популярно о природе звука

Источники ультразвука

Прежде чем говорить о применении ультразвука, следует сказать несколько слов о способах его получения. Чаще всего для этого используют пьезоэлектрические или магнитострикционные преобразователи. Частота сверхвысокочастотных ультразвуковых волн, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне порядка нескольких мегагерц. Фокусировка таких пучков обычно осуществляется с помощью линз и зеркал (в сонарах, рабочая частота которых около нескольких килогерц, подобные линзы были бы слишком велики). Ультразвуковой пучок с необходимыми параметрами можно получить с помощью соответствующего преобразователя. Наиболее распространены керамические преобразователи из титаната бария.

В тех случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвукового пучка, обычно используются механические источники ультразвука. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путем - камертоны, свистки, сирены. Если ультразвуковые камертоны ушли в прошлое, то свистки и сирены все еще находят применение. Как же работают эти устройства?

Первый ультразвуковой свисток сделал в 1883 году англичанин Гальтон. Мощность свистка Гальтона невелика. Его в основном применяют для подачи команд при дрессировке собак.

Большинство ультразвуковых свистков можно приспособить для работы в жидкой среде. По сравнению с электрическими источниками ультразвука жидкостные ультразвуковые свистки маломощны. И все же в некоторых случаях (в частности, для ультразвуковой гомогенизации) они обладают существенным преимуществом: так как ультразвуковые волны возникают непосредственно в жидкой среде, то не происходит потери энергии ультразвуковых волн.

Пожалуй, наиболее удачной является конструкция жидкостного ультразвукового свистка, изготовленного английскими учеными Коттелем и Гудменом в начале 50-х годов XX столетия. В нем поток жидкости под большим давлением выходит из эллиптического сопла и направляется на стальную пластинку. Различные модификации этой конструкции получили довольно широкое распространение для получения однородных сред. Благодаря простоте и устойчивости своей конструкции (разрушается только колеблющаяся пластинка) такие системы долговечны и недороги.

Многие годы используется и другая разновидность механических источников ультразвука - сирена. Она обладает относительно большой мощностью и широко применяется в полицейских и пожарных машинах.

Все ротационные сирены состоят из камеры, закрытой сверху диском (статором), в котором сделано большое количество отверстий. Столько же отверстий имеется и на вращающемся внутри камеры

диске (роторе). При вращении ротора положение отверстий ротора периодически совпадает с положением отверстий на статоре. Когда при вращении ротора положение его отверстий совпадает с положением отверстии статора, то сжатый воздух из камеры с силой  вырывается наружу. Ротор сирены, имеющий обычно от 50 до 300 отверстий, вращается со скоростью 8000 -50 000 оборотов в минуту.

Сжатый воздух, который вырывается из нее в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают. Основная задача при изготовлении сирен - это, во-первых, сделать как можно больше отверстий в роторе и, во-вторых, достичь большой скорости его вращения. Однако практически одновременнo выполнить оба эти требования очень, трудно. Несмотря на различные усовершенствования конструкций сирен, их промышленное применение весьма ограниченно.