Elektromechanikus szűrő

Az elektromechanikus szűrő (EMF)  egy olyan szűrő , amelyet általában az elektronikus rádiófrekvenciás szűrő helyett használnak, és amelynek fő célja egy bizonyos frekvenciasávban a rezgések átengedése, míg mások elnyomása. A szűrő az alkalmazott elektromos jelhez hasonló mechanikai rezgéseket használ (ez az analóg szűrők egyik típusa ). A szűrő bemenetén és kimenetén elektromechanikus átalakítók találhatók, amelyek a jel elektromos rezgéseit a szűrő munkaközegének mechanikai rezgéseivé alakítják és fordítva.

Minden EMF alkatrész funkciója hasonló az elektromos áramkör különböző elemeihez. A mechanikai elemek matematikai függvényei-jellemzői megegyeznek a megfelelő elektromos elemek jellemzőivel. Ez lehetővé teszi az elektromos áramkör-elemzés és a szűrőtervezés módszereinek alkalmazását mechanikus szűrőkkel ellátott áramkörökre. Az elektromos áramkör-elméletben számos matematikai módszert fejlesztettek ki a szűrő frekvenciamenetének kiszámítására, és a mechanikus szűrőtervezők közvetlenül alkalmazták ezeket. Ez azért szükséges, hogy a mechanikus szűrő jellemzői megfeleljenek az elektromos áramkör szükséges jellemzőinek.

Az EMF alkatrészek általában acélból vagy vas - nikkel ötvözetből készülnek . A nikkelt általában a szűrő bemeneti és kimeneti kapcsain használják. Az ezekből az anyagokból készült szűrőrezonátorokat speciális, nagy pontosságú gépen dolgozzák fel a szűrő végső összeszerelése előtt, hogy biztosítsák a kívánt frekvenciamenetet.

Mivel az EMF elektromechanikus eszközként működik, a mechanikai rezgések vagy hanghullámok (amelyek egyben mechanikai rezgések is) szűrésére szolgáló eszközök mechanikai tervezési módszerei teljes mértékben alkalmazhatók fejlesztésében. Ilyen módszereket alkalmaznak például a hangszóróházak fejlesztésekor. Az elektromos alkalmazásokban az elektromos alkatrészek jellemzőivel rendelkező mechanikai alkatrészek mellett szükség van a mechanikai rezgések elektromos rezgéssé alakítóira és fordítva. Számos különböző alkatrészforma és mechanikus szűrőtopológia létezik, amelyekből egy reprezentatív válogatást nyújtunk ebben a cikkben.

Az elektromechanikus szűrők elméletét először az 1920-as években alkalmazták a gramofonok mechanikai részeinek javítására . Az 1950-es években az EMF-eket független termékként kezdték előállítani rádióadókban és kiváló minőségű rádióvevőkben. A mechanikus rezonátorok legmagasabb minőségi tényezője , amely messze meghaladja a hagyományos ( kondenzátorokon és induktoros) oszcillációs áramkörök minőségi tényezőjét, lehetővé tette kiváló szelektivitással rendelkező mechanikus szűrők létrehozását . A rádióvevők számára fontos nagy érzékenység szintén vonzóvá tette ezeket a szűrőket. A modern kutatók mikroelektromechanikus szűrőket – integrált áramkörök elektromechanikus analógjait – fejlesztik .

Elemek

A passzív lineáris elektromos áramkör elemei induktorok , kondenzátorok és ellenállások , amelyek tulajdonságai rendre az induktivitás , az elektromos merevség (a kapacitás reciproka ) és az ellenállás . Megfelelnek a tömegnek , a merevségnek és a csillapításnak . A legtöbb elektronikus szűrőáramkör csak kondenzátorokat és induktorokat használ, és ellenállások lehetnek a szűrő be- és kimenetén. Egy ideális szűrőben előfordulhat, hogy nincs ellenállás; a való világban mindig az induktor tekercsének ellenállása, szerelési ellenállása stb. formájában jelenik meg. Hasonlóképpen egy ideális mechanikus szűrő elemeinek csak tömege és merevsége van, de a való világban mindig van rezgéscsillapítás [1] .

