Filtru electromecanic

Un filtru electromecanic (EMF)  este un filtru , folosit de obicei în locul unui filtru electronic de radiofrecvență, al cărui scop principal este de a trece vibrațiile într-o anumită bandă de frecvență și de a suprima altele. Filtrul folosește vibrații mecanice similare cu un semnal electric aplicat (acesta este un tip de filtru analogic ). La intrarea și la ieșirea filtrului există traductoare electromecanice care transformă vibrațiile electrice ale semnalului în vibrații mecanice ale fluidului de lucru al filtrului și invers.

Toate componentele EMF sunt similare în funcțiile lor cu diferite elemente ale unui circuit electric. Funcțiile-caracteristicile matematice ale elementelor mecanice sunt identice cu caracteristicile elementelor electrice corespunzătoare. Acest lucru vă permite să aplicați metodele de analiză a circuitelor electrice și proiectarea filtrelor la circuitele cu filtre mecanice. În teoria circuitelor electrice, au fost dezvoltate multe metode matematice pentru a calcula răspunsul în frecvență al unui filtru, iar proiectanții de filtre mecanice le-au folosit direct. Acest lucru este necesar pentru a se asigura că caracteristicile filtrului mecanic corespund caracteristicilor necesare ale circuitului electric.

Piesele EMF sunt de obicei realizate din oțel sau aliaje fier - nichel . Nichelul este folosit în mod obișnuit pe bornele de intrare și de ieșire ale filtrului. Rezonatoarele de filtru realizate din aceste materiale sunt prelucrate pe o mașină specială de înaltă precizie înainte de asamblarea finală a filtrului pentru a le oferi răspunsul în frecvență necesar.

Deoarece EMF funcționează ca un dispozitiv electromecanic, metodele de proiectare mecanică a dispozitivelor pentru filtrarea vibrațiilor mecanice sau a undelor sonore (care sunt și vibrații mecanice) sunt pe deplin aplicabile în dezvoltarea sa. Astfel de metode sunt utilizate, de exemplu, în dezvoltarea carcaselor pentru difuzoare. În aplicațiile electrice, pe lângă componentele mecanice cu caracteristicile pieselor electrice, sunt necesare convertoare de vibrații mecanice în vibrații electrice și invers. Există multe forme diferite de componente și topologii de filtre mecanice, o selecție reprezentativă a cărora este oferită în acest articol.

Teoria filtrelor electromecanice a fost aplicată pentru prima dată pentru a îmbunătăți părțile mecanice ale gramofoanelor în anii 1920. În anii 1950, EMF-urile au început să fie produse ca produse independente pentru utilizare în transmițătoare radio și receptoare radio de înaltă calitate. Cel mai înalt factor de calitate al rezonatoarelor mecanice, depășind cu mult factorul de calitate al oricăror circuite oscilatoare convenționale (pe condensatoare și inductori), a făcut posibilă crearea de filtre mecanice cu selectivitate excelentă . Sensibilitatea ridicată, importantă pentru receptoarele radio, a făcut și aceste filtre foarte atractive de utilizat. Cercetătorii moderni dezvoltă filtre microelectromecanice - analogi electromecanici ai circuitelor integrate .

Elemente

Elementele unui circuit electric liniar pasiv sunt inductoarele , condensatoarele și rezistențele , ale căror proprietăți sunt, respectiv , inductanța , rigiditatea electrică (reciproca capacității ) și rezistența . Ele corespund masei , rigiditatii si atenuarii . Majoritatea circuitelor electronice de filtrare folosesc numai condensatori și inductori, iar rezistențele pot fi la intrarea și la ieșirea filtrului. Într-un filtru ideal, este posibil să nu existe rezistență; în lumea reală, este întotdeauna sub forma rezistenței înfășurării inductorului, a rezistenței de montare etc. În mod similar, elementele unui filtru mecanic ideal au doar masă și rigiditate, dar în lumea reală există întotdeauna o amortizare a oscilațiilor [1] .

