Продольный тип волн – это ,когда направление вектора Умова и направление колеблющихся частиц совпадают.
Известно :
Если размер излучателя ультразвуковой волны больше ее длины ( λ=длина волны) , то волна всегда будет плоской (направление движения волны перпендикулярно плоскости). Для ультразвука это условие действует.
Кружки ( на рисунке) – это точки, которые достигает волна через какое-то время.
Здесь: λ=длина волны. T= период волны. Допустим излучатель будет находится в точке 0 , тогда математически уравнение волны описывается : А*(cos wt) . Где W= 2пF- угловая частота. Если на эту волну наложить другую ( но в противофазе),то получится стоячая волна.
В созданной стоячей волне частицы колеблются между узлами ( частицы отклоняются в противоположные стороны на равные расстояния.). Амплитуда у этих отклонений различная, причем пройдя через узел фаза меняется на противоположную. Значит в созданной стоячей волне возникнет переменное давление. Допустим , в качестве среды для созданной стоячей волны , выступит жидкость. В любой жидкости есть пузырьки газа ( размер в десятые доли микрона). Если возле пузырька газа будет пониженное давление (пузырек расширится). Если вокруг пузырька будет повышаться давление, то пузырек будет сжиматься и захлопнется.Ультразвук проходя через жидкость создает давление : P=A*V*Q*W (A-амплитуда ,V-скорость, Q-плотность, W-частота) . Скорость захлопывания пузырька происходит за время (10(-8)) сек. , а при захлопывании возникает импульс. Та полость жидкости , где происходит расширение и захлопывание пузырьков с возникновением импульсов удара , используется для очистки изделий от пленок и от грязи. В этой полости давление достигает значения около 300Мпа.( для воды). Некоторая часть энергии будет идти на нагрев воды.Понятно ,чтобы реализовать давление ультразвука на воду, необходимо преобразовать электрические колебания в механические. Для преобразования электрических колебаний в механические используется принцип электрострикции : деформация кристалла за счет электрического поля (для пьезоэлектрика) , или изменение формы ферромагнетика ( при намагничивании).
Значит , если подать на ферритовый сердечник переменное напряжение с генератора ультразвука, то произойдет удлинение образца по одной из оси (на рисунке — это ось Х). В качестве материала сердечника используется состав: (Ni,Сo,Si).
1. Генератор ультразвука. 2. Магнитострикционный преобразователь. 3. Концентратор (из малоуглеродистой стали) с измененной формой . 4.Рабочий инструмент. 5. Обрабатываемый материал.Магнитострикционный преобразователь (2) при работе греется , поэтому его нужно охлаждать . Рабочий инструмент (4) постоянно вибрирует. Амплитуда колебаний будет максимальной , если частота генератора (1) и частота (преобразователя ,концентратора , рабочего инструмента) совпадают ( т.е. возникает резонанс) .Если на место рабочего инструмента (поставить мембрану) и опустить ее в ванну с водной средой , то получим моющую машину способную удалять загрязнения и маслянистые пленки, благодаря пульсирующим пузырькам. Ниже приведена схема ультразвукового генератора на транзисторах КТ8108. Работает схема в двух режимах : однополупериодного выпрямителя , или моста. УЗ излучателем является пьезоэлемент (Z). Логика построена на К561ЛА7. Схема может использоваться для очистки сложных форм изделий (в качестве предварительной очистки перед ионной очисткой).
Практическую ( готовую схему) мощного ( 400 Вт) промышленного ультразвукового генератора можно скачать по ссылке :
https://drive.google.com/file/d/1K4bmrDmpFsIwAURWyULMxETdrlZ_aYcQ/view?usp=sharing