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).

[Corner]

Излучатель делается как раз таки из материала с максимальным соотношением упругости к собственной плотности. В хороших излучателях используют сплавы бериллия. Но они дороги и опасны для жизни. Для случаев попроще используют сплавы аналогичные используемым в авиации.
Расчет сводится к вычислению оптимальных размеров пластины - посредника. Как раз ее Вы доблестно оторвали от пьезоэлемента. Чем больше мощность, тем шире нужна пластина. Но чем она шире, тем большую жесткость требуется обеспечить, чтобы края пластины не прогибались больше, чем на половину длины волны (тогда они полностью перестают работать). Собственно, задачка решается в пределах почти школьного курса физики. Только для ее решения требуется знать точные параметры пьезоэлемента.

[Энтомолог]

Расчет сводится к вычислению оптимальных размеров пластины - посредника. Как раз ее Вы доблестно оторвали от пьезоэлемента. Чем больше мощность, тем шире нужна пластина. Но чем она шире, тем большую жесткость требуется обеспечить, чтобы края пластины не прогибались больше, чем на половину длины волны (тогда они полностью перестают работать). Собственно, задачка решается в пределах почти школьного курса физики. Только для ее решения требуется знать точные параметры пьезоэлемента.

Пластину я не отрывал, он продавался без пластины. Подскажете пожалуйста, где купить с пластиной или отдельно пластину? Или хотя бы пришлите сслылку на любой подобный излучатель с пластиной. Все, что я видел в магазине Кварц продается без пластин.

Поясните, пожалуйста, получилось у вас решить свою задачу и как?

Не получилось пока, используем матрицу маленьких излучателей.

[HardEgor]

Максимальная мощность передаваемая из керамики в воздух будет при соблюдении двух условий:
- импеданс материала согласующей пластины равен корню произведения импедансов согласуемых сред(воздуха и керамики) Zc = SQRT(Zp*Za)
- толщина согласующей пластины должна быть равна четверти излучаемой длины волны в пластине.
Ищите такой материал и пилите из него пластину.
Кстати, для ЦТС-19 и воздуха идеальным получается..... пробковое дерево, но подозреваю, оно не выдержит ваших мощностей.

[Энтомолог]

Кстати, для ЦТС-19 и воздуха идеальным получается..... пробковое дерево, но подозреваю, оно не выдержит ваших мощностей.

Почему ЦТС-19 ? У излучателя на картинке излучающая поверхность металлическая.

[HardEgor]

Почему ЦТС-19 ? У излучателя на картинке излучающая поверхность металлическая.

Потому что я считал для ЦТС-19.
Металлическая поверхность - скорее всего это тонкий слой напыленного металла(обычно серебра) являющийся обкладкой пьезокристалла, она влияния почти не оказывает, поэтому в расчетах не участвует.

[Энтомолог]

Потому что я считал для ЦТС-19.
Металлическая поверхность - скорее всего это тонкий слой напыленного металла(обычно серебра) являющийся обкладкой пьезокристалла, она влияния почти не оказывает, поэтому в расчетах не участвует.

Излучатель на фото в начале темы, в первом посте.

https://electronix.ru/forum/index.php?act=a...st&id=88713

[HardEgor]

Излучатель на фото в начале темы, в первом посте.

Просто фото ни о чем не скажет, надо знать конструкцию. Я вижу корпус, выводы и какое-то соединение под болт. Если бы я держал его в руках, тогда еще что-то мог бы сказать, а по фото....
Там какая-то этикетка на корпусе, возможно по ней можно что-то найти.

[Энтомолог]

Просто фото ни о чем не скажет, надо знать конструкцию. Я вижу корпус, выводы и какое-то соединение под болт. Если бы я держал его в руках, тогда еще что-то мог бы сказать, а по фото....
Там какая-то этикетка на корпусе, возможно по ней можно что-то найти.

А что вы хотите найти?

Не бывает металлических пьезоизлучателей.

Излучатель пьезоэлектрический, естественно. На фото прекрасно видно пластину зажатую между излучателем и противовесом-отражателем. Излучатель металлический, пьезоэлемент с ним уже, видимо, согласован. Излучатель разбирать, конечно же, не предполагается, поэтому стоит задача согласования металлической поверхности излучателя (то, на чем лежит монетка) с воздухом.

Вкратце, как оно работает сейсас. Проект пока в архиве, документации перед глазами нет, пишу по памяти, поэтому возможны мелкие неточности, но суть такая:

Имеется четырехмостовой бестрансформаторный инвертор, который согласуется с пьезоэлементом жирной LC цепочкой. На выводах пьезоэлемента получается красивый синус 20 КГц, более 100 В p-t-p. Потребляет эта вся конструкция 3А от 12 В, ключи холодные, LC слегка греется, но не более 2-3 Вт там рассеивается, основная мощность доставляется по адресу. Специально не раскачиваем до 50Вт, но 25 Вт там точно есть. При длительной работе излучатель нагревается, т.к. ультразвук никуда не излучается и нагревает болванку. Если приложить руку, то руку греет, вода бурлит, т.е. ультразвук там есть, но в воздух он не излучается.

Если приложить излучаетль к металлической пластине или просто к поверхности стола, то возникает жуткий скрежет. Пластину приходится прикручвать очень плотно, чтобы она не дребезжала. В связи с этим главный вопрос: как прикрепить согласующий слой, чтобы его не оторвало нафиг?

Я ценю любой ответ, но впервую очередь хотелось бы услышать мнение тех, для кого подобные излучатели не являются диковинкой.

[HardEgor]

А что вы хотите найти?
Излучатель пьезоэлектрический, естественно. На фото прекрасно видно пластину зажатую между излучателем и противовесом-отражателем. Излучатель металлический, пьезоэлемент с ним уже, видимо, согласован.

Ну и ладно.

.... поэтому стоит задача согласования металлической поверхности излучателя (то, на чем лежит монетка) с воздухом.

Так условие согласования описаны, осталось найти волновое сопротивление материала на котором лежит монетка. В чем вопрос-то?
Чем клеить - обычно эпоксидной смолой. Есть и более экзотические способы.