În același mod, analogul mecanic al tensiunii și curentului poate fi considerat forță ( F ) și viteză ( v ). Prin urmare , impedanța mecanică poate fi definită în termeni de frecvență unghiulară imaginară jω , [aprox. 1] care urmează pe deplin analogia electrică [2] :1-2 [3] .  


Parametru mecanic		 Formulă
Rezistenta mecanica
(impedanta)		 Parametrul electric
Rigiditate, S Duritate electrică, 1/ C ,
capacitate reciprocă
Greutate, M Inductanță, L
Atenuare, D Rezistența, R

Note:

Circuitul prezentat în tabelul de mai sus este cunoscut sub numele de analogie de impedanță .  Pe baza acestuia, se construiesc scheme de circuite electrice echivalente EMF, a căror impedanță electrică corespunde rezistenței totale a EMF, considerată ca parte a unui circuit electric. Astfel de circuite sunt mai intuitive din punctul de vedere al electronicii radio. Există, de asemenea, o analogie cu mobilitatea [ cca . 2] , în care forța fizică corespunde puterii curentului electric, iar viteza corespunde tensiunii electrice. Analogia de mobilitate dă rezultate corecte echivalente, dar necesită utilizarea nu a acelor analogi electrici indicați mai sus, ci a reciprocelor lor. De unde M → C , S → 1/ L , D → G , unde G  este conductivitatea electrică , reciproca rezistenței. Circuitele echivalente construite folosind analogia mobilității sunt similare cu cele construite folosind analogia impedanței. Dar în loc de rezistență totală, se folosește reciproca acesteia - conductivitatea totală (impedanță inversă), iar în circuitul echivalent, elementele în serie devin paralele, capacitățile sunt înlocuite cu inductanțe și așa mai departe [4] . Schemele construite folosind analogia mobilității sunt mai apropiate de schema de aranjare mecanică EMF și sunt mai intuitive din punctul de vedere al mecanicii [5] .

Orice componentă mecanică are inevitabil masă și rigiditate. Analogii mecanici ai capacităților și inductanțelor concentrate se pot realiza prin minimizarea (dar nu eliminarea completă) a proprietății nedorite. Un analog al unui condensator poate fi o tijă lungă și subțire, cu o masă minimă și o conformitate maximă. Un analog al unui inductor, dimpotrivă, este o bară scurtă și largă, cu masă maximă și conformitate minimă. [2] :1

Piesele mecanice funcționează ca o linie lungă pentru vibrațiile mecanice. Dacă lungimea de undă este scurtă în comparație cu dimensiunile piesei, modelul elementului concentrat descris mai sus devine inadecvat și ar trebui utilizat în schimb un model cu element distribuit  . Piesele mecanice cu parametri distribuiți aici sunt complet similare cu elementele electrice cu parametri distribuiți, iar dezvoltatorul filtrelor electromecanice poate aplica metode de calcul a filtrelor pe elementele cu parametri distribuiți ( filtru de element distribuit în engleză ). [2]  

Istorie

Telegraf armonic (acustic)

Proiectarea filtrelor electromecanice a evoluat datorită aplicării la mecanisme a unor metode ale teoriei filtrelor electrice. Cu toate acestea, unul dintre cele mai timpurii exemple (1870) de aplicare practică a EMF a fost telegraful armonic sau acustic., care a fost creat pentru că la acea vreme rezonanța electrică era încă puțin înțeleasă, iar rezonanța mecanică (în special rezonanța acustică ) era bine cunoscută de ingineri. Această stare de lucruri nu a durat mult; rezonanța electrică era deja cunoscută de știință, iar în curând inginerii au dezvoltat modele de filtre complet electrice. Dar la acea vreme telegraful armonic era destul de important. Ideea de a transmite mai multe telegrame simultan pe o linie telegrafică la frecvențe diferite (denumită acum diviziunea de frecvență a canalelor ) a ajutat la reducerea semnificativă a costului construirii liniilor telegrafice. Cheia telegrafică a fiecărui operator includea un releu electromecanic, a cărui limbă oscila la o anumită frecvență și transforma această vibrație mecanică într-un semnal electric. Operatorul care a primit telegrama avea același releu, reglat precis la frecvența audio dorită; a început să vibreze şi să scoată un sunet numai sub acţiunea unui semnal electric de frecvenţa cerută [6] [7] .

