RU2086007C1

RU2086007C1 - Method for generation of sound wave

Info

Publication number: RU2086007C1
Application number: RU94021739A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Александрович Марков
Original assignee: Геннадий Александрович Марков
Priority date: 1994-06-08
Filing date: 1994-06-08
Publication date: 1997-07-27

Abstract

FIELD: sound instruments. SUBSTANCE: magnetic field oscillations are converted into mechanical vibration by means of running electric current through solenoid with multiple winding keeping condition of relative compensation of magnetic fields of layers in solenoid caused by one or two conductors. Mechanical vibration which is generated travels along solenoid axis and are detected with sound wave receiver. When one conductor is used solenoid layers have opposite direction of winding. EFFECT: increased functional capabilities. 3 cl

Description

Изобретение относится к области акустики. The invention relates to the field of acoustics.

Известен способ генерации звуковой волны путем пропускания переменного тока через обмотку возбуждения, намотанную на стержень из магнитострикционного материалов, имеющий также обмотку поляризации (авт.св. 267238, кл. B 06 B 1/08, 1970). A known method of generating a sound wave by passing alternating current through an excitation winding wound on a rod of magnetostrictive materials, which also has a polarization winding (ed. St. 267238, class B 06 B 1/08, 1970).

Данный способ характеризуется генерацией звуковой волны за счет возбуждения вибраций стержня. This method is characterized by the generation of a sound wave due to the excitation of vibrations of the rod.

Техническим эффектом от использования изобретения является разработка способа генерации звука путем создания нового типа излучателя, не имеющего вибрирующих частей. The technical effect of using the invention is to develop a method for generating sound by creating a new type of emitter that does not have vibrating parts.

Данный эффект достигается за счет того, что преобразуют колебания магнитного поля в механические колебания путем пропускания электрического тока через соленоид с многослойной намоткой при условии взаимной компенсации магнитного поля слоев соленоида, образованных одним или двумя проводниками, а полученные механические колебания, распространяющиеся по оси соленоида, регистрируют приемником звуковых волны, причем в случае использования одного проводника слои соленоида имеют противоположное направление намотки. This effect is achieved due to the fact that the magnetic field is converted into mechanical vibrations by passing an electric current through a solenoid with multilayer winding, provided that the magnetic field of the solenoid layers formed by one or two conductors is mutually compensated, and the obtained mechanical vibrations propagating along the axis of the solenoid are recorded a sound wave receiver, and in the case of using a single conductor, the layers of the solenoid have the opposite direction of winding.

Кроме того, при использовании двух проводников слои соленоида имеют одинаковое направление намотки и противоположное друг другу обозначение выводов или наоборот. In addition, when using two conductors, the layers of the solenoid have the same direction of winding and the opposite designation of the conclusions or vice versa.

Сущность способа заключается в следующем: обычно при пропускании электрического тока через соленоид вокруг него создается магнитное поле, значение ЭДС которого, наведенной в контуре, пропорционально скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот соленоид. Таким образом, согласно законам электромагнитной индукции происходит преобразование электрической энергии в магнитную и обратно в электрическую. The essence of the method is as follows: usually, when an electric current is passed through a solenoid, a magnetic field is created around it, the EMF value of which is induced in the circuit is proportional to the rate of change of the magnetic flux penetrating this solenoid. Thus, according to the laws of electromagnetic induction, electric energy is converted into magnetic energy and vice versa into electrical energy.

Способ намотки соленоида согласно изобретению отличается от классического. При пропускании электрического тока через соленоид в первом случае, т. е. когда обмотка состоит из одного проводника, намотанного так, что каждый слой витков наматывается в противоположном друг другу направлении, происходит взаимная компенсация магнитных послей, поэтому датчики магнитного поля, помещенные вокруг соленоида, регистрируют отсутствие магнитного поля и преобразования энергии тока в магнитное поле не происходит, соответственно отсутствует и преобразование магнитного поля в электрический ток. Но часть энергии, идущей на компенсацию магнитных полей, преобразуются в механические колебания, распространяющиеся вдоль продольной оси соленоида, которые и регистрируются приемником звуковых колебаний. При пропускании электрического тока через соленоид во втором случае, т.е. когда все слои обмотки намотаны в одну сторону, а ток пропускают в каждом слое в противоположных направлениях друг другу, что также обеспечивает взаимную компенсацию магнитных полей каждого слоя обмотки, соответственно, как и в первом случае, часть энергии электрического тока преобразуется в механические колебания. Механические колебания такого рода можно формировать в потоки с высокой плотностью энергии в широком диапазоне частот (1-10⁶ Гц).The method for winding a solenoid according to the invention differs from the classical one. When an electric current is passed through a solenoid in the first case, i.e., when the winding consists of one conductor wound so that each layer of turns is wound in the opposite direction to each other, mutual compensation of magnetic fields occurs, therefore, magnetic field sensors placed around the solenoid register the absence of a magnetic field and the conversion of current energy into a magnetic field does not occur, respectively, there is no conversion of the magnetic field into an electric current. But part of the energy used to compensate for the magnetic fields is converted into mechanical vibrations propagating along the longitudinal axis of the solenoid, which are recorded by the receiver of sound vibrations. When passing an electric current through a solenoid in the second case, i.e. when all layers of the winding are wound in one direction, and the current is passed in each layer in opposite directions to each other, which also provides mutual compensation of the magnetic fields of each layer of the winding, respectively, as in the first case, part of the energy of the electric current is converted into mechanical vibrations. Mechanical vibrations of this kind can be formed into flows with a high energy density in a wide frequency range (1-10 ⁶ Hz).

Практическая применимость способа подтверждается следующими примерами. The practical applicability of the method is confirmed by the following examples.

