164428. lajstromszámú szabadalom • Magnetostrikciós fémhuzal-rezonátor, célszerűen elektomechanikus szűrőhöz
164428 3 4 huzal átalakító egy olyan elosztott paraméterű mechanikai rezgő rendszernek tekinthető; melynek hossztengelye mentén az erő és sebesség eloszlás egymással ellentétes fázisú és 2/4, 3 ^/4, 5 2/4... hullám eloszlást mutat. 2 a terjedési sebességből és rezonancia frekvenciából számolható hullámhossz. Adott frekvencián rezgő fémhuzal átalakító hosszúsága tehát 2/4 páratlan számú többszöröse lehet. E .megállapításból az is következik, hogy egy adott hosszúságú átalakítóhuzal több rezonancia frekvenciával is rendelkezik. Például egy 2/4 hosszúságú 90 kHz alapfrekvencián rezgő huzal 270, 450, 630 ... kHz frekvenciákon is berezeg. A magnetostrikciós huzalátalakító másik geometriai jellemzője az átmérő. A körkeresztmetszetű átalakító huzal átmérője a rezonátor hullám ellenállását és jósági tényezőjét befolyásolja. A rezonátor ekvivalens elektromos jósága függ a huzal anyagától, a rezgésmód tisztaságától és az elektromechanikus csatolási tényezőtől. Az ismert elektromechanikus szűrőkben alkalmazott fémhuzal rezonátorok 5 2/4 hosszúságúak. Rezonancia frekvenciájuk megegyezik a velük mechanikai csatolásban levő rezonátor önfrekveneiájával. A fémhuzalátalakító gerjesztése két egymással ellentétes .menetirányban tekercselt a huzal hosszának erőmaximumaira szimmetrikusan elhelyezett tekercsek segítségével történik. Ily módon elvileg megfelelő hatásfok érhető el. A fenti konstrukciójú magnetostrikciós átalakító rezonátor gyártásánál a következő nehézségek lépnek fel. Az anyaginhomogenitásból adódó huzal hosszméret változás következtében a tekercsek helyzetét az optimális elektromechanikus csatolás érdekében egyedileg kell beállítani. Az előző beállítás elkerülése céljából lehet ugyan hosszabb tekercseket alkalmazni, de ekkor a más harmonikuson gerjesztett rezgés amplitúdó megnő és így az átalakító parazita csillapítása lecsökken. A hosszú tekercsek az átviteli csillapítást növelik. A huzal szabadon rezgő végéről nem csupán a kívánt rezgési frekvenciának megfelelő haladó hullámok verődnek vissza, hanem ezen frekvenciához közeli rezgés-frekvenciájú haladó hullámok is. Ezek növelik az átviteli csillapítást, változtatják a huzal ekvivalens elektromos jóságát és a szűrő zárócsillapítását csökkentik. A szabadon rezgő huzalvégről visszaverődő, nem kívánt módosú haladó hullámok eltorzítják a huzal hossza mentén kialakuló gerjesztett állóhullám alakot, így megváltoztatják a huzal hullámellanállását, és az átalakító rezonátor, valamint a vele mechanikusan csatolt rezonátor közti csatolási tényezőt. Ez utóbbi hátrány következtében magnetostrikciós fémhuzal átalakítóval nehezen gyárthatók olyan elektromechanikus szűrők is, amelyek átviteli karakterisztikájának kialakításában a magnetostrikciós huzal átalakító is résztvesz. Ilyen szűrők kis méretük és egyszerű felépítésük következtében jól alkalmazhatók kisebb szelektivitás követelményű, hordozható adó- és vevőberendezésekben. A találmány célja, hogy megfelelő magnetostrikciós fémhuzal rezonátor geometria kialakítással a fenti gyártási nehézségeket kiküszöbölje. A találmányi gondolat azon a felismerésen alapszik, hogy a megfelelő mechanikai, elektromechanikai és elektromos paraméterekkel rendelkező magnetostrikciós fémhuzal átalakító rezonátor egyöntetű gyártását nem csupán anyagjellemzők, a hosszméret pontos tartása és a mechanikai csatolás tökéletessége befolyásolja, hanem a szabadon rezgő huzalvég megfelelő geometriai kialakítása is. A találmányi gondolat egy másik alapját az a felismerés adta, hogy a magnetostrikciós fémrezonátor szabadon rezgő végén az ideális elektromos tápvonal analógiának megfelelő rövidzár (erő = 0, sebesség = maximális) gyakorlatilag az eddig ismert huzalvég kialakítással nem valósítható .meg. A találmányi gondolat abban van, hogy a longitudinális rezgést végző, kis átmérőjű, körkeresztmetszetű magnetostrikciós fémrezonátor szabadon rezgő végét az elektromechanikai analógiának megfelelően a hossztengely mentén exponenciálisan növekvő kapacitású tápvonal szakaszaként kell kiképezni úgy, hogy a (2n+l)-2/4 hosszúságú magnetostrikciós huzal vége 2/8-nál kisebb hosszúságban forgásszimmetrikus, exponenciális görbe alkotójú kúp legyen. A huzal vég ilyen kialakítása az eddig ismert megoldásokkal szemben a következő előnyöket biztosítja. A huzalrezonátor rezonancia frekvenciáján az ideális lezárást megközelítő nagy ekvivalens kapacitást realizál a szabadon rezgő végen. A találmánynak megfelelő alakú rezonátorvég mechanikai kapacitása Ci(x)=Co ekx függvény szerint változik a huzalvég felé. A k tényező a meredekséget határozza meg, így k változtatásával a huzal anyagában mért ultrahang terjedési sebesség szórás, amely az anyaginhomogenitásból ered kompenzálható. Ez utóbbi azt eredményezi, hogy az elektromos tekercsek optimális helyzete a hossztengely mentén jól meghatározható és állandó helyen van. A huzalrezonátor végén megvalósított nagy mechanikai kapacitás következtében a huzal parazita rezonanciái megszűnnek és a szabadon rezgő végről csak az önrezonanciának megfelelő álló hullámot létrehozó erő és elmozdulás hullámok verődnek vissza. A parazita rezgés megszűnése következtében a magnetostrikciós fémhuzal átalakító hatásfoka javul, mivel a tekercsek belsejében a megfelelő fázisú mechanikai rezgésamplitudó megnő. A megfelelő, parazitamentes állóhullám kialakulása következtében a longitudinális rezgést végző fémhuzal átalakító rezonancia frekvencián koncentrált paraméterű rendszernek tekinthető és csak a találmánynak megfelelő végkialakítás esetén méretezhető exakt módon. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
