DE738341C

DE738341C - Device for generating strong sound and ultrasound

Info

Publication number: DE738341C
Application number: DEL97763D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Lothar Ehret; Dr-Ing Wolfgang Schurig
Original assignee: LUFTFAHRTFORSCHUNGSANSTALT HER
Current assignee: LUFTFAHRTFORSCHUNGSANSTALT HER
Priority date: 1939-03-19
Filing date: 1939-03-19
Publication date: 1943-08-12

Description

Vorrichtung zur Erzeugung von starkem Schall und Ultraschall In der Ultraschalltechnik sind bis heute drei Verfähren zur Erzeugung von starkem Schall bzw. Ultraschall bekanntgeworden.Device for generating strong sound and ultrasound In the To date, ultrasound technology has been three methods of generating strong sound or ultrasound became known.

Mit dem Verfahren, das auf dem piezoelektrisch@en Effekt beruht, erreicht man in Flüssigkeiten Schalleistungen von etwa io @ÄTatt/cm2 und eine Schallausbeute von etwa io bis i5%, bezogen auf die hineingesteckte elektrische Energie. Das Verfahren eignet sich besonders für die Beschallung von Flüssigkeiten; allerdings ist man wegen der Temperaturempfindlichkeit des Quarzes auf niedere Temperaturen beschränkt. Umbei hohen Temperaturen beschallen zu können, sind zwischen das heiße Schallgut und die Schallquelle Schallübertrager geschaltet worden, deren Einbau ,aber große Schallintensitätsverluste bewirken. Für die Beschallung von gasförmigen Medien ist das piezoelektrische Verfahren wegen der außerordentlich schlechten Schallabstrahlung ungeeignet. Die Schallintensitäten in gasförmigen Medien betragen ungefähr 1/100o von denjenigen in Flüssigkeiten.Achieved with the process based on the piezoelectric effect one in liquids has a sound power of about io @ ÄTatt / cm2 and a sound output from about io to i5%, based on the electrical energy inserted. The procedure is particularly suitable for the sonication of liquids; however one is limited to low temperatures due to the temperature sensitivity of quartz. In order to be able to sound at high temperatures, there are between the hot sound material and the sound source sound transmitter has been switched, their installation, but great Cause sound intensity losses. For the sonication of gaseous media is the piezoelectric process because of the extremely poor sound radiation not suitable. The sound intensities in gaseous media are approximately 1 / 100o of those in liquids.

Die magnetostriktiven Verfahren zeitigen gute Ergebnisse in Flüssigkeiten für Frequenzen um i o kHz herum. Die Schallintensität kann wegen des Endwertes der Magnetostriktion nicht bis zur elastischen Grenze des Schwingstabes gesteigert werden, und wegen der Temperaturabhängigkeit der Magnetostriktion ist das Verfahren ebenfalls auf niedere Temperaturen beschränkt. Immerhin können bei diesem Verfahren die Schallübertrager verlustarm gebaut werden, so daß mit diesem Schallerzeuger Metallschmelzen erfolgreich beschallt werden konnten. Für Bestrahlung von gasförmigen Medien ist dieser Sender ebenfalls wegen der ungünstigen Abstrahlung ungeeignet. In Luft von Normaldruck dürften damit Schallintensitäten von 1/10o bis 1/i0 watt/cm2 zu erreichen sein. Schallausbeuten nach diesem Verfahren sind nicht bekanntgeworden.The magnetostrictive methods give good results in liquids for frequencies around 10 kHz. The sound intensity can because of the final value of the Magnetostriction cannot be increased to the elastic limit of the vibrating rod, and because of the temperature dependence of magnetostriction, the method is also limited to low temperatures. After all, the sound transmitter can use this method can be built with little loss, so that molten metal can be successfully used with this sound generator could be sonicated. This transmitter is used for the irradiation of gaseous media also unsuitable because of the unfavorable radiation. In air at normal pressure it should be possible to achieve sound intensities of 1 / 10o to 1/10 watt / cm2. Noise yields by this method are not known.

Die größten Schallintensitäten in gasförmigen Medien werden mit dem Verfahren nach H a r t m a n n erzeugt. Es beruht darauf, daß ein Luftstrahl mit Überschallgeschwindigkeit aus einer Düsie fließt: und dem Strahl an einer geeigneten Stelle ein Resonator entgegengestellt wird. Bei richtiger Entfernung des Resonators von der Düse entstehen in ihm sehr starke periodische Druckschwankungen, die sich als Schallwellen nach außen fortpflanzen." Das erzeugte Schallfeld wird aber gleichzeitig von dem Luftstrom durchflossen, und aus diesem Grunde ist das Verfahren für die meisten Versuchszwecke wertlos. Der Wirkungsgrad solcher Anordnungen, bezogen auf die Kompressionsarbeit der Preßluft, wird zu 5 bis iooö angegeben.The greatest sound intensities in gaseous media are with the Method produced according to H a r t m a n n. It is based on the fact that an air jet with Flows supersonic from a nozzle: and the jet at a suitable one Place a resonator opposite. With the correct removal of the resonator from the nozzle arise in it a lot strong periodic pressure fluctuations, which are propagated outwards as sound waves. "The sound field generated becomes but at the same time traversed by the stream of air, and for this reason it is Method worthless for most experimental purposes. The efficiency of such arrangements, based on the compression work of the compressed air, it is given as 5 to 10000.

