RU2620709C2 - Method of experiment for implementating and monitoring acoustic processes in liquid medium and device for its implementation - Google Patents
Method of experiment for implementating and monitoring acoustic processes in liquid medium and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620709C2 RU2620709C2 RU2015139637A RU2015139637A RU2620709C2 RU 2620709 C2 RU2620709 C2 RU 2620709C2 RU 2015139637 A RU2015139637 A RU 2015139637A RU 2015139637 A RU2015139637 A RU 2015139637A RU 2620709 C2 RU2620709 C2 RU 2620709C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic
- vibrations
- piezoelectric element
- ultrasonic
- linear acoustic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/18—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B23/06—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics
- G09B23/14—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for acoustics
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике эксперимента, а именно к способам проведения эксперимента с использованием процессов нелинейной акустики. Использование предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволяет апробировать множество технологических процессов, таких, например, как очистка деталей, эмульгирование несмешивающихся жидкостей, ускорение химических реакций, и получить научные обоснования условий существования таких физических явлений, как кавитация, акустические течения, радиационное акустическое давление и других, неразрывно связанных с нелинейными акустическими процессами.The invention relates to experimental techniques, and in particular, to methods for conducting an experiment using non-linear acoustic processes. Using the proposed method and device for its implementation allows you to test many technological processes, such as cleaning parts, emulsification of immiscible liquids, accelerating chemical reactions, and to obtain scientific justification of the conditions of existence of such physical phenomena as cavitation, acoustic currents, radiation acoustic pressure and others, inextricably linked to non-linear acoustic processes.
Уровень техникиState of the art
Основными способами возбуждения низкочастотных колебаний жидкости, применяемыми в настоящее время, являются гидродинамический (сирены и свистки), электромагнитный и электродинамический («подводный динамик»), а также использование пьезокерамических излучателей. Однако ни один из этих способов не обладает широкополосностью в диапазоне частот от единиц герц до десятков и сотен тысяч килогерц.The main methods of exciting low-frequency fluid oscillations that are currently used are hydrodynamic (sirens and whistles), electromagnetic and electrodynamic ("underwater speaker"), as well as the use of piezoceramic emitters. However, none of these methods has broadband in the frequency range from units of hertz to tens and hundreds of thousands of kilohertz.
Известен способ проведения эксперимента по осуществлению и наблюдению акустических процессов в проточной жидкой или газовой среде (патент RU 2149712, дата публ. 27.05.2000, МПК B06B 1/18). Способ включает в себя технологический процесс в проточной жидкой или газовой среде и формирование линейных акустических колебаний посредством устройства для излучения линейных акустических колебаний. В среде присутствуют нелинейные акустические колебания, взаимодействующие с линейными акустическими колебаниями среды. При этом линейные акустические колебания формируют истечением среды через одно отверстие прямоугольного сечения, имеющего ширину меньше высоты, с частотой, определяемой произведением числа оборотов подвижного ротора и числа импульсов в среде за один оборот ротора излучателя акустических колебаний. Частотный диапазон импульсных возбуждений среды согласуют с технологическим процессом.There is a method of conducting an experiment on the implementation and observation of acoustic processes in a flowing liquid or gas medium (patent RU 2149712, publication date 27.05.2000, IPC
Недостатками данного способа являются недостаточно широкий для проведения экспериментов частотный диапазон, ограниченный сверху частотой не выше 10 кГц, и невозможность возбуждения колебаний в стоячей жидкости, не вызывая ее движения.The disadvantages of this method are not wide enough for experiments, the frequency range limited from above by a frequency of not higher than 10 kHz, and the inability to excite oscillations in a standing fluid without causing its movement.