Ugyanígy a feszültség és áram mechanikai analógjának tekinthetjük az erőt ( F ) és a sebességet ( v ). Így a mechanikai impedancia a képzeletbeli jω szögfrekvenciával definiálható , [kb. 1] , amely teljes mértékben követi az elektromos analógiát [2] :1-2 [3] .  

Mechanikai
paraméter		 Képlet Mechanikai
ellenállás
(impedancia)		 Elektromos paraméter
Merevség, S Elektromos keménység, 1/ C ,
reciprok kapacitás
Súly, M Induktivitás, L
Csillapítás, D Ellenállás, R

Megjegyzések:

A fenti táblázatban látható áramkör az impedancia analógia néven ismert .  Ennek alapján EMF ekvivalens elektromos kapcsolási rajzokat készítenek, amelyek elektromos impedanciája megfelel az elektromos áramkör részének tekintett EMF teljes ellenállásának. Az ilyen áramkörök a rádióelektronika szempontjából intuitívabbak. Van egy mobilitási analógia is [ kb . 2] , amelyben a fizikai erő az elektromos áram erősségének, a sebesség pedig az elektromos feszültségnek felel meg. A mobilitási analógia ekvivalens helyes eredményeket ad, de nem a fent említett elektromos analógok használatát igényli, hanem azok reciprokait. Ahonnan M → C , S → 1/ L , D → G , ahol G  az elektromos vezetőképesség , az ellenállás reciproka. A mobilitási analógiával épített egyenértékű áramkörök hasonlóak az impedancia analógiával építettekhez. De a teljes ellenállás helyett ennek reciprokát használják - a teljes vezetőképességet (fordított impedancia), és az ekvivalens áramkörben soros elemek párhuzamosakká válnak, a kapacitásokat induktivitás váltja fel, és így tovább [4] . A mobilitási analógiával felépített sémák közelebb állnak az EMF mechanikai elrendezéshez, és a mechanika szempontjából intuitívabbak [5] .

Minden mechanikai alkatrésznek elkerülhetetlenül van tömege és merevsége. Az összegyűjtött kapacitások és induktivitások mechanikai analógjai a nemkívánatos tulajdonság minimalizálásával (de nem teljesen kiküszöbölésével) készíthetők. A kondenzátor analógja lehet egy vékony, hosszú rúd, minimális tömeggel és maximális megfelelőséggel. Az induktor analógja éppen ellenkezőleg, egy rövid és széles rúd, maximális tömeggel és minimális megfelelőséggel. [2] :1

A mechanikus alkatrészek hosszú sorként működnek a mechanikai rezgések ellen. Ha a hullámhossz az alkatrész méreteihez képest rövid, akkor a fent leírt csomózott elem modell nem lesz megfelelő , és helyette elosztott  elem modellt kell használni . Az elosztott paraméterű mechanikai alkatrészek itt teljesen hasonlóak az elosztott paraméterű elektromos elemekhez, az elektromechanikus szűrők fejlesztője pedig alkalmazhat szűrőszámítási módszereket elosztott paraméterű elemeken ( angolul Distributed element filter ). [2]  

Történelem

Harmonikus (akusztikus) távíró

Az elektromechanikus szűrők tervezése az elektromos szűrőelmélet egyes módszereinek mechanizmusaira való alkalmazása miatt fejlődött ki. Az EMF gyakorlati alkalmazásának egyik legkorábbi (1870-es évek) példája azonban a harmonikus vagy akusztikus távíró volt., amely azért jött létre, mert akkoriban az elektromos rezonanciát még kevesen ismerték, és a mechanikai rezonanciát (különösen az akusztikus rezonanciát ) jól ismerték a mérnökök. Ez az állapot nem tartott sokáig; Az elektromos rezonanciát a tudomány már ismerte, és hamarosan a mérnökök teljesen elektromos szűrőterveket fejlesztettek ki. De abban az időben a harmonikus távíró nagyon fontos volt. Az az ötlet, hogy több táviratot egyidejűleg küldjenek egy távíróvonalon különböző frekvenciákon (ma csatorna frekvenciaosztásnak nevezik ), jelentősen csökkentette a távíróvonalak kiépítésének költségeit. Mindegyik kezelő távíró kulcsa tartalmazott egy elektromechanikus relét, amelynek nyelve bizonyos frekvencián rezegve ezt a mechanikai rezgést elektromos jellé alakította át. A táviratot fogadó operátor ugyanazzal a relével rendelkezett, pontosan a kívánt hangfrekvenciára hangolva; csak a szükséges frekvenciájú elektromos jel hatására kezdett vibrálni és hangot adni [6] [7] .

