Буду благодарен за советы как сделать излучатель для большого преобразователя или ссылки на литературу по этому вопросу (именно про согласование с воздушной средой).

[VNS]

Имеется задача сделать достаточно мощный ультразвуковой излучатель для работы в воздухе. Фото 50-ватного 20 кГц преобразователя в прикрепленном файле.
Буду благодарен за советы как сделать излучатель для большого преобразователя или ссылки на литературу по этому вопросу (именно про согласование с воздушной средой).

Вам нужно определиться со своими потребностями. 50 Вт! Вы для пайки хотите его использовать? Согласование с воздушной средой в каком объёме воздуха? Почему именно 20 кГц? Только из-за того, что такой излучатель имеется у Вас в наличии? Я не придираюсь. Просто определение "воздух" мало подходит для выбора конструкции согласующего устройства.
Для ответа нужно задать расстояние от излучателя, на котором будет выделяться указанная мощность, и объём.
Если не ошибаюсь, то этот излучатель формировал ультразвуковую волну в жидкости.

[Энтомолог]

Вам нужно определиться со своими потребностями.

Использовать для пайки не буду.

Объем воздуха не ограничен, на открытом пространстве излучатель будет работать или в большом помещении.

20кГц - это оптимальная частота для нас. 25 высоковато, ниже 20 уже сильно слышно.

50W генерируется в излучателе. Очень хочется, чтобы большая часть ее все же излучалась. В плане диаграммы направленности, интересует как вариант узконаправленный (градусы), так и более широкий (десятки градусов).

Именно этот излучатель пока нигде ничего не формировал, он новый, куплен в магазине. В воде он должен работать лучше, т.к. скорости звука в воде и алюминии ближе и, самое главное, как я понимаю, плотность воды намного ближе к аллюминию, чем к воздуху.

В маленьких излучателях проблема с воздушной средой решена, я ищу информацию по расчету подобных систем, чтобы применить это все с большим излучателем.

[HardEgor]

В маленьких излучателях проблема с воздушной средой решена, я ищу информацию по расчету подобных систем, чтобы применить это все с большим излучателем.

Расчет подобных систем требует теоретической подготовки, например Г. Кайно Акустические волны
Мощные системы обычно делают на электромеханических резонаторах.

[Энтомолог]

Расчет подобных систем требует теоретической подготовки, например Г. Кайно Акустические волны
Мощные системы обычно делают на электромеханических резонаторах.

А чем вам мой 50Вт пьезоэлектрический преобразователь (на фото) не нравится?! Меня он устраивает.

Спасибо за подсказку про книгу. Действительно большая и увлекательная, но по теме я там информации не нашел. Буду благодарен, если уточните:
http://ns2.megahost.su/g/%D0%9A%D0%B0%D0%B...%D0%BE%20%D0%93.

[HardEgor]

Чуть ли не первые главы - как согласовывать.
По простому надо подобрать материалы с необходимым волновым сопротивлением и рассчитать их толщины, чтобы были минимальные потери на частоте резонанса. Обычно делают слоеный пирог из 2-3 материалов с понижением сопротивления от пьезокристалла до воздуха. А дальше куча технологических проблем - как всё это соединить чтобы не развалилось

upd. Кстати, идеальная согласующая прокладка имеет переменный импеданс - от пьезокристалла до воздуха. Выглядит просто - берем связующее с импедансом как у воздуха, берем наполнитель с импедансом как у пьезокристалла и смешиваем с таким распределением концентрации, чтобы максимальная концентрация наполнителя была около пьезокристалла, а минимальная - со стороны воздуха.