Пример 1. Брали два намоточных провода в эмалевой изоляции диаметром 0,1 см и изготавливали соленоид следующим образом. Вначале первым проводом намотали 100 витков на цилиндрический каркас диаметром 3 см и длиной 12 см. Затем на этот слой намотали 100 витков вторым проводом, но в противоположном направлении, а на этот слой еще намотали 100 витков первым проводом и также с противоположным направлением. В конечном итоге были намотаны 500 витков первым проводом и 500 витков вторым проводом. Начальные и конечные выводы обмоток соединяют вместе, в результате чего обмотки включаются параллельно. Далее в соленоиде и на расстоянии в 3, 6, 10, 15 см от него были размещены датчики, регистрирующие появление ЭДС. На расстоянии 3, 10, 30, 100, 200 и 300 см от торца соленоида вдоль его продольной оси были размещены датчики для регистрации звуковых колебаний. Затем подавали переменный ток силой 4,5 А на обе обмотки соленоида и производили замеры ЭДС на датчиках. Example 1. We took two winding wires in enamel insulation with a diameter of 0.1 cm and made a solenoid as follows. First, the first wire was wound 100 turns on a cylindrical frame with a diameter of 3 cm and a length of 12 cm. Then, 100 turns were wound on this layer with a second wire, but in the opposite direction, and 100 turns were wound on this layer with the first wire and also in the opposite direction. Ultimately, 500 turns were wound with the first wire and 500 turns with the second wire. The initial and final conclusions of the windings are connected together, as a result of which the windings are connected in parallel. Further in the solenoid and at a distance of 3, 6, 10, 15 cm from it were placed sensors that detect the appearance of EMF. At a distance of 3, 10, 30, 100, 200 and 300 cm from the end of the solenoid along its longitudinal axis, sensors were placed to record sound vibrations. Then, an alternating current of 4.5 A was applied to both solenoid windings and EMF measurements were made on the sensors.

В результате получено:
датчики, расположенные на расстоянии 3 и 6 см, показали, что магнитное поле близко к нулю, так как магнитные потоки взаимно компенсируются;
удаленные датчики наличие магнитного поля не зарегистрировали;
датчики в соленоиде показали наличие слабого магнитного поля напряженность 0,3 0,8 Э;
датчики звуковых колебаний показали наличие акустических колебаний с плавным снижением плотности потока по мере удаления датчиков от соленоида;
при изменении силы тока в соленоиде было установлено, что изменение показаний акустических датчиков имеет квадратичную зависимость от величины тока.The result is:
sensors located at a distance of 3 and 6 cm showed that the magnetic field is close to zero, since magnetic fluxes are mutually compensated;
remote sensors did not detect the presence of a magnetic field;
sensors in the solenoid showed the presence of a weak magnetic field with a strength of 0.3 0.8 Oe;
sound vibration sensors showed the presence of acoustic waves with a smooth decrease in flux density as the sensors move away from the solenoid;
when the current strength in the solenoid changed, it was found that the change in the readings of acoustic sensors has a quadratic dependence on the current value.

Пример 2. Соленоид наматывают одним проводом следующим образом. На цилиндр диаметром 2 см и длиной 12 см сначала наматывали 100 витков по часовой стрелке, затем 100 витков против часовой стрелки, затем опять 100 витков по часовой стрелке и т.д. Таким образом на соленоид было намотано 1000 витков. Испытания проводили аналогично примеру 1. При пропускании тока по соленоиду магнитное поле было близко к пределу чувствительности магнитометра. Показания акустических и магнитных датчиков при одинаковых токах в соленоидах в примерах 1 и 2 были одинаковы, что объясняется тем, что соленоиды в первом и втором примерах имеют одинаковые геометрические размеры, одинаковые количество витков и количество ампер-витков. Разница между соленоидами в двух примерах лишь в том, что в одном случае для намотки использовался один проводник, а в другом два. Example 2. The solenoid is wound with one wire as follows. On a cylinder with a diameter of 2 cm and a length of 12 cm, at first 100 turns were wound clockwise, then 100 turns counterclockwise, then again 100 turns clockwise, etc. Thus, 1000 turns were wound on the solenoid. The tests were carried out analogously to example 1. When passing a current through the solenoid, the magnetic field was close to the sensitivity limit of the magnetometer. The readings of acoustic and magnetic sensors at the same currents in the solenoids in examples 1 and 2 were the same, because the solenoids in the first and second examples have the same geometric dimensions, the same number of turns and the number of ampere turns. The difference between the solenoids in the two examples is only that in one case, one conductor was used for winding, and in the other two.

Кроме того, было установлено, что энергия создаваемого соленоидом акустического потока прямо пропорциональная длине проводника обмотки соленоида и не зависит от количества витков, а плотность энергии в акустическом поле на единицу сечения зависит от длины соленоида. In addition, it was found that the energy of the acoustic flux generated by the solenoid is directly proportional to the length of the conductor of the solenoid winding and does not depend on the number of turns, and the energy density in the acoustic field per unit section depends on the length of the solenoid.

Claims

1. A method of generating a sound wave, characterized in that the magnetic field is converted into mechanical vibrations by passing an electric current through a solenoid with multilayer winding, provided that the magnetic field of the solenoid layers formed by one or two conductors is mutually compensated, and the obtained mechanical vibrations propagating along the axis the solenoid, register the receiver of the sound wave, and in the case of using one conductor, the layers of the solenoid have the opposite direction of winding.

2. The method according to claim 1, characterized in that when using two conductors, the layers of the solenoid have the same direction of winding and the opposite designation of the conclusions.

3. The method according to claim 1, characterized in that when using two conductors, the layers of the solenoid have a different direction of winding and the same designation of the conclusions.