Электродинамический вибропреобразователь для виброакустической терапевтической системы с обратной связью

 

2. Вычисляем номинальное  звуковое давление электродинамического  преобразователя с учетом завала  частотной характеристики на  нижней граничной частоте:

   (12)

3. Вычисляем  площадь  излучающей поверхности диффузора:

  (13)

4. Выбираем круглый диффузор. Диаметр излучающей поверхности  диффузора соответственно равен:

    (14)

5. Выбираем диффузор с  криволинейной образующей. Для обеспечения  воспроизведения верхней границы  частотного диапазона (18000 Гц). В  соответствии с графиком рисунок 6, определяем радиус кривизны образующей –1,9×10^–1м. Эквивалентный угол раствора диффузора соответственно равен 110^о.

Рисунок 6 - Зависимость границы воспроизведения высоких частот

1 - от угла раствора  диффузора a, 2 - от радиуса кривизны р.

6. Толщина диффузора:

D_Д=0,3×10^-3 м.     (15)

7. Статическая масса диффузора  равна

 (16)

3.3 Расчет параметров подвижной системы

1. Вычисляем соколеблющуюся  массу воздуха:

 (17)

2. Вычисляем массу подвижной  системы:

(18)

3. Рассчитываем гибкость  подвижной системы, полагая f_н =f₀

  (19)

Задаваясь m=3, определяем гибкость подвеса диффузора:

  (20)

и гибкость центрирующей шайбы:

  (21)

4. Выбираем гофрированный  подвес диффузора с синусоидальным  профилем. Задаемся толщиной подвеса  h = 0,15×10^–3 м и отношением H/l = 0,2. Находим коэффициенты a₁=2 и a₂=3,4. Вычисляем ширину подвеса

(6.22)

Выбираем число гофров n=2, тогда шаг гофра равен

l = 1,36×10^-2/2 = 0,68×10^-2 м   (23)

и соответственно высота гофра

H = 0,68×10^-2 ×0,2 = 0,136 ×10^-2м.   (24)

5. Изготовляем гофрированную,  центрирующую шайбу с пильчатым  профилем из канвы, толщиной h = 0,3×10^–3 м, пропитанной в спиртовом растворе, содержащем 15% бакелитового лака и 1% касторового масла. Выбранный материал имеет, модуль упругости Е = 3,5×10⁸ Н/м². Задаемся отношением H/l = 0,2.

Тогда коэффициенты a₁=2 и a₂=2. Вычисляем,  ширину воротника центрирующей шайбы

(6.25)

Выбираем число гофров n=4; тогда шаг гофра равен

   (26)

И соответственно высота гофра

H = 0,2×10^-2×0,2 = 4×10^-4м.    (27)

Для облегчения изготовления диффузородержателя и сборки вибропреобразователя выбираем центрирующую шайбу с краевым  гофром.

3.4 Расчет магнитной цепи

1. Выбираем магнитную  цепь с кольцевым магнитом  из феррит-бария типа 3БА, который  имеет следующие характеристики  остаточная индукция В_r=0,38 Вб/м²; коэрцитивная сила H_c = 150 кА/м; максимальная энергия (B_dH_d)/2=12350 Дж/м³; экономичная индукция B_d = 0,19 Вб/м²; экономичная напряженность поля H_d =130 кА/м.

2 Вычисляем геометрические  размеры зазора магнитной цепи. Ширина зазора:

  (28)

Принимаем высоту зазора h₃=0,8 h_к

   (29)

3. Вычисляем  необходимую  величину индукции в рабочем  зазоре магнитной цепи, исходя  из заданных электроакустических  параметров громкоговорителя.

 (30)

4. Вычисляем объем магнита, задаваясь h_м=0,4:

(31)

Вычисляем магнитную проводимость рабочего зазора:

(32)

6. Вычисляем длину магнита

 (33)

7. Вычисляем сечение магнита:

  (34)

8. Вычисляем внутренний  и наружный диаметры магнита,  задаваясь  k₃=0,3

Внутренний диаметр:

 (35)

Наружный диаметр:

  (36)

Периметр сечения магнита:

Р_м = 3,14 (2,8×10^-2 + 8,7×10^-3) = 11,5×10^-2 м.   (37)

9. Вычисляем магнитные  проводимости для потоков рассеивания: 

а) по длине магнита:

(38)

б) между наружной поверхностью верхнего фланца и торцевой поверхностью керна:

(39)

в) между поверхностью керна  и внутренней поверхностью верхнего фланца:

(40)

10. Вычисляем  полную  проводимость магнитной цепи:

(41)

11. Вычисляем отношение  B/H:

  (42)

12. Магнитная индукция  в нейтрали равна 0,2 Вб/м².