Diverse modele ale telegrafului armonic au fost dezvoltate de Elisha Gray , Alexander Bell , Ernst Mercadier( Ernest Mercadier ) și alții. Astfel, s-au descoperit metode de transformare a vibrațiilor sonore în vibrații electrice și invers, ceea ce a dus ulterior la inventarea telefonului [6] [7] .

Circuite mecanice echivalente

La scurt timp după dezvoltarea analizei circuitelor electrice, conceptul de impedanță complexă și reprezentare din teoria filtruluia început să fie aplicat prin analogie în mecanică. A. Kennelly( Arthur E. Kennelly ), care a introdus și conceptul de impedanță complexă, și A. Webster( Arthur Gordon Webster ) în 1920 a extins pentru prima dată conceptul de impedanță la sistemele mecanice [8] .

Analogiile mecanice ale conductivității complexe complete și ale mobilității asociate  au început să fie folosite ceva mai târziu, în 1932, datorită lui Firestone [ 9] [ 10] [11] .

Dar simpla introducere a analogilor mecanici ai cantităților electrice nu a fost suficientă. Ele erau aplicabile sistemelor complet mecanice; dar atunci când se calculează EMF, este necesar să se țină seama, pe cât posibil, de influența convertoarelor electromecanice. În 1907, A. Poincare a descris pentru prima dată convertorul folosind o pereche de ecuații algebrice liniare care relaționează variabile electrice (tensiune și curent) cu variabile mecanice (forță și viteză) [12] [13] . Aceste ecuații pot fi scrise sub formă de matrice folosind parametrii z quadripol :

unde I și v  sunt puterea curentului și respectiv tensiunea de pe partea electrică a convertorului.

O astfel de înregistrare a ecuațiilor, care descriu la fel de bine impedanța mecanică și electrică, a fost propusă pentru prima dată de R. L. Vegel ( R. L. Wegel ) în 1921 . În ele  , aceasta este impedanța mecanică în circuit deschis, adică impedanța părții mecanice a convertorului atunci când nu există curent la bornele părții electrice a convertorului. Celălalt element al matricei cu patru terminale este  impedanța electrică în circuit deschis, adică rezistența de intrare a părții electrice a convertorului, măsurată atunci când partea mecanică a convertorului este fixă ​​și staționară (viteza este zero) . Celelalte două elemente, și , descriu, respectiv, funcția de transfer direct și invers a convertorului electromecanic.

Odată cu apariția unor astfel de idei, inginerii au reușit să aplice metode de calcul a circuitelor electrice în domenii mecanice și să analizeze sistemul electromecanic în ansamblu [8] [12] [14] .

