Ультразвуковой излучатель медицинский - прошу совета

[Evgen69]

Согласен.
Скорее всего еще нужно учитывать прикладывание головки к "салу"
И замеры проводить в этом состоянии.

[spinach83]

Дроссель в схеме нужен не только для введения схемы в резонанс

Так можно и мозг повредить. Подозреваю что тут уже осторожно надо оговаривать резонанс механический или электрический. При механическом резонансе то электрического не может не быть, а вот наоборот - запросто.
Или я не прав?

И вообще очень сложно рассуждать о чём то, не имея конкретной схемы. Автоподстройка частоты какая там и есть ли она вообще - автор не сказал. Слишком много неопределённостей.

[mikaleus]

По поводу замера с "салом". На резонансную частоту мало сказывается наличие или отсутствие "сала". Но влияние есть. Прежде всего это изменение добротности, т.е. на отдаваемую в "сало" мощность. Это активная составляющая эквивалентного контура.
Но так как скорости звука в пьезоэлементе и в "сале" принципиально разные, то только малая часть энергии передаётся "салу".

По поводу резонансов. Частота механического резонанса самого пьеза в общем случае не совпадает с частотой электрического резонанса параллельного и последовательного. Эти частоты также между собой не совпадают. Частота механического резонанса расположена между частотами параллельного и последовательного электрического резонансов. Наличие дросселя "сближает" эти частоты настолько, что разделить отдельно электрический резонанс параллельный, последовательный или механический резонанс не получится - это и есть оптимальный режим работы для пьезоизлучателя. При этом резко снижается зависимость частоты от акустической нагрузки.

[spinach83]

Но ведь только благодаря последовательному резонансу мы имеем механические колебания? Зачем качать двое качелей если достаточно качать одни - те, на которых "пассажир"? в чём такая оптимальность?

[Falconist]

Уважаемый spinach83, IMHO Вы путаете последовательный/параллельный резонанс с продольными/поперечными колебаниями излучателя.

Возможно, я и ошибаюсь.

[spinach83]

Уважаемый spinach83, IMHO Вы путаете последовательный/параллельный резонанс с продольными/поперечными колебаниями излучателя.

Возможно, я и ошибаюсь.

Щас схему прикреплю из Донского-Кратыша, страница 57, чтоб было что обсуждать.

Я вопрос задал не уяснив для себя, что непосредственно подразумевалось под параллельным резонансом выше, самое трудное у людей - взаимопонимание.

Вот глядя на рисунок имеем в ветке Lм Cм Rп и Rs. Полезная и не очень нагрузка (механическая) увязана через "электромеханический трансформатор" в параметры Rп и Rs, то есть активное сопротивление ветки LмCмRпRs. Последовательный я имел ввиду [Lм Cм]. Параллельный по схеме возникает в элементах - [Lм Cм С]. Вот и непонятно, зачем нужен параллельный, если достаточно последовательного, чтоб в активную нагрузку мощность нормально пошла. На что именно обращать внимание?

[mikaleus]

Механические колебания можно получить и на параллельном резонансе. Правда там мощность акустическая малая (высокое внутреннее сопротивление), НО механически такая система тоже работает.
По поводу последовательного резонанса. Так как там получается наиболее низкое внутреннее сопротивление излучателя, достаточно просто решается вопрос согласования. Но получается и сравнительно низкая добротность системы. Т.е. механические колебания будут, НО они не обязательно будут максимальными по амплитуде!!! А при большой расстройки частоты механические колебания будут иметь значительные отклонения от идеальной синусоиды. Если создать условия близкие к идеальным (когда частота последовательного электрического резонанса будет совпадать с частотой механического резонанса), то синусоидальные колебания будут и при малой подводимой мощности и при большой. В этом случае только при приближении к максимально допустимым значениям амплитуды механических колебаний будут наблюдаться нелинейные искажения.