A harmonikus távíró különféle modelljeit Elisha Gray , Alexander Bell , Ernst Mercadier fejlesztette ki.( Ernest Mercadier ) és mások. Így módszereket fedeztek fel a hangrezgések elektromos rezgéssé alakítására és fordítva, amelyek később a telefon feltalálásához vezettek [6] [7] .

Mechanikai egyenértékű áramkörök

Röviddel az elektromos áramkör-elemzés kifejlesztése után a komplex impedancia és a reprezentáció fogalma a szűrőelméletbőlanalógia útján kezdték alkalmazni a mechanikában. A. Kennelly( Arthur E. Kennelly ), aki szintén bevezette a komplex impedancia fogalmát, és A. Webster( Arthur Gordon Webster ) 1920 -ban terjesztette ki először az impedancia fogalmát mechanikus rendszerekre [8] .

A teljes komplex vezetőképesség és az ehhez kapcsolódó mobilitás mechanikai analógiáit valamivel később,  1932 -ben kezdték alkalmazni , köszönhetően a Firestone -nak [ 9] [ 10] [11] .

De az elektromos mennyiségek mechanikai analógjainak puszta bevezetése nem volt elég. Teljesen mechanikus rendszerekre alkalmazhatók; de az EMF kiszámításakor a lehető legnagyobb mértékben figyelembe kell venni az elektromechanikus átalakítók hatását is. A. Poincare még 1907 -ben írta le először az átalakítót egy lineáris algebrai egyenletpár segítségével, amely elektromos változókat (feszültség és áram) mechanikai változókkal (erő és sebesség) kapcsol össze [12] [13] . Ezek az egyenletek felírhatók mátrix formában a kvadripólus z-paraméterek segítségével :

ahol I és v  az áramerősség és a feszültség az átalakító elektromos oldalán.

Az egyenletek ilyen feljegyzését, amelyek egyformán jól leírják a mechanikai és elektromos impedanciát, először R. L. Vegel ( R. L. Wegel ) javasolta 1921 -ben . Náluk  ez a nyitott áramkörű mechanikus impedancia, azaz. az átalakító mechanikus oldalának impedanciája, ha nincs áram az átalakító elektromos oldalának kivezetésein. A négypólusú mátrix másik eleme  a nyitott áramkörű elektromos impedancia, vagyis a konverter elektromos oldalának bemeneti ellenállása, amelyet akkor mérnek, ha a konverter mechanikus oldala fix és álló (a sebesség nulla). . A maradék két elem, és , az elektromechanikus átalakító közvetlen és fordított átviteli funkcióját írja le.

Az ilyen ötletek megjelenésével a mérnökök képesek voltak az elektromos áramkörök számítási módszereit alkalmazni a mechanikai tartományokra, és elemezni az elektromechanikus rendszer egészét [8] [12] [14] .