Redare sunet

Una dintre primele aplicații practice ale noilor dezvoltări teoretice au fost calculele gramofoanelor . O problemă frecventă în modelele timpurii de gramofon au fost rezonanțe mecanice în sistemul de preluare și transmisie a sunetului; ca urmare, au apărut vârfuri și văi excesiv de mari pe caracteristica amplitudine-frecvență (AFC) a gramofonului, ceea ce a redus semnificativ calitatea sunetului. În 1923, Harrison , care  lucra pentru Western Electric Company, a primit un brevet pentru un gramofon în care calculele unui sistem acustic mecanic se bazau în întregime pe un circuit electric echivalent. Sistemul acustic al gramofonului a fost prezentat ca o linie de transmisie electrică, cornul gramofonului ca o sarcină activă la ieșire. Toate părțile mecanice și acustice ale gramofonului - de la acul de preluare la claxon - au fost comparate pe baza analogiei de impedanță cu elemente electrice echivalente cu parametrii concentrați. Circuitul electric echivalent avea o topologie ladder ( în engleză ladder topology ) și era o secvență de circuite rezonante manevrate de condensatori. Poate fi considerat și ca un circuit de filtru trece -bandă . Și Harrison a ales valorile parametrilor elementelor unui astfel de filtru astfel încât să ofere lățimea de bandă audio dorită (în acest caz de la 100 Hz la 6 kHz) și un răspuns plat în frecvență. Prin recalcularea parametrilor electrici ai elementelor circuitelor electrice echivalente înapoi în parametri mecanici, a fost posibil să se calculeze masele și rigiditatea necesare ale pieselor de gramofon și apoi dimensiunile corespunzătoare ale pieselor pentru fabricarea lor. Gramofonul rezultat a avut un răspuns de frecvență plat pe toată lățimea de bandă și a fost lipsit de rezonanțe parazitare la unele frecvențe audio, atât de caracteristice modelelor anterioare de gramofon [15] . La scurt timp după aceea, Harrison a primit un alt brevet - pentru o metodologie similară pentru calcularea microfoanelor și a telefoanelor pentru telefoane [16] .  

Harrison a folosit teoria k-filtrelor ( în engleză  „filtru k constant” sau „filtru de imagine” ) Campbell( G. A. Campbell ), care la acea vreme era cea mai dezvoltată teorie a filtrului. În această teorie, calculul filtrelor a fost considerat, în esență, ca problema potrivirii impedanței (impedanței)[15] :2 . O teorie mai dezvoltată pentru rezolvarea acestei probleme a fost propusă de Edward Norton.( Edward L. Norton ), lucrând la Bell Labs în 1929 . E. Norton a folosit aceeași abordare generală, deși mai târziu i-a scris lui Sydney Darlingtoncă a fost capabil să dezvolte un filtru mecanic „maxim plat” [1] . Designul lui Norton a apărut mai devreme decât cel similar descris în lucrarea lui Stephen Butterworth, care este de obicei considerat descoperitorul filtrului electronic cu cel mai plat răspuns în frecvență [17] .

Ecuațiile pe care Norton le oferă pentru filtrul său corespund unui filtru Butterworth încărcat unilateral, conectat la o sursă de tensiune ideală (fără rezistență internă). În timp ce în literatură, calculul unui filtru încărcat pe două fețe este mai des dat, cu rezistențe la intrare și la ieșire. Prin urmare, este dificil de spus pentru ce construcție ar trebui aplicat un astfel de model [2] :3 [18] . O altă caracteristică a filtrului Norton este un condensator conectat în serie corespunzător rigidității de pe diagrama acustică.. În circuitul echivalent Norton, există un singur astfel de condensator, iar fără acesta, filtrul poate fi analizat ca un prototip de filtru trece-jos.. Norton mută condensatorul de la circuitul intern al filtrului la intrarea acestuia, forțând un transformator în circuitul echivalent (Figura 3, de jos). Norton a folosit un circuit pentru convertirea rezistenței echivalente „L-inverted” ( în engleză  turning round the L ) [2] .

Descrierea cantitativă finală a EMF la acea vreme a fost dată de Maxfield  și Harrison , publicată în 1926. În ea, autorii nu numai că au descris modul în care un filtru trece-bandă mecanic poate fi aplicat în sistemele de reproducere a sunetului, dar au aplicat și aceleași principii la dezvoltarea sistemelor mecanice de înregistrare a sunetului, oferind o diagramă a unui cap îmbunătățit de înregistrare a sunetului (pentru înregistrarea pe înregistrări). ) [19] [20] [21] .