Известен гидроакустический излучатель (патент RU №2131173, дата публ. 27.05.1999, МПК H04R 1/44), содержащий стержневой пьезоэлемент и армирующую стяжку, жестко соединенные с тыльной накладкой, переднюю накладку, выполненную как одно целое с гибкой пассивной вставкой, имеющей форму стакана, с дном которого соединена массивная пассивная вставка, заключенные в герметичный корпус, кроме того, массивная пассивная вставка выполнена в виде полого толстого цилиндра с жесткой перегородкой, перпендикулярной его оси, при этом внутренний диаметр цилиндра больше наружного диаметра гибкой вставки и пьезоэлемента, а перегородка одной поверхностью соединена с торцом пьезоэлемента, а другой - с наружной поверхностью дна стакана гибкой вставки, с внутренней поверхностью которого соединена армирующая стяжка.Known sonar emitter (patent RU No. 21131173, publication date 05/27/1999, IPC
Недостатками данного гидроакустического излучателя являются недостаточно широкий диапазон частот возбуждаемых колебаний и техническая сложность устройства.The disadvantages of this sonar emitter are not wide enough frequency range of the excited oscillations and the technical complexity of the device.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является цилиндрический электроакустический преобразователь (патент RU 2130238, дата публ. 10.05.1999, H04R 17, H04R 1/44), содержащий соосно расположенные цилиндрические пьезоэлементы, акустически разъединенные по торцам, совершающие радиальные колебания, и жестко связанный с ними согласующий элемент из твердого материала с круговой канавкой, расположенной на внутренней его поверхности в плоскости, лежащей между пьезоэлементами, кроме того, преобразователь снабжен излучающей цилиндрической оболочкой из акустически мягкого материала с низкой скоростью звука, внутренняя поверхность которой жестко соединена с внешней поверхностью согласующего элемента, внешний радиус излучающей цилиндрической оболочки в 2,5-3,0 раза больше внешнего радиуса цилиндрических пьезоэлементов, причем цилиндрические пьезоэлементы выполнены с попарно-встречными разрезами в продольном направлении, длина которых больше половины высоты пьезоэлемента, а высота боковой поверхности согласующего элемента, обращенной к цилиндрической оболочке, в 2,5-3,0 раза меньше высоты боковой поверхности согласующего элемента, обращенной к цилиндрическим пьезоэлементам.The closest in technical essence and the technical result achieved is a cylindrical electro-acoustic transducer (patent RU 2130238, publication date 05/10/1999, H04R 17,
Недостатками данного цилиндрического электроакустического преобразователя являются сложность его изготовления и недостаточно широкий диапазон рабочих частот.The disadvantages of this cylindrical electro-acoustic transducer are the complexity of its manufacture and an insufficiently wide range of operating frequencies.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение частотного диапазона до сотен килогерц(1). и получение возможности работы в стоячей жидкости, не вызывая ее движения(2).The technical result of the invention is the expansion of the frequency range to hundreds of kilohertz (1). and getting the opportunity to work in standing fluid without causing its movement (2).
Указанный технический результат (1 и 2) достигается тем, что в способе проведения эксперимента по осуществлению и наблюдению акустических процессов в жидкой среде, заключающемся в формировании линейных акустических колебаний при присутствии в среде нелинейных акустических колебаний, взаимодействующих с линейными акустическими колебаниями, согласно изобретению в стоячей среде нелинейные акустические колебания получают путем создания в ней ультразвуковых колебаний интенсивностью более 1 Вт / кв. см, а линейные акустические колебания формируются путем амплитудной модуляции используемых ультразвуковых колебаний.The specified technical result (1 and 2) is achieved by the fact that in the method of conducting an experiment on the implementation and observation of acoustic processes in a liquid medium, which consists in the formation of linear acoustic vibrations in the presence in the medium of non-linear acoustic vibrations interacting with linear acoustic vibrations, according to the invention in a standing nonlinear acoustic vibrations are obtained by creating ultrasonic vibrations in it with an intensity of more than 1 W / sq. cm, and linear acoustic vibrations are formed by amplitude modulation of the ultrasonic vibrations used.
Технический результат (1, 2) достигается также тем, что для реализации предлагаемого способа используют электроакустический преобразователь, содержащий цилиндрический пьезоэлемент, акустически разъединенный с корпусом, согласно изобретению пьезоэлемент электрически соединен с ультразвуковым генератором, работающим на резонансной частоте пьезоэлемента, при этом пьезоэлемент совершает осевые (по толщине) колебания, причем акустический контакт с жидкостью имеет только одна сторона пьезоэлемента, а модулятор собран по схеме, позволяющей изменять амплитуду выходного напряжения ультразвукового генератора с заданной частотой и формой.The technical result (1, 2) is also achieved by the fact that to implement the proposed method, an electro-acoustic transducer is used, containing a cylindrical piezoelectric element acoustically disconnected from the housing, according to the invention, the piezoelectric element is electrically connected to an ultrasonic generator operating at the resonant frequency of the piezoelectric element, while the piezoelectric element makes axial ( in thickness) oscillations, moreover, only one side of the piezoelectric element has acoustic contact with the liquid, and the modulator is assembled according to the scheme, allowing th change the amplitude of the output voltage of the ultrasonic generator with a given frequency and shape.