Hanglejátszás

Az új elméleti fejlesztések egyik korai gyakorlati alkalmazása a gramofonok számítása volt . A korai gramofontervezésben gyakori probléma volt a hangszedő és a hangátviteli rendszer mechanikai rezonanciái; ennek következtében a gramofon amplitúdó-frekvencia karakterisztikáján (AFC) túlzottan nagy csúcsok és völgyek jelentek meg, ami jelentősen csökkentette a hangminőséget. 1923-ban Harrison , aki  a Western Electric Company-nál dolgozott, szabadalmat kapott egy gramofonra, amelyben a mechanikus akusztikus rendszer számításai teljes mértékben egyenértékű elektromos áramkörön alapultak. A gramofon akusztikai rendszere elektromos átviteli vezetékként, a gramofon kürtje pedig aktív terhelésként került bemutatásra a kimenetén. A gramofon összes mechanikai és akusztikus részét - a hangszedőtűtől a kürtig - az impedancia analógia alapján összehasonlítottuk egyenértékű, csomózott paraméterű elektromos elemekkel. Az egyenértékű elektromos áramkörnek létra topológiája volt ( angolul ladder topology ), és kondenzátorok által söntött rezonáns áramkörök sorozata volt. Sáváteresztő szűrő áramkörnek is tekinthető . És Harrison úgy választotta meg az ilyen szűrő elemeinek paramétereit, hogy biztosítsa a kívánt hangsávszélességet (ebben az esetben 100 Hz-től 6 kHz-ig) és egy lapos frekvencia-választ. Az egyenértékű elektromos áramköri elemek elektromos paramétereinek mechanikai paraméterekre való visszaszámításával ki lehetett számítani a gramofon alkatrészek szükséges tömegét és merevségét, majd az alkatrészek megfelelő méreteit a gyártásukhoz. Az így kapott gramofon a teljes sávszélességben lapos frekvenciaválaszt mutatott, és bizonyos hangfrekvenciákon mentes volt a parazita rezonanciáktól, ami a korábbi gramofontervekre jellemző [15] . Nem sokkal ezután Harrison egy másik szabadalmat kapott – a telefonkészülékekhez használt mikrofonok és telefonok kiszámításának hasonló módszerére [16] .  

Harrison a k-szűrők elméletét használta ( angolul  "constant k filter" vagy "image filter" ) Campbell( G. A. Campbell ), amely akkoriban a legfejlettebb szűrőelmélet volt. Ebben az elméletben a szűrők számítását lényegében az illesztési impedancia (impedancia) problémájának tekintették.[15] :2 . Edward Norton egy fejlettebb elméletet javasolt ennek a problémának a megoldására( Edward L. Norton ), a Bell Labs -nál dolgozott 1929 -ben . E. Norton ugyanezt az általános megközelítést alkalmazta, bár később Sydney Darlingtonnak írthogy képes volt "maximálisan lapos" mechanikus szűrőt kifejleszteni [1] . A Norton terve korábban jelent meg, mint a Stephen Butterworth munkájában leírt hasonló, akit általában a leglaposabb frekvenciaátvitelű elektronikus szűrő felfedezettjének tartanak [17] .

Azok az egyenletek, amelyeket Norton a szűrőjére ad, egy egyoldalas terhelésű Butterworth-szűrőnek felelnek meg, amely ideális feszültségforráshoz van csatlakoztatva (nincs belső ellenállás). Míg a szakirodalomban gyakrabban szerepel a kétoldali terhelt szűrő számítása, ellenállással a bemeneten és a kimeneten. Ezért nehéz megmondani, hogy melyik konstrukcióhoz kell ilyen modellt alkalmazni [2] :3 [18] . A Norton szűrő másik jellemzője az akusztikai diagramon szereplő merevségnek megfelelő sorba kapcsolt kondenzátor.. A Norton ekvivalens áramkörben csak egy ilyen kondenzátor található, és anélkül a szűrő prototípus aluláteresztő szűrőként elemezhető .. A Norton áthelyezi a kondenzátort a szűrő belső áramköréből a bemenetére, és egy transzformátort kényszerít a megfelelő áramkörbe (3. ábra, alul). A Norton egy áramkört használt az ekvivalens ellenállás "L-inverted" átalakítására ( angolul  turning round the L ) [2] .

Az EMF végső mennyiségi leírását Maxfield  és Harrison adta meg, 1926-ban. Ebben a szerzők nemcsak azt írták le, hogyan alkalmazható a mechanikus sávszűrő a hangvisszaadó rendszerekben, hanem ugyanezeket az elveket alkalmazták a mechanikus hangrögzítő rendszerek fejlesztésére is, bemutatva egy továbbfejlesztett hangrögzítő fej diagramját (lemezekre történő rögzítéshez). ) [19] [20] [21] .