Producție în serie

Producția pe scară largă de filtre electromecanice a fost efectuată pentru prima dată de Collins Radio Company (acum Rockwell Collins, Inc.)) în anii 1950. Au fost dezvoltate inițial pentru aplicații de telefonie cu diviziune de frecvență, unde utilizarea filtrelor de înaltă calitate a adus beneficii comerciale. Precizia și abruptul răspunsului în frecvență al EMF a făcut posibilă reducerea lățimii benzii de frecvență de protecție care separă canalele de frecvență, în urma căreia a devenit posibilă transmiterea unui număr mai mare de conversații telefonice printr-un singur cablu. Același principiu al diviziunii în frecvență a canalelor este utilizat pe scară largă în transmițătoarele radio - din același motiv. Filtrele electromecanice s-au răspândit rapid pe căile de frecvență intermediară ale sistemelor radio VHF și UHF de înaltă calitate (inclusiv radio militare, maritime, amatori și altele). Avantajul lor a fost un factor de calitate semnificativ mai mare decât filtrele LC echivalente , permițând obținerea unei selectivități ridicate.necesară separarea semnalelor radio apropiate ca frecvență în receptoare. Un alt avantaj al EMF a devenit o stabilitate mai mare decât cea a filtrelor LC și a filtrelor monolitice de cuarț. Cel mai popular EMF pentru receptoarele radio a fost filtrul de rezonator de torsiune, deoarece frecvența intermediară din acestea este de obicei aleasă în intervalul de la 100 la 500 kHz [22] [23] .

Convertoare electromecanice

Filtrele electromecanice folosesc atât traductoare electromecanice magnetostrictive , cât și piezoelectrice ( EMT ). În EMF modern, se acordă preferință traductoarelor piezoelectrice, deoarece. Piezoelectricul poate fi folosit ca rezonator in acelasi timp, ceea ce reduce numarul de piese si dimensiunea filtrului. În plus, EMF magnetostrictiv este sensibil la câmpurile magnetice externe și practic nu afectează funcționarea filtrului piezoelectric. [24]

Traductori magnetostrictivi (magnetostrictori)

Un material magnetostrictiv este un material care își schimbă forma atunci când este expus unui câmp magnetic și, dimpotrivă, creează un câmp magnetic atunci când este deformat. În EMF magnetostrictiv, este necesară o bobină conductivă în jurul materialului magnetostrictiv. O bobină purtătoare de curent la intrarea filtrului creează un câmp magnetic alternativ care pune în mișcare magnetostrictorul de intrare ( Fig. 4-a ). Un curent este creat în bobina de ieșire prin acțiunea câmpului magnetic creat de magnetostrictorul de ieșire din cauza inducției. Adesea, un magnet permanent este folosit și pentru a menține intensitatea câmpului magnetic din materialul magnetostrictiv în intervalul de funcționare. În același scop, se poate folosi curent continuu , trecut prin bobină simultan cu semnalul - dar o astfel de soluție constructivă este folosită relativ rar [25] .

Materialele magnetostrictive utilizate în mod obișnuit în EMF EMF sunt ferite (pulbere comprimată de compuși de fier ). Sunt adesea folosite rezonatoare cu înfășurări din oțel sau fier-nichel; dar în unele modele (în special cele mai vechi) sârmă de nichel poate fi folosită pentru cablurile de intrare și de ieșire ale filtrului. Acest lucru se datorează faptului că este posibil să înfășurați înfășurarea convertorului pe un fir de nichel asociat cu acesta, deoarece. Nichelul are proprietăți magnetostrictive slabe. Cu toate acestea, designul firului de înfășurare dublă este destul de slab. Celălalt dezavantaj al său sunt curenții turbionari , care pot fi evitați dacă se folosește ferita în loc de nichel [25] .

