Магнитострикционные резонаторы

 

Магнитострикционный резонатор [6] рис. 4.1 состоит из магнитострикционного стержня (1), обмотки возбуждения и постоянного магнита (3). В таком резонаторе наблюдается как прямой,

Рис. 4.1

так и обратный магнитострикционные эффекты. Прямым магнитострикционным эффектом называется изменение длины ферромагнитного стержня под действием внешнего переменного магнитного поля. В зависимости от массы и состава материала стержня происходит либо удлинение, либо укорочение. Деформации стержня довольно малы

Магнитострикционный стержень, как и всякое упругое тело обладает инерцией, упругостью и собственной частотой колебания, которая определяется размерами стержня и свойствами материала (модулем упругости и плотности).

 

а) б)

Рис4.2

 

Электрическая схема замещения магнитострикционного резонатора без потерь показана на рис. 4.2а и состоит из параллельного колебательного контура L_pC_p последовательно с которым включена индуктивность L_s обмотки возбуждения.

Параметры L_pC_p называют динамическими, а L_s статической индуктивностью. График частотной зависимости сопротивления магнитострикционного резонатора показан на рис. 4.2б. Магнитострикционный резонатор имеет две резонансные частоты f_p и f_s. Частота параллельного контура f_p совпадает с частотой механического резонанса и равна

Частота последовательного резонанса f_s расположена выше

Отношение резонансных частот

где называют коэффициентом магнитоэлектрической связи. Коэффициент К_мм зависит от химического состава материала и технологических режимов.

Основными параметрами, характеризующими сердечники из магнитострикционного феррита являются:

- частота механического резонанса f_p;

- коэффициент магнитоэлектрической связи К_мм;

- динамическая добротность Q_p;

- скорость распространения упругих колебаний V;

- температурный коэффициент частоты (ТКЧ).

Частота механического резонанса f_p зависит от геометрических размеров, намагниченности стержня и скорости распространения колебаний V. Третий параметр, который характеризует качество магнитострикционного резонатора, это добротность. Потери в магнитострикционном резонаторе характеризуются динамической добротностью Q_р, зависящей от свойств материала и его конструкции. Q_p = 10³ ¸ 10⁴. Статическая добротность Q_s определяется потерями в проводе обмотки возбуждения и потерями в магнитострикционном материале, Q_s = 20 ¸ 100. В зависимости от требований, предъявляемым к резонаторам, а также от диапазона частот используют следующие типы магнитострикционных резонаторов:

- стержневые на продольных колебаниях;

- тороидальные на радиальных колебаниях;

- трубчатые на крутильных колебаниях.