Sorozatgyártás

Az elektromechanikus szűrők nagyüzemi gyártását először a Collins Radio Company (ma Rockwell Collins, Inc.) végezte.) az 1950-es években. Eredetileg frekvenciaosztásos telefonalkalmazásokhoz fejlesztették ki, ahol a jó minőségű szűrők használata kereskedelmi előnyökkel járt. Az EMF frekvenciaválaszának pontossága és meredeksége lehetővé tette a frekvenciacsatornákat elválasztó védőfrekvenciasáv szélességének csökkentését, aminek eredményeként nagyobb számú telefonbeszélgetés továbbítása vált lehetővé egyetlen kábelen. A csatornák frekvenciaosztásának ugyanazt az elvét széles körben alkalmazzák a rádióadókban - ugyanezen okból. Az elektromechanikus szűrők gyorsan elterjedtek a kiváló minőségű VHF és UHF rádiórendszerek (beleértve a katonai, tengeri, amatőr rádiós és egyéb) köztes frekvenciájú utakon. Előnyük az egyenértékű LC-szűrőknél lényegesen magasabb minőségi tényező volt , ami lehetővé tette a nagy szelektivitás elérését.szükséges a közeli frekvenciájú rádiójelek szétválasztásához a vevőkészülékekben. Az EMF másik előnye a nagyobb stabilitás, mint az LC szűrőké és a monolit kvarcszűrőké. A rádióvevők legnépszerűbb EMF-je a torziós rezonátor szűrő volt, mivel ezekben a köztes frekvenciát általában 100-500 kHz tartományban választják [22] [23] .

Elektromechanikus átalakítók

Az elektromechanikus szűrők magnetostrikciós és piezoelektromos elektromechanikus átalakítókat ( EMT ) egyaránt használnak. A modern EMF-ben előnyben részesítik a piezoelektromos átalakítókat, mert. A piezoelektromos egyben rezonátorként is használható, ami csökkenti az alkatrészek számát és a szűrő méretét. Ezenkívül a magnetostrikciós EMF érzékeny a külső mágneses mezőkre, és gyakorlatilag nem befolyásolják a piezoelektromos szűrő működését. [24]

Magnetostriktorok (magnetostrictors)

A magnetostrikciós anyag olyan anyag, amely megváltoztatja alakját, amikor mágneses térnek van kitéve, és fordítva, mágneses teret hoz létre, ha deformálódik. Magnetostrikciós EMF-ben vezető tekercs szükséges a magnetostrikciós anyag körül. A szűrő bemenetén lévő áramot vezető tekercs váltakozó mágneses teret hoz létre, amely mozgásba hozza a bemeneti magnetosztriktort ( 4-a ábra ). A kimeneti tekercsben a kimenő magnetosztriktor által az indukció következtében létrehozott mágneses tér hatására áram jön létre. Gyakran állandó mágnest is használnak a magnetostrikciós anyag mágneses térerősségének a működési tartományon belül tartására. Ugyanerre a célra egyenáramot is használhatunk , amelyet a jellel egyidejűleg vezetnek át a tekercsen – de ilyen konstrukciós megoldást viszonylag ritkán alkalmaznak [25] .

Az EMF-ben általánosan használt magnetostrikciós anyagok a ferritek ( vasvegyületek sűrített porai ). Gyakran használnak acél vagy vas-nikkel tekercsekkel ellátott rezonátorokat; de egyes kiviteleknél (főleg a régebbieknél) a szűrő bemeneti és kimeneti vezetékeihez nikkelhuzal is használható. Ugyanis az átalakító tekercsét a vele párosított nikkelhuzalra lehet feltekerni, mert. A nikkelnek gyenge magnetostrikciós tulajdonságai vannak. Az ikertekercses huzal kialakítása azonban meglehetősen gyenge. Másik hátránya az örvényáramok , amelyek elkerülhetők, ha nikkel helyett ferritet használnak [25] .

Az átalakító tekercselése természetesen némi induktivitást ad az EMF áramkörhöz. Ennek kompenzálására általában egy kondenzátort kapcsolnak párhuzamosan a szűrő bemenetével (kimenetével), és az elektromechanikus szűrők egyes modelljeiben ilyen kondenzátor van beépítve. Ez egy további rezonátort (párhuzamos oszcillációs LC áramkört) képez. Általában egy ilyen rezgőkör sávszélessége sokkal szélesebb, mint a mechanikus rezonátoré, így ez a söntkondenzátor szinte nincs hatással az EMF frekvenciaválaszára; a bemeneti és kimeneti ellenállás reaktív komponensének kompenzálása azonban bizonyos előnyöket biztosít: így az EMF jobban konzisztens az átviteli vonallal és más áramköri elemekkel [26] :c.2, l.14–17 .