Înfășurarea convertorului, desigur, adaugă o anumită inductanță circuitului EMF. Pentru a compensa, un condensator este de obicei conectat în paralel cu intrarea (ieșirea) filtrului, iar în unele modele de filtre electromecanice un astfel de condensator este încorporat. Acesta formează un rezonator suplimentar (circuit LC oscilator paralel). De regulă, lățimea de bandă a unui astfel de circuit oscilator este mult mai mare decât cea a unui rezonator mecanic, astfel încât acest condensator shunt nu are aproape niciun efect asupra răspunsului în frecvență al EMF; totuși, compensarea componentei reactive a rezistenței de intrare și de ieșire oferă anumite avantaje: deci EMF este mai bine în concordanță cu linia de transmisie și alte elemente de circuit [26] :c.2, l.14–17 .

Traductoare piezoelectrice

Piezoelectricii își schimbă forma atunci când sunt supuși unui câmp electric și, de asemenea, creează un câmp electric atunci când sunt deformați. Un traductor piezoelectric este realizat în esență prin plasarea electrozilor într-un material piezoelectric. Piezoelectricii utilizați în EMF timpurii, cum ar fi titanatul de bariu , aveau o stabilitate insuficientă la temperatură. Din această cauză, traductorul piezoelectric nu putea îndeplini simultan funcțiile unui rezonator, iar rezonatorul trebuia realizat separat. Această problemă a fost rezolvată atunci când a fost utilizat titanat de zirconat de plumb ( PZT ), care a fost suficient de stabil pentru a fi utilizat într-un rezonator. Un alt material des folosit în filtrele electromecanice este cuarțul . Cu toate acestea, materialele ceramice precum PZT sunt preferate datorită coeficientului de cuplare electromecanicsunt mai mari decât cele ale cuarțului [27] .

Există diferite tipuri de traductoare electromecanice piezoelectrice. Unul dintre ele este traductorul Langevin , numit după celebrul fizician francez Paul Langevin , care a folosit un EMF similar în proiectele sale timpurii de sonar . Traductorul Langevin excită bine modurile longitudinale ale vibrațiilor sonore. Prin urmare, poate fi utilizat cu rezonatoare reglate pe moduri longitudinale sau cu rezonatoare în care vibrațiile cu alte moduri pot fi transformate mecanic în vibrații longitudinale. De obicei, EMF-ul lui Langevin este realizat sub forma unui disc piezoelectric plasat între două tije identice care formează un rezonator ( Fig. 4-b ). [28]

Într-un alt tip de EMF, stratul piezoelectric este situat nu peste, ci de-a lungul rezonatorului ( Fig. 4-c ). În acest proiect, oscilațiile acustice de torsiune sunt lucrătorii , de aceea un astfel de EMF se numește torsiune [29] .

Rezonatoare

material factor de calitate
Nichel până la 100 [30]
Oţel până la 1000 [30]
Aluminiu ~10000 [30]
Aliaje fier-nichel 10000-25000,
în funcție de proiectare [31]

Rezonatoarele mecanice fac posibilă obținerea unui factor de calitate extrem de ridicat : aproximativ 10.000 în majoritatea EMF-urilor și până la 25.000 în filtrele cu rezonatoare de torsiune dintr-un aliaj special fier-nichel. Un astfel de factor de calitate este practic imposibil de realizat într-un circuit oscilator convențional, unde este limitat de rezistența activă a înfășurării inductorului. [25] [31] [32]

Proiectele timpurii (anii 1940-1950) au folosit rezonatoare din oțel. Pe viitor, oțelul a făcut loc aliajelor fier-nichel, care, deși sunt mai scumpe, vă permit să obțineți factorul de calitate maxim. Unele dintre metalele utilizate în rezonatoarele filtrelor electromecanice și factorii Q pe care îi furnizează sunt redate în tabelul [31] .

Uneori, un cristal piezoelectric este folosit ca rezonator, în special în modelele compacte EMF, unde piezoelectricul este atât un rezonator, cât și un convertor electromecanic de intrare/ieșire [31] .

