SIESTEM DE CONVERSIE ELECTROACUSTICA

Echipamentele, utilajele si instalatiile tehnologice cu activare ultrasonica se bazeaza, in prezent, pe conversia electroacustica, pornind de la energia electrica disponibila la retea ca forma primara (istoric, s-au realizat initial dispozitive de conversie mecanoacustica).

Structura de principiu a sistemului de conversie electroacustica (Fig 1)cuprinde:

Fig 1: f_US (2) (3)

_{50 Hz} (1) ~ 

_R

_E G_US ~

_T

_I

_A

_{FIXARE MECANICA}

_{Amplitudine de}

_vibratie

l/4

_NOD

A_0VENTRU A₁

1. Generator de ultrasunete (denumire uzuala dar oarecum improprie) : modulul functional capabil sa "prelucreze" parametrii energiei electrice disponibile la retea (tensiune, frecventa, nr faze etc)astfel incat sa furnizeze la iesire un semnal electric compatibil cu conditiile necesare alimentarii traductorilor electroacustici, la rezonanta.
2. Traductor electroacustic (tehnologie specifica sistemelor electroacustice, conf STAS 6533-71) : convertorul de energie, care transforma cu un randament convenabil energia electrica (furnizata de G_US 1) in energie acustica (mecanica) radianta.
3. Ghid de unda (transformator acustic): element de adaptare acustica in scopul realizarii unei legaturi mecano-acustice eficiente intre transductor(emitator) si mediul activat ultrasonic (receptor), adaptand parametrii energiei acustice (intensitate, amplitudine) corespunzator cerintelor aplicatiei tehnologice, in conditiile unor pierderi minime de energie si unei stabilitati de functionare maxime. De regula, extremitatea ghidului de unda aflata in contact cu mediul activat ultrasonic este SCULA DE LUCRU (monobloc sau demontabila prin cuplaj mecano-acustic).

Prin pozitia sa in lantul conversiei electroacustice, TRANSDUCTORUL constituie elementul esential al echipamentului.

Marimi caracteristice ale campului ultrasonic.

Generalitati. Definitii.

Termenul de "ultrasunete" este folosit ca denumire a vibratiilor (oscilatiilor) mecanice ale particulelor unui mediu elastic- fluid sau solid- avand frecventa superioara limitei audibile (localizata in general intre MHz si Mhz). Limita superioara a domeniului de frecventa a ultrasunetelor este considerata valoarea de 100 MHz; vibratiile mecanice avand frecvente mai mari (chiar pana la 10⁸ MHz, dupa unii autori) sunt denumite uzual " lupersunete"(Fig 1).

Vibratiile mecanice sunt miscari ciclice (periodice sau aperiodice) efectuate de un corp (punc material) de o parte si de alta a unei pozitii de echilibru, pe baza transformarii succesive a energiei cinetice in energie potentiala si reciproc.

Sistemul oscilant capabil sa genereze vibratii mecanice in domeniul frecventelor ultrasonore este denumit "sursa acustica" (emitator).

Fenomenul de propagare a unei perturbatii in mediul elastic, din aproape in aproape, cu viteza finita se numeste "unda elastica" sau "unda mecanica". In acest proces are loc numai un transport  de enegie (miscare) si nu de substanta (particular)

z(x,t)=f(t-x/c)

Sistemul oscilant mecanic elementar

F_i = -m d²x/dt²

F_r = - r dx/dt

F_e = - k x

Pt echilibru : F(t)= F_i+F_r+F_e

r

m

F(t)=F₀ sin wt

K 0x

F_i 

F_rF(t)

F_e

t

Regim permanent armonic: oscilatiile mecanice intretinute de forta perturbatoare periodica F(t) (transmite energie din exterior sist osc). Ec dif de miscare (1) : (liniara, neomogena , ord 2)

B

(d²x/dt² )+2 (dx/dt) + w₀² x= (F₀/m) sin wt (1)d=0

d= r/(2m)-coeficient de amortizare

w₀ = √(k/m)= 2Pn₀- pulsatoe proprie

m[kg] - masa (element inertial)

r[kg/s] - rez mec (element disipativ) d_r

k[N/m] - coef de elast (element elastic)

1

solutia generala a ec dif (1):

Q_m=w_r/(2d)>>1 0 1 w w_r

x= A e ^-dt sin (w₁t-j) + B sin(wt-y) (2)

w₁ w₀² d²) - pseudopulsatia sist osc

x(t)= compunere osc libere amortizate(A) cu osc fortate impuse de F(t) (B)

t=1/d - timp de relaxare de la regimul tranzitoriu (A) la regimul stationar (B)

REZONANTA: amplitudinea B a miscarii osc ia o valoare max pt w w_R w₀² d²

IMPEDANTA MEC. complexa a sist osc

g c S=Z_m=F/v= R_m + j X_m

R_m= r

X_m= w m- k/w [kg/s]

Specif: z=g c [kg/(m² s)]

Intelegem prin camp acustic o portiune din spatiu caracterizata prin interactiuni substantiale generate de efectele inertiale, elastice si disipative ale materiei sub incindenta fenomenelor oscilatorii ( N.B.-sunetul nu se propaga in vid. Propagarea poate avea loc doar prin interactiuni intre portiunile de substanta).

Ecuatia undelor sonore ce se propaga in mediu elastic:

(cazul unidirectional = )unde

Ф(x,y,z,t)- potential scalar al campului acustic;

operatorul Laplace pt lichide( fluide)

unde

Y [N/m2]- modul de elasticitate longitudinal;

,,- viteze de propagare in gaze,

lungimea de unda.

Exemple: c[m/s]  Al- 5120

Ol- 5030

Cauciuc moale- 70

Beton- 3100

Apa - 1483

Aer-342.6