Piezoelektromos átalakítók

A piezoelektromos anyagok megváltoztatják alakjukat, ha elektromos térnek vannak kitéve, és elektromos mezőt is létrehoznak, ha deformálódnak. A piezoelektromos átalakító lényegében úgy készül, hogy elektródákat helyeznek piezoelektromos anyagba. A korai EMF-ekben használt piezoelektromos anyagok, mint például a bárium-titanát , nem voltak megfelelő hőmérsékleti stabilitásúak. Emiatt a piezoelektromos jelátalakító nem tudta egyszerre ellátni a rezonátor funkcióit, a rezonátort külön kellett elkészíteni. Ez a probléma megoldódott, amikor ólom-cirkonát-titanátot ( PZT ) használtak, amely elég stabil volt ahhoz, hogy rezonátorban is használható legyen. Az elektromechanikus szűrőkben gyakran használt másik anyag a kvarc . Azonban a kerámia anyagok, például a PZT előnyösebbek az elektromechanikus csatolási együttható miattmagasabbak, mint a kvarcoké [27] .

Különféle típusú piezoelektromos elektromechanikus átalakítók léteznek. Az egyik a Langevin jelátalakító , amelyet a híres francia fizikusról , Paul Langevinről neveztek el , aki hasonló EMF-et használt korai szonárterveiben . A Langevin transzducer jól gerjeszti a hangrezgések longitudinális módjait. Ezért használható longitudinális üzemmódra hangolt rezonátorokkal, vagy olyan rezonátorokkal, amelyekben a más üzemmódú rezgések mechanikusan longitudinális rezgésekké alakíthatók. A Langevin-féle EMF jellemzően piezoelektromos korong formájában készül, amelyet két azonos rúd közé helyeznek, amelyek rezonátort képeznek ( 4-b. ábra ). [28]

Egy másik típusú EMF-nél a piezoelektromos réteg nem keresztben, hanem a rezonátor mentén helyezkedik el ( 4-c. ábra ). Ebben a kialakításban a torziós akusztikus rezgések a dolgozók , ezért az ilyen EMF-et torziónak nevezik [ 29] .

Rezonátorok

anyag minőségi tényező
Nikkel legfeljebb 100 [30]
Acél 1000-ig [30]
Alumínium ~10000 [30]
Vas-nikkel ötvözetek 10000-25000,
a kialakítástól függően [31]

A mechanikus rezonátorok rendkívül magas minőségi tényező elérését teszik lehetővé : a legtöbb EMF-ben körülbelül 10 000, a speciális vas-nikkel ötvözetből készült torziós rezonátorokkal rendelkező szűrőkben pedig akár 25 000 is. Ilyen minőségi tényezőt gyakorlatilag lehetetlen elérni egy hagyományos rezgőkörben, ahol az induktor tekercsének aktív ellenállása korlátozza. [25] [31] [32]

A korai tervek (1940-1950-es évek) acél rezonátorokat használtak. A jövőben az acél átadta helyét a vas-nikkel ötvözeteknek, amelyek bár drágábbak, de lehetővé teszik a maximális minőségi tényező elérését. Az elektromechanikus szűrők rezonátoraiban használt fémek egy részét és az általuk biztosított Q-tényezőket a [31] táblázat tartalmazza .

Néha piezoelektromos kristályt használnak rezonátorként, különösen a kompakt EMF modelleknél, ahol a piezoelektromos rezonátor és bemeneti/kimeneti elektromechanikus átalakító is [31] .

Az EMF másik előnye az LC áramkörrel szemben a nagy stabilitása. Elérhető a rezonanciafrekvencia névleges értéktől való relatív eltérése, amely nem haladja meg az 1,5 10-9 értéket a teljes mínusz 25 és +85 °C közötti üzemi hőmérséklet tartományban, ugyanakkor az időbeli relatív frekvencia instabilitás nem haladja meg a 4 -et. 10–9 naponta [33] . A frekvencia hőmérsékleti stabilitása egy másik oka annak, hogy az EMF-rezonátorban vas-nikkel ötvözetet használjunk. Közvetlenül összefügg a Young-modulus stabilitásával  – ez az anyag merevségének mértéke; a Young-modulus ( TCMYU ) hőmérsékleti együtthatója a lehető legközelebb legyen a nullához. A legtöbb anyag negatív TCMY-vel rendelkezik (hevítéskor az anyag kevésbé merev lesz), de néhány elem hozzáadásával az ötvözethez nulla vagy pozitív TCMY érhető el [kb. 3] . A rezonátorban célszerű olyan anyagot használni, amelynek TCMY értéke nullával egyenlő vagy ahhoz közeli az üzemi hőmérséklet-tartományban. Ilyen anyagot az ötvözet hőkezelésével lehet előállítani, ami megváltoztatja a TCMT hőmérséklettől való függésének függvényét [34] [35] [36] [37] .