Un alt avantaj al EMF față de circuitul LC este stabilitatea sa ridicată. Este posibilă o abatere relativă a frecvenței de rezonanță de la valoarea nominală, care nu depășește 1,5 10–9 pe întregul interval de temperatură de funcționare de la minus 25 la +85 °C și, în același timp, instabilitatea relativă a frecvenței temporale nu va depăși 4 10–9 pe zi [33] . Stabilitatea temperaturii a frecvenței este un alt motiv pentru utilizarea unui aliaj fier-nichel în rezonatorul EMF. Este direct legată de stabilitatea modulului Young  - o măsură a rigidității unui material; coeficientul de temperatură al modulului Young ( TCMYU ) ar trebui să fie cât mai aproape de zero posibil. Majoritatea materialelor au un TCMY negativ (la încălzire, materialul devine mai puțin rigid), dar prin adăugarea unor elemente la aliaj, se poate obține TCMY zero sau pozitiv [aprox. 3] . În rezonator, este de preferat să se folosească un material al cărui TCMY este egal sau aproape de zero în domeniul de temperatură de funcționare. Un astfel de material poate fi obținut prin tratarea termică a aliajului, care modifică funcția dependenței TCMT de temperatură [34] [35] [36] [37] .

Moduri de oscilații în rezonatoare

De obicei, diferite moduri de oscilație de deformare și stres mecanic pot fi excitate într-un rezonator mecanic , dar într-un rezonator EMF, doar unul dintre ele funcționează și, de obicei, proiectantul încearcă să se asigure că rezonanța are loc numai în modul de lucru și alte oscilații. modurile nu sunt entuziasmate. Sunt utilizate atât deformațiile longitudinale de tracțiune/compresiune, cât și deformațiile de încovoiere și torsiune. Uneori sunt utilizate deformații oscilatorii de tensiune/compresie radială sau vibrații polarizate circular (cum ar fi vibrațiile într-o membrană rotundă) [38] .

Modurile de oscilație sunt numerotate în funcție de numărul de semi-unde care se potrivesc pe dimensiunea rezonatorului corespunzătoare. Dacă modul este asociat cu mișcarea oscilativă în mai mult de o direcție (de exemplu, vibrațiile polarizate circular ale unei membrane rotunde sunt efectuate în două direcții în același timp) - este indicat prin mai multe numere. La moduri mai mari de oscilație, în rezonator se formează mai multe noduri de oscilație - puncte fixe (minimum de undă staționară ). În unele modele de rezonatoare mecanice, în nodurile de oscilație sunt instalate suporturi sau elemente de fixare suplimentare pentru o rezistență structurală mai mare. În Figura 5 , nodurile de oscilație sunt indicate printr-o linie punctată, iar elementele mecanice suplimentare sunt indicate prin segmente de sârmă atașate la ele. Atașarea părților mecanice suplimentare la rezonator în nodurile de oscilație nu interferează cu funcționarea rezonatorului și nu interferează cu excitarea oscilațiilor modului de lucru.

Proiectări de circuite electromecanice

În proiectarea unui filtru electromecanic, pot fi utilizate multe combinații diferite de rezonatoare și convertoare electromecanice. Cifrele arată unele dintre ele. Deci, în fig. 6 prezintă un EMF cu rezonatoare cu disc de îndoire și EMF magnetostrictiv. Un traductor electromecanic transmite vibrații în centrul primului rezonator. La frecvența de rezonanță (sau în apropierea acesteia), marginile discului rezonator oscilează în antifază cu centrul său, iar această oscilație este transmisă prin tije către următorul rezonator. Cu o abatere semnificativă de la frecvența de rezonanță, marginile discului vor oscila ușor, iar filtrul va „taia” (nu trece prin el însuși) un astfel de semnal [39] .


