О неслышимых звуках - [9]
Нужно сказать, что современные ультразвуковые гидролокаторы сильно отличаются от прибора, построенного Ланжевеном; в них в качестве источника ультразвука используются обычно не пьезоэлектрические генераторы, а магнитострикционные. Что же это за генераторы?
Трансформатор является одним из очень распространенных электрических приборов. Простейший трансформатор представляет собой две катушки изолированной проволоки, надетые на общий железный сердечник.
Если по обмотке трансформатора течет переменный ток сравнительно большой силы, то можно часто слышать звук низкого тона, идущий от сердечника трансформатора.
Гудение трансформатора объясняется тем, что некоторые металлы, а также и сплавы обладают способностью при намагничивании изменять свои размеры.
Особенно сильно это свойство, называемое магнитострикцией, проявляется у железа, никеля и у их сплавов. Исключительно велик магнитострикционный эффект у сплава «пермендюр», состоящего из 49 процентов железа, 49 процентов кобальта и 2 процентов ванадия.
Приготовив пакет пластин из магнитострикционного материала со специальными прорезами, служащими для размещения обмотки из изолированной проволоки, и пропустив по проволоке переменный ток, сила которого периодически то возрастает, то убывает, мы заставим пакет попеременно намагничиваться и размагничиваться. Размеры пакета будут при этом периодически изменяться (рис. 14).
При изменении размеров пакета, так же как при колебании кварцевой пластинки, в окружающем воздухе образуются попеременные сжатия и разрежения — возникает звуковая волна. Если частота переменного тока невелика, звук будет слышимым, как это имеет место при гудении трансформаторов. Увеличивая частоту переменного тока, получим ультразвуки. Именно так они и получаются в магнитострикционных генераторах.
Можно заставить совершать магнитострикционные колебания и полый стержень, поместив его в катушку из изолированной проволоки, по которой протекает переменный ток.
Для увеличения размаха колебаний магнитострикционный излучатель, так же как и кварцевую пластинку, заставляют изменять размеры с резонансной частотой.
Резонансная частота колебаний стержня зависит от его длины. Чем короче стержень, тем выше его резонансная частота.
Пропустив конец стержня через пробку, вставленную в дно сосуда, наполненного жидкостью, можно получить в ней ультразвуковую волну высокой частоты (рис. 15).
При мощных магнитострикционных колебаниях стержень так быстро нагревается, что его приходится специально охлаждать. Мощный магнитострикционный вибратор изображен на рис. 16. Диаметр подобного вибратора составляет приблизительно полметра.
Магнитострикционные и пьезоэлектрические генераторы ультразвука взаимно дополняют друг друга. Как первые, так и вторые являются источниками ультразвука, частота которого в подавляющем большинстве случаев совпадает с резонансной частотой излучателя, в первом случае — металлического стержня, во втором — кварцевой пластинки.
Изготовить магнитострикционный генератор с очень коротким стерженьком трудно. А так как резонансная частота длинных стерженьков сравнительно невелика, магнитострикционные генераторы используются для получения ультразвука малой частоты, приближающейся к частотам слышимых звуков. Наоборот, пьезоэлектрические генераторы дают возможность получать высокочастотные ультразвуковые волны. Кроме того, пьезоэлектрические и магнитострикционные генераторы сильно различаются конструктивно. Поэтому используются оба вида генераторов. В одних случаях более удобен магнитострикционный, в других — пьезоэлектрический.
С помощью гидролокатора можно не только обнаружить подводную лодку, мель или айсберг, но и точно определить их местоположение.
Для целей гидролокации пользуются ультразвуком с частотой в среднем от 15 до 30 тысяч колебаний в секунду.
Продолжительность каждого отдельного сигнала приблизительно 0,1 секунды.
Момент посылки сигнала отмечается на экране особого аппарата, называемого осциллографом (рис. 17), появлением пилообразного изгиба светящегося лучика.
Сигнал послан. Специальное реле (рис. 18) подключает излучатель к приемному устройству, и гидролокатор в течение некоторого времени ждет прихода отраженного сигнала.
Если эхо-сигнал приходит, то особый прибор сначала усиливает его, затем превращает неслышимые ультразвуковые сигналы в обычные звуки, которые прослушиваются с помощью репродуктора.
Одновременно принятые сигналы подаются также на осциллограф, на экране которого появляется второй пилообразный изгиб луча.
Чем больше промежуток времени между посылкой и приемом сигнала, тем дальше будут отстоять друг от друга изгибы луча на экране осциллографа. Поместив на экране прозрачную линейку с нанесенным на нее масштабом, можно, взглянув на прибор, сразу узнать расстояние до препятствия, отразившего сигнал.
Излучатель обычно помещается в специальный кожух и устанавливается под днищем корабля. Вращаясь, излучатель как бы «осматривает горизонт» (рис. 19).