Rezonátorok rezgésének módjai

Általában a mechanikus rezonátorban különféle alakváltozási és mechanikai igénybevételi rezgésmódok gerjeszthetők , de az EMF rezonátorban ezek közül csak az egyik működik, és általában a tervező arra törekszik, hogy a rezonancia csak a működési módban forduljon elő, és egyéb rezgések módok nem izgatják. Mind a hosszirányú húzó/kompressziós alakváltozásokat, mind a hajlítási és torziós alakváltozásokat alkalmazzák. Néha radiális feszültség/kompresszió oszcillációs deformációit vagy körkörösen polarizált rezgéseket (például egy kerek membrán rezgését) alkalmazzák [38] .

Az oszcillációs módok a megfelelő rezonátorméretre illeszkedő félhullámok száma szerint vannak számozva. Ha az üzemmód egynél több irányban oszcilláló mozgáshoz kapcsolódik (például egy kerek membrán körkörösen polarizált rezgéseit egyszerre két irányban hajtják végre) - azt több szám jelzi. Magasabb rezgésmódoknál több rezgéscsomópont jön létre a rezonátor-fix pontokban ( állóhullám minimumai ). A mechanikus rezonátorok egyes modelljeiben további támasztékokat vagy rögzítőket szerelnek be az oszcillációs csomópontokba a nagyobb szerkezeti szilárdság érdekében. Az 5. ábrán az oszcillációs csomópontokat szaggatott vonal jelzi, a további mechanikai elemeket pedig a hozzájuk rögzített huzalszegmensek jelzik. További mechanikai alkatrészek rögzítése a rezonátorhoz az oszcillációs csomópontokban nem zavarja a rezonátor működését, és nem zavarja a működési mód oszcillációinak gerjesztését.

Elektromechanikus áramkörök tervei

Az elektromechanikus szűrő kialakításánál a rezonátorok és elektromechanikus átalakítók sokféle kombinációja alkalmazható. Az ábrákon ezek közül néhány látható. Tehát az ábrán. A 6. ábra egy EMF-et mutat hajlítótárcsa-rezonátorokkal és magnetostrikciós EMF-fel. Egy elektromechanikus átalakító továbbítja a rezgéseket az első rezonátor közepére. A rezonanciafrekvencián (vagy annak közelében) a rezonátorkorong szélei ellenfázisban rezegnek a középpontjával, és ez az oszcilláció a rudakon keresztül a következő rezonátorba kerül. A rezonanciafrekvenciától való jelentős eltérés esetén a lemez szélei enyhén oszcillálnak, és a szűrő „levág” (nem megy át önmagán) egy ilyen jelet [39] .


Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ A fordító megjegyzése: ez nagy valószínűséggel a csillapított harmonikus rezgések komplex szögfrekvenciájára vonatkozik , ahol  a rezgések valós szögfrekvenciája ( ), és  a csillapítási együttható. Ekkor az oszcillációs egyenlet általános formában felírható:
  2. ^ Az impedancia analógia a leggyakrabban  használt megközelítés; de azok között, akik a mobilitási analógiát használják, a vezető EMF-gyártó , a "Rockwell Collins, Inc."( Johnson, 1968, 41. o. )
  3. ↑ Lásd például: "Thermelast 4002"® archiválva : 2016. szeptember 16. a Wayback Machine -nél  (német)  – egy szabadalmaztatott ötvözet, amelyet először 2010. április 8-án gyártottak Németországban. Az első ilyen tulajdonságokkal rendelkező ötvözet az elinvar volt . Az elinvar és invar felfedezéséért Charles Guillaume 1920-ban Nobel -díjat kapott; az általa felfedezett ötvözetek első gyakorlati alkalmazása a hőmérséklet-kompenzátorok voltak tudományos mérőműszerekben, órákban és tengeri kronométerekben ( Gould, Rupert T. The Marine Chronometer. - London: Holland Press, 1960. - 201. o. ).