В предлагаемом изобретении выбор в пользу использования несущей частоты ультразвукового диапазона позволяет надежно возбуждать нелинейные акустические колебания, что и приводит к «детектированию» амплитудно-модулированных колебаний и формированию низкочастотной составляющей, равной частоте модуляции. При этом нижняя граница возникающих низкочастотных колебаний равна единицам герц, а верхняя - до 0,1 значения несущей частоты.In the present invention, the choice in favor of using the carrier frequency of the ultrasonic range allows you to reliably excite nonlinear acoustic waves, which leads to the "detection" of amplitude-modulated waves and the formation of a low-frequency component equal to the modulation frequency. In this case, the lower boundary of the arising low-frequency oscillations is equal to units of hertz, and the upper limit is up to 0.1 of the carrier frequency.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации способа проведения эксперимента по осуществлению и наблюдению акустических процессов в жидкой среде.In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing a method for conducting an experiment on the implementation and observation of acoustic processes in a liquid medium.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Предлагаемый способ проведения эксперимента по осуществлению и наблюдению акустических процессов в жидкой среде осуществляется следующим образом: в металлическом сосуде цилиндрической формы диаметром 28 мм и высотой 800 мм, наполненном водой, возбудили незатухающие ультразвуковые колебания частотой 1,66 МГц интенсивностью 2 Вт / кв. см. Частоту модуляции изменяли от 10 Гц до 150 кГц. На осциллографе, подключенном к гидрофону, погруженному в сосуд, наблюдали форму кривых акустического давления в сосуде. Эксперимент показал соответствие кривых модулирующему сигналу. Кроме огибающих, был зафиксирован шум, вызываемый кавитационными процессами в жидкости.The proposed method for conducting an experiment on the implementation and observation of acoustic processes in a liquid medium is as follows: in a metal vessel of cylindrical shape with a diameter of 28 mm and a height of 800 mm filled with water, undamped ultrasonic vibrations with a frequency of 1.66 MHz and an intensity of 2 W / sq. see. The modulation frequency was changed from 10 Hz to 150 kHz. On the oscilloscope connected to the hydrophone immersed in the vessel, the shape of the acoustic pressure curves in the vessel was observed. The experiment showed the correspondence of the curves to the modulating signal. In addition to envelopes, noise was recorded caused by cavitation processes in the liquid.
Устройство для реализации способа проведения эксперимента по осуществлению и наблюдению акустических процессов в жидкой среде (Фиг. 1) состоит из цилиндрического корпуса 1, жидкой среды 2, цилиндрического пьезоэлемента 3, гидро- и звукоизолирующей прокладки 4, генератора 5 ультразвуковой частоты, модулятора 6 и источника питания 7.A device for implementing the method of conducting an experiment on the implementation and observation of acoustic processes in a liquid medium (Fig. 1) consists of a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Включают источник питания 7, генератор 5 ультразвуковой частоты самовозбуждается на резонансной частоте пьезоэлемента 3, отчего благодаря осевым колебаниям пьезоэлемента 3 в жидкой среде 2, находящейся в корпусе 1, возникают незатухающие колебания. Модулятор 6 с помощью внешних регулировок - ручных или от управляющего микроконтроллера (не показаны) осуществляет изменение амплитуды выходного напряжения генератора 5. Благодаря нелинейным акустическим процессам происходит «детектирование» ультразвуковых колебаний и в жидкой среде 2 возникают колебания, повторяющие форму напряжения модулятора 6. Гидро- и звукоизолирующая прокладка 4 служит для разделения сред и предотвращает утечку акустической энергии на корпус 1. Испытания показали, что при значении ультразвуковой частоты 1,66 МГц в жидкости можно получить акустические колебания в диапазоне от 10 Гц до 150 кГц.The
По данным научно-технической и патентной литературы, авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленных задач, и эти решения не вытекают с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технических решений уровню изобретений.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving the objectives, and these solutions do not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that technical solutions correspond to the level of inventions.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015139637A RU2620709C2 (en) | 2015-09-17 | 2015-09-17 | Method of experiment for implementating and monitoring acoustic processes in liquid medium and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015139637A RU2620709C2 (en) | 2015-09-17 | 2015-09-17 | Method of experiment for implementating and monitoring acoustic processes in liquid medium and device for its implementation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015139637A RU2015139637A (en) | 2017-03-22 |