13. Вычисляем индукцию  в зазоре магнитной цепи:

 (43)

4 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

4.1 Выбор типа преобразователя

Наиболее распространенная конструкция обычной электродинамического преобразователя показана на рисунке 7. В кольцевом воздушном зазоре магнитной цепи, состоящей из постоянного магнита 7, верхнего 6 и нижнего 8 фланцев, керна 10, составляющих магнитопровод, в радиальном направлении проходит постоянный магнитный поток. В этом зазоре центрирована так называемая звуковая катушка 11, к которой с помощью особо гибких проводников 13 приложено переменное напряжение звуковой частоты. Звуковая катушка обычно имеет четное число слоев обмотки, чтобы ее начало и конец были с одной стороны. Ток, проходя через катушку, взаимодействует с постоянным магнитным потоком и создает электродинамическую силу, приводящую в колебания катушку и скрепленную с ней диафрагму (диффузор) 2. Диффузор, обычно бумажный, представляет собой конус, имеющий в основании окружность или эллипс и прямую или криволинейную образующую. По внешнему краю диффузор имеет гофрированный (верхний) подвес 3. Назначение верхнего подвеса - обеспечить диффузору возможность колебаться поршнеобразно в широком диапазоне частот и увеличить диапазон линейной зависимости сигнала - смещение диффузора. У своей вершины диффузор, а вместе с ним и звуковая катушка удерживаются в коаксиальном относительно воздушного зазора магнитной цепи положении с помощью центрирующей шайбы 4. Эта шайба также гофрированная, охватывает по внутреннему контуру вершину диффузора в месте прикрепления каркаса звуковой катушки, а по внешнему - крепится к специальному кольцу или полке, выполненной на диффузородержателе 5. Последний является основой конструкции головки громкоговорители. Для мощных широкополосных и низкочастотных головок диффузородержатель изготовляют из силумина, а для менее мощных штампуют из листовой стали. Диффузородержатель имеет окна (см. рисунок 7), назначение которых - исключить возникновение стоячих волн с тыльной стороны диффузора. Вершина конуса диффузора заклеена противопылевым колпачком 1, который может изготовляться как из акустически прозрачного материала, так и из акустически непрозрачного, жесткого, как на рисунке . В последнем случае такой колпачок выполняет также функцию дополнительного излучателя для высоких частот и с целью исключения появления компрессии воздуха под ним при больших амплитудах колебании диффузора, и каркасе звуковой катушки делают антикомпрессионные отверстия 12. Для более эффективного отвода тепла от звуковой катушки мощные головки электродинамических преобразователей снабжаются радиатором 9, надеваемым на магнитную систему и имеющим ребра. Такой радиатор выполняет также функции магнитного экрана, уменьшающего магнитный поток рассеяния, и защитной крышки, предохраняющей хрупкий постоянный магнит от случайных повреждений.

Рисунок 7 - Устройство электродинамического преобразователя

Магниты изготавливают из материала с большой магнитной  энергией. В настоящее время в  основном используют три вида материалов. Это - феррит бария марки 2БА для изготовления прессованных кольцевых магнитов. Материал имеет максимальную удельную магнитную энергию 2 ∙ 10⁶ Гс ∙ Э.

В последнее время начали выпускать, хотя и в незначительном объеме, магниты из материала 3,2БА, в  который входит стронций. Его максимальная удельная магнитная энергия составляет 3,2 ∙ 10⁶ Гс ∙ Э, т, е. в 1,6 раза больше, чем у 2БА, что дает возможность при равном объеме магнита получить индукцию в зазоре примерно в раза большую или же иметь магнит в 1,6 раза меньшего объема.

Для литых магнитов применяют  сплавы ЮНДК-24 и ЮНДК-25БА. Из первого  магнита, имеющего максимальную удельную магнитную энергию 4 ∙ 10⁶ Гс ∙ Э, отливают магниты либо в форме колец (полых цилиндров), либо в форме цилиндров, используемых конструктивно как керны. Иногда эти керны отливают с суженной в форме груши верхней частью для уменьшения утечки магнитного потока. Магниты льют также из сплава ЮНДК-25БА с максимальной магнитной энергией 6,4 ∙ 10⁶ Гс ∙ Э. Магниты из него льют только керновые.

Детали магнитопровода (фланцы, керн, если но не является магнитом, полюсный наконечник) желательно делать из магнитомягкого материала с возможно большой  магнитной проницаемостью для уменьшения сопротивления магнитному потоку. Несмотря на то, что такие материалы выпускают (например, пермендюр), из экономических  и технологических соображений  применяют обычные малоуглеродистые стали СТ-3 и СТ-10, не применяя термической  обработки (отжига) деталей из них.

Звуковую катушку изготавливают  из медного провода марки ПЭЛ. Витки ее скрепляют между собой  и каркасом (обычно из кабельной  бумаги) клеем. Редко для звуковых катушек высокочастотных головок  громкоговорителей для уменьшения массы катушки применяют алюминиевый  провод.

Диффузор является важнейшей  частью электродинамического преобразователя. Его форма и материал оказывают  большое влияние на ее характеристики. В настоящее время наиболее употребительный  материал - сульфатная или сульфитная целлюлоза, в некоторых случаях  с определенными добавками. Диффузоры  изготавливают методом литья (осаждения) водной суспензии размытых волокон  целлюлозы на сетку, имеющую форму  диффузора. После просушивания диффузоры  подвергают уплотнению путем прессования.