Lábjegyzetek

  1. ↑ Darlington 12. , 1984. , p. 7.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 Norton, Edward L. "Sound Reproducer", 1 792 655 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom , benyújtva 1929. május 31- én, kibocsátása 1931. február 17-én .
  3. ↑ Talbot-Smith, 2001 , pp. 1,85, 1,86.
  4. ↑ Taylor és Huang, 1997 , pp. 378–379.
  5. ↑ Eargle, 2003 , pp. 4–5.
  6. ↑ 12. Lundheim , 2002 , p. 24.
  7. ↑ 1 2 Blanchard, 1944 , p. 425.
  8. ↑ 12. Hunt , 1954 , p. 66.
  9. ↑ Hunt, 1954 , p. 110.
  10. ↑ Pierce, 1989 , p. 321.
  11. ↑ Firestone, 1932 , pp. 249–267.
  12. ↑ 12. Pierce , 1989 , p. 200.
  13. ↑ Poincare, 1907 , pp. 221–372.
  14. ↑ Wegel, 1921 , pp. 791–802.
  15. ↑ 1 2 Harrison, Henry C. "Acoustic device", 1 730 425 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom , benyújtva 1927. október 11-én (és Németországban 1923. október 21- én), kiadva 1929. október 8-án .
  16. ↑ Harrison, H.C. "Elektromágneses rendszer", 1 773 082 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom , benyújtva 1923. december 6-án , kibocsátása 1930. augusztus 12-én .
  17. ↑ Butterworth, 1930 , pp. 536–541.
  18. ↑ Matthaei, 1964 , pp. 104–107.
  19. ↑ Taylor és Huang, 1997 , p. 360.
  20. ↑ Hunt, 1954 , p. 68.
  21. ↑ Maxfield, 1926 , pp. 493–523.
  22. ↑ Taylor és Huang, 1997 , p. 359.
  23. ↑ Carr, 2002 , pp. 54-55.
  24. ↑ Taylor és Huang, 1997 , p. 387.
  25. ↑ 1 2 3 Carr, 2002 , pp. 170-172.
  26. ↑ Mason, Warren P. "Elektromechanikai hullámszűrő", 2 981 905 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom , benyújtva 1958. augusztus 20- án, kibocsátva 1961. április 25-én .
  27. ↑ Rosen, 1992 , pp. 290-291, 331.
  28. ↑ Rosen, 1992 , pp. 293-296, 302.
  29. ↑ Rosen, 1992 , p. 302.
  30. ↑ 1 2 3 György, 1. sz.
  31. ↑ 1 2 3 4 Lin, 1998 , p. 286.
  32. ↑ Talbot-Smith, 2001 , p. 380.
  33. ↑ Carr, 2002 , p. 171.
  34. ↑ 1 2 Taylor és Huang, 1997 , p. 380.
  35. ↑ Manfred Börner, Jürgen Spizner, "Mechanikai frekvenciaszűrő kiegészítő csatolással a csillapítási emelkedés meredekségének növelésére", 4. oszlop, 3 445 792 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom , 1963. június 28-án , 1969. május 20-án .
  36. ↑ Alfhart Günther, "Mechanikus szűrők beállításának módszere", 2. oszlop, 3 798 077 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom , benyújtva 1971. szeptember 24- én, kiadva 1974. március 19- én.
  37. ↑ Schneider, Wolfgang; Tamás, Hans. Állandó modulusú ötvözetek mechanikus oszcillátorokhoz  // Kohászati ​​tranzakciók  A : folyóirat. - 1979. - 1. évf. 10 , sz. 4 . — 433. o . - doi : 10.1007/BF02697070 . - Iránykód .
  38. ↑ Taylor és Huang, 1997 , pp. 392–393.
  39. ↑ baselec, 1973 , p. 450.

Irodalom

oroszul beszélő

angolul beszélő

Linkek