ЧТО ТАКОЕ МАГНЕТИЗМ

МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Явление магнитострикции ферромагнитных материа­лов, с которым мы уже познакомились, успешно исполь­зуется для получения мощных ультразвуков. Ультразву­ки — это звуки очень высокой частоты, неслышимые чело­веческим ухом [6]). Они нашли широкое применение в тех­нике для подводной сигнализации, определения глубин моря и т. п. До самого последнего времени ультразвуки получали с помощью колеблющихся кристаллов кварца или сегнетовой соли. Однако таким способом не удавалось

Получать мощных ультразвуков. Для этого решили использовать магнитострикцию.

Если ферромагнитный стер­жень поместить в переменное маг­нитное поле, например, в катушку, обтекаемую переменным электри­ческим током, то в стержне вслед­ствие магнитострикции будут воз­буждаться механические колеба­ния. Подбирая частоту колебаний магнитного поля (путем регули­ровки частоты переменного тока), можно настроить стержень в ре­зонанс и резко увеличить размах механических колебаний стержня. Эти колебания вызывают в жидко­сти ультразвуковые волны. Уль­тразвук можно обнаружить по появлению вспучивания или даже фонтанчика на поверхности жидкости (рис. 36).

Магнитострикционный излучатель может служить и приёмником ультразвука. В самом деле, при давлении ультразвуковых волн на поверхность ферромагнитного стержня в нём возникают механические напряжения, ко­торые, как мы уже знаем, вызывают изменения намагни­
ченности в стержне (часто это явление называют обрат­ным магнитострикционным эффектом). Тогда и в катушке, внутри которой находится стержень, индуцируется пере­менный ток. После соответствующего усиления он реги­стрируется прибором. Наибольшая чувствительность бу­дет тогда, когда частота колебаний приходящих ультра­звуковых сигналов близка к собственной частоте механи­ческих колебаний стержня, то-есть при резонансе.

Таким образом, магнитострикционный стержень можно рассматривать как прибор, с помощью которого электрические колебания превращаются в механические, и наоборот. Поэтому такой стержень называют магнито­стрикционным преобразователем. В качестве материала для магнитострикционных преобразователей применяется в большинстве случаев никель, обладающий хорошими магнитострикционными свойствами.

Одним из первых применений магнитострикционных преобразователей был эхолот, служащий для измерения глубины морского дна. В таком приборе магнитострикцион­ный преобразователь крепится к днищу корабля и даёт кратковременный ультразвуковой импульс, направленный вертикально вниз (рис. 37). Волна отражается от дна и в виде эхо принимается этим же преобразователем. По вре­мени между излучением ультразвукового импульса и приёмом эхо узнают о глубине моря; последняя стсчиты - вается непосредственно на шкале эхолота.

Этим методом можно также обнаруживать различные предметы, находящиеся в воде. Корпуса подводных и над­водных судов, киты и стаи рыб, заросли водорослей, рез­кие неоднородности температуры воды или её солёности вызывают своеобразное эхо.

Мощные магнитострикционные излучатели ультразвука в настоящее время используются также для воздействия на плавку металлов, на химические реакции, биологиче­ские процессы и в других случаях.

На принципе магнитострикционного преобразователя основан так называемый магнитоупругий метод измерения механических напряжений в деталях машин. Мы знаем, что под действием механических напряжений намагничен­ность ферромагнетиков изменяется. Это явление исполь­зуется в приборах для исследования деформаций и напряжений, а также различного рода усилий и давлений. Такого рода приборы (их называют магнитоупругими дат­чиками) иногда применяют в промышленности для опре­деления усилий, возникающих в различных деталях ма­шин, в фермах мостов, в отдельных частях самолё­тов и т. д.

На рис. 38 изображена одна из простейших конструк­ций магнитоупругого датчика. Полоска пермаллоя с двумя обмотками прикрепляется каким-либо способом к рабо­тающей детали машины. Первая обмотка питается пере­менным током, в результате чего пермаллоевая полоска намагничивается. Во второй, измерительной обмотке воз­никает индукционный ток, который измеряется специаль­ным прибором. Если теперь деталь начнёт деформиро­ваться, то вместе с ней будет деформироваться и датчик, что приведёт к изменению намагниченности полоски, а следовательно, и к изменению индукционного тока во второй обмотке датчика. По этим изменениям индукцион­ного тока и определяют величину и характер деформаций,

Мзме/7£//77е/7бная аЯмоша

Намагничивающая Абмотка

Рис. 38. Магнитоупругий датчик для измерения деформаций и механиче­ских напряжений в деталях машин.

А отсюда и напряжений в деталях машин. Этот метод измерения механических напряжений отличается большой чувствительностью и может быть использован для изуче­ния напряжений, изменяющихся во времени.