Vezi și

Note

  1. ↑ Nota traducătorului: cel mai probabil, aceasta se referă la frecvența unghiulară complexă a oscilațiilor armonice amortizate , unde  este frecvența unghiulară reală a oscilațiilor ( ) și  este coeficientul de amortizare. Atunci ecuația de oscilație poate fi scrisă în formă generală ca
  2. ^ Analogia impedanței este cea mai frecvent  utilizată abordare; dar printre cei care folosesc analogia mobilității se numără principalul producător de EMF „Rockwell Collins, Inc”.( Johnson, 1968, p. 41 )
  3. ↑ Vezi, de exemplu, „Thermelast 4002”® Arhivat 16 septembrie 2016 la Wayback Machine  (germană)  - un aliaj patentat produs pentru prima dată pe 8 aprilie 2010 în Germania. Primul aliaj cu aceste proprietăți a fost elinvar . Pentru descoperirea elinvarului și invarului, Charles Guillaume a primit Premiul Nobel în 1920; prima aplicație practică a aliajelor descoperite de el au fost compensatorii de temperatură în instrumentele științifice de măsură, ceasurile și cronometrele marine ( Gould, Rupert T. The Marine Chronometer. - Londra: Holland Press, 1960. - p. 201 ).

Note de subsol

  1. ↑ 12 Darlington , 1984 , p. 7.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 Norton, Edward L. „Sound reproducer”, brevetul american 1.792.655 , depus la 31 mai 1929, eliberat la 17 februarie 1931.
  3. ↑ Talbot-Smith, 2001 , pp. 1,85, 1,86.
  4. ↑ Taylor & 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”, brevetul american 1.730.425 , depus la 11 octombrie 1927 (și în Germania la 21 octombrie 1923), eliberat la 8 octombrie 1929.
  16. ^ Harrison, H.C. „Electromagnetic system”, brevetul american 1.773.082 , depus la 6 decembrie 1923, eliberat la 12 august 1930.
  17. ↑ Butterworth, 1930 , pp. 536–541.
  18. ↑ Matthaei, 1964 , pp. 104–107.
  19. ↑ Taylor & Huang, 1997 , p. 360.
  20. ↑ Hunt, 1954 , p. 68.
  21. ↑ Maxfield, 1926 , pp. 493–523.
  22. ↑ Taylor & Huang, 1997 , p. 359.
  23. ↑ Carr, 2002 , pp. 54-55.
  24. ↑ Taylor & Huang, 1997 , p. 387.
  25. ↑ 1 2 3 Carr, 2002 , pp. 170-172.
  26. ^ Mason, Warren P. „Electromechanical wave filter”, brevetul american 2.981.905 , depus la 20 august 1958, eliberat la 25 aprilie 1961.
  27. ↑ Rosen, 1992 , pp. 290-291, 331.
  28. ↑ Rosen, 1992 , pp. 293-296, 302.
  29. ↑ Rosen, 1992 , p. 302.
  30. ↑ 1 2 3 George, col.1.
  31. ↑ 1 2 3 4 Lin, 1998 , p. 286.
  32. ↑ Talbot-Smith, 2001 , p. 380.
  33. ↑ Carr, 2002 , p. 171.
  34. ↑ 1 2 Taylor & Huang, 1997 , p. 380.
  35. ↑ Manfred Börner, Jürgen Spizner, „Mechanical frequency filter with additional coupling to increase slope of damping rise”, col.4, US Patent 3.445.792 , depus la 28 iunie 1963, emis la 20 mai 1969.
  36. ^ Alfhart Günther, „Method for aligning mechanical filters”, col.2, US Patent 3.798.077 , depus la 24 septembrie 1971, emis la 19 martie 1974.
  37. ↑ Schneider, Wolfgang; Thomas, Hans. Aliaje cu modul constant pentru oscilatoare mecanice  // Tranzacții metalurgice  A : jurnal. - 1979. - Vol. 10 , nr. 4 . — P. 433 . - doi : 10.1007/BF02697070 . - Cod biblic .
  38. ↑ Taylor & Huang, 1997 , pp. 392–393.
  39. ↑ baselec, 1973 , p. 450.

Literatură

vorbitor de limba rusă

vorbitor de engleză

Link -uri