[mikaleus]

Уважаемый spinach83 в этом месте указана эквивалентная схема преобразования механических величин в электрические только для пьезоэлемента. Дополнительные внешние компоненты электрически резонансной системы не показаны. Например, дроссель, который с ёмкостью С (рис. 3-6) образует колебательный электрический контур, резонансная частота которого должна совпадать с частотой механического резонанса. Иначе возвращаемся к схеме рис. 3-5

[Alex9797]

По поводу резонанса вообще, и механического в частности.

Начнем с привычного большинству на этом форуме - с электрического колебательного контура.

Колебательный контур (неважно, параллельный или последовательный) позволяет увеличить амплитуду сигнала, частота которого равна резонансной. Но это возможно только при условии, что связь колебательного контура с источником сигнала будет достаточно слабой. Кроме того, такой же слабой должна быть связь и с нагрузкой. Иначе добротность контура резко падает, и так же резко падает увеличение амплитуды.

Все это известно из школьной программы. Но я хотел заострить внимание вот на чем. Работа колебательной системы на резонансной частоте увеличивает лишь амплитуду ее колебаний. Но не мощность! При попытке отбора мощности от контура амплитуда резко падает, и при некотором значении нагрузки этому контуру уже пофиг, на какой частоте колебаться. Тем не менее, это еще не значит, что в этом случае он вовсе бесполезен. Он демпфирует колебания, сглаживает углы.
В общем, вы уже догадались, к чему я веду.

Не углубляясь в электрические дебри, перейду сразу к механике.
Работа излучателя на точной резонансной частоте имеет смысл в тех случаях, когда важна амплитуда колебаний. Например - эхолоты, дальномеры, и проч. При этом излучатель работает практически без нагрузки, почти вся мощность расходуется на внутренние потери. Механическая добротность высока, и необходимую амплитуду колебаний получить легко, не особо напрягаясь. Кроме того, для этих применений работа на резонансной частоте важна вдвойне. Ведь этот же датчик является и приемником отраженного сигнала. Конечно, амплитуда принятого сигнала будет выше, если частота сигнала резонансная, и выше будет чувствительность датчика в целом.

Но, если требуется передача мощности от излучателя к некоторому объекту, который эту мощность поглощает, то можно не напрягаться по поводу резонансной частоты датчика. От него требуется только механическая прочность, которая позволит передать эту мощность. Ну, и важные параметры - допустимая амплитуда колебаний, и плотность излучаемой мощности.

В реальных условиях, для получения максимальной эффективности, намного важнее резонансная частота не самого излучателя, а объекта воздействия.

Впрочем, сказанное не означает, что резонансную частоту излучателя надо игнорировать, и на любой датчик подавать любую частоту. Конечно, геометрия датчика должна быть оптимизирована под рабочий диапазон частот. Просто нет смысла ловить десятки герц.

Ну, и напоследок можно вспомнить, как зависит ширина полосы пропускания контура от добротности. Чем выше добротность, тем уже полоса пропускания. А если добротность уменьшается, то полоса становится шире, пока не вырождается в горизонтальную прямую. А это как раз и соответствует работе колебательной системы на нагрузку с большим затуханием, и означает, что частота может выбираться в очень широких пределах, без ущерба или выигрыша в мощности.

[mikaleus]

Хотелось бы отметить, что скорости звука в "сале" значительно отличается от скорости звука в пьезоэлементе (на порядок). Поэтому, как и в оптике, тут будет отражение от излучаемой поверхности (ОБЯЗАТЕЛЬНО). Т.е. отбор мощности в "сало" малый по сравнению с тем, что может отдать пьезоэлемент на согласованную нагрузку.
По поводу резонанса не надо думать, что в данном случае речь идёт о высокой добротности и борьбы идёт за десятки герц. Речь идёт о низкой добротности системы, НО даже в этом случае система остаётся резонансной и увеличение амплитуды в 2-3 раза даёт существенный прирост для возможности направить акустическую мощность в среду. Кстати, эхолоты и дальномеры работают на резонансе, но со значительным снижением добротности (практически принудительным) для формирования одиночного импульса. НО всё-таки оставляют формирование акустического импульса резонансным способом.