В последние годы были созданы  электродинамические преобразователи  практически всех типов с плоскими металлическими диффузорами так  называемой сотовой конструкции. Магнитная  система таких головок ничем  не отличается от традиционной, показанной на рисунке . Диффузор таких головок представляет собой два листа алюминиевой фольги (рисунок 8), между которыми расположены поставленные на ребро и изогнутые в виде пчелиных сотов полоски такой же алюминиевой фольги.

 

Рисунок 8 - Эскиз металлического диффузора сотовой конструкции

Весь диффузор собран на клею и представляет собой чрезвычайно  жесткую и легкую конструкцию  круглой или квадратной формы, периметр которой снабжен подвесом, закрепляемым на диффузородержателе. Привод от звуковой катушки к плоскому диффузору осуществляется через легкий металлический усеченный конус, диаметр которого у вершины выбирается в соответствии с диаметром звуковой катушки, а со стороны, обращенной к диффузору, - исходя из распределения изгибных волн на поверхности диффузора. В месте крепления конуса к звуковой катушке прикрепляют центрирующую шайбу (нижний подвес головки). Выбор места прикрепления приводного конуса к диффузору позволяет расширить область поршневого действия диффузора.

5 ПОВЕРКА виброакустического ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО АППАРАТА

Настоящая методика распространяется на измерение ультразвуковой мощности виброакустического терапевтического аппарата с применением измерителя мощности ультразвука типа ИМУ-3.

1. Условия поверки.

При проведении поверки должны соблюдаться следующие условия:

• Температура окружающей среды 20±3 ºС

• Относительная влажность воздуха 65±15%

• Атмосферное давление 750±30 мм рт.ст.

2. Подготовки к поверке.

2.1. Перед проведением поверки должны быть выполнены следующие подготовительные работы

2.1.1. Установить прибор так, чтобы уровень дистиллированной воды совпадал с красными линиями на контрольных окнах прибора.

2.1.2. Установку для определения углового положения чувствительного элемента прибора вставить и сориентировать в горловине прибора так, чтобы ось горловины совместить с осью измерительного устройства, указанной выше установки в соответствии с требованиями, указанными в паспорте Э58-00-00 ПС.

В случае определения угла наклона боковой поверхности  чувствительного элемента прибора  другим методом, изменится методика (описанная в разделе 4 данной методики) определения вышеуказанного параметра.

При применении механических методов определения угла наклона  боковой поверхности чувствительного  элемента прибора необходимо выполнять  следующее требование: измерительное  устройство (предварительно установленное  в положение 45град.) установки указанной  выше, не должно перемещать чувствительный элемент в ванне прибора в направлении сверху вниз при установке и измерении угла наклона.

3. Проведение поверки.

3.1. Внешний осмотр.

3.1.1. При проведении внешнего осмотра должно быть установлено соответствие характеристик, маркировки и обозначении на шкале прибора ИМУ-3 требованиям Э58-00-00 ТУ и Э58-00-00 ПС.

3.2. Определение метрологических параметров.

3.2.1. Установить нуль прибора, потом повернуть ручку по часовой стрелке до упора.

3.2.2. С помощью микрометрического винта установки переместить измерительное устройство ниже точки нулевого положения чувствительного элемента в папке прибора на 3-5 мм.

3.2.3. Установить стрелку отсчета мощности на нулевую отметку шкалы.

3.2.4. С помощью микрометрического  винта переместить измерительное  устройство установки в направлении  снизу вверх до совмещения  стрелки индикатора нулевого  положения с нулевой отметкой  индикатора нулевого положения  поверяемого прибора.

3.2.5. Визуально произвести определение зазора между измерительным устройством и боковой поверхностью чувствительного элемента.

3.2.6. Снять показания измерительного устройства установки. Отклонение угла наклона боковой поверхности чувствительного элемента по отношению к вертикальной оси горловины прибора должно быть не более 3 град.

3.2.7. При определении звукового давления. Создаваемого виброакустическим терапевтическим аппаратом используются калибровочные гири из алюминия, создающие на поверхности чувствительного элемента давление, аналогичное давлению, создаваемому акустическими колебаниями.Определение плотности алюминия производится с погрешностью не более 1% методом гидростатического взвешивания или любым другим прибором, погрешность которого не превышает 5%. Определение плотности производится по формуле

     (1)

где ρ1 – плотность материала, из которого изготовлена заготовка гири;

m1 – вес заготовки гири в воздухе; m2 – вес заготовки гири в воде;

ρ – плотность жидкости; Д – плотность воздуха.

Вес заготовки гири в жидкости определяется с помощью соответствующих  по точности весов, для этого заготовки  градуировочной гири, заготовленной  в соответствии с приложением 2 и с припусками на последующую обработку, погружается в жидкость и подвешивается на тонкой нити к чаше весов.

При погружении градуировочных гирь в дистиллированную воду (или  в любую другую жидкость с учетом ее плотности и изменением формулы (3)) необходимо следить, чтобы на поверхности гирь не было воздушных пузырьков.

3.2.8. Определение веса градуировочных гирь производится по формуле (1), в которую подставляют значение плотности определенное по формуле по п.4.2.9.