RU2620709C2 true RU2620709C2 (en) | 2017-05-29 |
Family
ID=58454801
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015139637A RU2620709C2 (en) | 2015-09-17 | 2015-09-17 | Method of experiment for implementating and monitoring acoustic processes in liquid medium and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620709C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112037623B (en) * | 2020-07-14 | 2024-11-29 | 杭州瑞利超声科技有限公司 | Focusing ultrasonic standing wave suspension teaching demonstration instrument |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1747929A1 (en) * | 1989-10-05 | 1992-07-15 | А.К. Бровцын | Ultrasonic device for studying liquids |
RU2130238C1 (en) * | 1996-08-08 | 1999-05-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН | Cylindrical electroacoustic transducer |
RU2186634C2 (en) * | 2000-08-28 | 2002-08-10 | Шилин Виктор Васильевич | Waveguide for transmitting mechanic oscillations |
RU2237980C1 (en) * | 2003-07-16 | 2004-10-10 | Закрытое акционерное общество "Взлет" | Electroacoustic controlled-frequency transducer |
RU44547U1 (en) * | 2004-09-09 | 2005-03-27 | Кошкур Олег Николаевич | ELECTRO-ACOUSTIC TRANSMITTER AND ULTRASONIC RADIATOR (OPTIONS) |
RU2316804C2 (en) * | 2005-08-29 | 2008-02-10 | ООО "Ультразвуковая техника" | Method for automatically regulating operation of ultrasound technological device and ultrasound technological device for realization of the method |
-
2015
- 2015-09-17 RU RU2015139637A patent/RU2620709C2/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1747929A1 (en) * | 1989-10-05 | 1992-07-15 | А.К. Бровцын | Ultrasonic device for studying liquids |
RU2130238C1 (en) * | 1996-08-08 | 1999-05-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН | Cylindrical electroacoustic transducer |
RU2186634C2 (en) * | 2000-08-28 | 2002-08-10 | Шилин Виктор Васильевич | Waveguide for transmitting mechanic oscillations |
RU2237980C1 (en) * | 2003-07-16 | 2004-10-10 | Закрытое акционерное общество "Взлет" | Electroacoustic controlled-frequency transducer |
RU44547U1 (en) * | 2004-09-09 | 2005-03-27 | Кошкур Олег Николаевич | ELECTRO-ACOUSTIC TRANSMITTER AND ULTRASONIC RADIATOR (OPTIONS) |
RU2316804C2 (en) * | 2005-08-29 | 2008-02-10 | ООО "Ультразвуковая техника" | Method for automatically regulating operation of ultrasound technological device and ultrasound technological device for realization of the method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015139637A (en) | 2017-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113453792B (en) | Bubble generating device | |
CN108722326B (en) | Vibration assembly, beauty device with vibration assembly and using method of beauty device | |
JP2013517100A (en) | Apparatus and system for generating high frequency shock waves and method of use | |
JP7359304B2 (en) | Air bubble generator and air bubble generation system | |
RU2325959C2 (en) | Hydrodynamic generator of ultrasonic acoustic vibrations and method of its generating | |
JP4036287B2 (en) | Ultrasonic cleaning equipment | |
CN109316328B (en) | Cosmetic device | |
RU2620709C2 (en) | Method of experiment for implementating and monitoring acoustic processes in liquid medium and device for its implementation | |
JP7180749B2 (en) | bubble generator | |
CN111346292B (en) | Microfluidic system and method of operation | |
JP2017196546A (en) | Gas introduction device and gas introduction method | |
US20210308676A1 (en) | Microfluidic system and operation method thereof | |
US6489707B1 (en) | Method and apparatus for generating acoustic energy | |
JP4512178B2 (en) | Ultrasonic cavitation generator | |
EP3164191A1 (en) | Method and apparatus for effecting alternating ultrasonic transmissions without cavitation | |
CN108787408B (en) | Low-frequency pulse vibration generator | |
Hasegawa et al. | Modeling and performance evaluation of an ultrasonic suction pump | |
Gâmbuteanu et al. | Principles and effects of acoustic cavitation | |
Maghami et al. | Analysis of excitation signal characteristics associated with energy-efficient acoustic cavitation | |
JP5175328B2 (en) | Medical ultrasonic transducer | |
RU2286205C1 (en) | Cavitation reactor | |
RU2109095C1 (en) | Ultrasonic device for washing, mainly, textiles | |
Khmelev et al. | Pulse mode of the electronic generator of the ultrasonic technological apparatus | |
Aikawa et al. | 1Pb4-3 Relation between thresholds of free-radical generation and atomization under ultrasound exposure | |
Vanhille et al. | A numerical study of the formation of a conical cavitation bubble structure at low ultrasonic frequency |