Es ist also bis heute keine Schallquelle bekanntgeworden, mit der man starken Schall bzw. Ultraschall in Behältern mit gasförmiger Füllung erzeugen kann. M2tn kennt zwar Verfahren, mittels Lippenpfeifen, die einen durch eine senkrecht zum Pfeifenrohr gasdicht ausgespannte Membran geteilten Schwingungsraum haben, oder mittels einer auf dem aerodynamischen Paradoxon beruhenden Einrichtung, bei der die auf das schwingende Membra:nsystem wirkende Druckkraft dadurch entsteht, daß das Treibmittel durch einen periodisch veränderlichen und von der Membran gesteuerten Querschnitt strömt, mechanische Schwingungssysteme zum Schwingen anzuregen; diese Verfahren ergeben jedoch verhältnismäßig geringe Intensitäten oder arbeiten nur bei niederen Frequenzen. Diese Lücke soll die nachfolgend beschriebene Erfindung ausfüllen.So to this day no sound source has become known with which you generate strong sound or ultrasound in containers with a gaseous filling can. M2tn knows processes using lip whistling, which one through a vertical to the pipe pipe have a gas-tight stretched diaphragm divided vibration space, or by means of a device based on the aerodynamic paradox in which the pressure force acting on the vibrating membrane system arises from the fact that the propellant by a periodically variable and controlled by the membrane Cross-section flows to stimulate mechanical oscillation systems to oscillate; these However, methods result in relatively low intensities or only work at lower frequencies. This loophole is intended for the invention described below to complete.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Erzeugung von starkem Schall und Ultraschall in Behältern, die durch ein mechanisch schwingungsfähiges System (Membran) .abgeschlossen sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß dieses System durch periodische Druckkräfte, welche in dem Resonator eines Hartmanischen Generators durch Anblasen mit einem Gasstrahl von Überschallgeschwindigkeit entstehen, zu erzwungenen Schwingungen angeregt und dadurch zur Schallquelle wird.The invention also relates to an apparatus for producing strong sound and ultrasound in containers caused by a mechanically vibratory System (membrane). Are closed, and is characterized in that this System by periodic compressive forces, which in the resonator of a Hartman Generator by blowing a gas jet at supersonic speed, stimulated to forced vibrations and thus becomes a source of sound.

Dieser Grundgedanke ist in verschiedenen Anordnungen untersucht worden und wird im folgenden an zwei Ausführungen, die als Beispiele zu betrachten bind, geschildert. Die Versuche haben die Richtigkeit der Idee bewiesen und die Schallintensitäten, die mit diesen Anordnungen in geschlossenen Behältern mit Gasfüllung erreicht werden können, sind bedeutend größer als diejenigen;, welche mit den bisher bekannten Verfahren erzeugt worden sind.This basic idea has been examined in various arrangements and is bound in the following to two explanations, which are to be regarded as examples, described. The experiments have proven the correctness of the idea and the sound intensities, which can be achieved with these arrangements in closed containers filled with gas are significantly larger than those; which can be achieved with the previously known methods have been generated.

Eine schematische Skizze der ersten Ausführungsform dieses neuen Gedankens zeigt Abb. i. Der Luftstrahl schießt aus der zylindrischen Düse D, von dem Kompressor, der auf mindestens 2 atü komprimieren muß, auf den als Resonator wirkenden Hohlzylinder R, der so ausgelegt ist, daß die Frequenz der Hartmannschen Schwingung mit einer der Eigenfrequenzen der Membran !Y1 übereinstimmt. Wenn der Abstand zwischen der Düse D, und dem Resonator R richtig gewählt ist, entstehen in dem Resonator R periodische Druckschwankungen, welche als periodisch wirkende Kraft die :Membran in erzwungene Schwingungen versetzen. Die schwingende Membran strahlt Schall nach beiden Seiten ab, und das ganze Gebilde kann als Deckel eines Gefäßes ausgebildet werden, in welches dann der Schall hineingestrahlt wird.A schematic sketch of the first embodiment of this new idea Fig. i shows. The air jet shoots from the cylindrical nozzle D, from the compressor, which must compress to at least 2 atmospheres on the hollow cylinder acting as a resonator R, which is designed so that the frequency of the Hartmann oscillation with a the natural frequencies of the membrane! Y1 match. When the distance between the Nozzle D, and the resonator R is chosen correctly, periodic results arise in the resonator R Pressure fluctuations, which as periodically acting force the: membrane in forced Set vibrations. The vibrating membrane emits sound to both sides from, and the whole structure can be designed as a lid of a vessel in which then the sound is radiated into it.

Die Membran 1b9, der Resonator R und die Einspannmasse E, welche zum Festhalten und Zentrieren des Membransystems auf die Düse :31 dient und dafür Sorge trägt, daß die Membran 111 in der Grund- oder einer Oberschwingung schwingt, können, wie in Abb. i, aus einem Stück bestehen oder auch getrennt hergestellt werden. Im letzteren Falle (Abb. 2) wird die Membran in die Einspannmasse E fest eingespannt und der Resonator R etwa im Abstand der Membranschwingungsamplitude von der Membran M gehalten.The membrane 1b9, the resonator R and the clamping mass E, which for Holding and centering the membrane system on the nozzle: 31 serves and takes care of it carries that the diaphragm 111 vibrates in the fundamental or a harmonic, can, as in Fig. i, consist of one piece or can also be manufactured separately. in the In the latter case (Fig. 2) the membrane is firmly clamped in the clamping mass E. and the resonator R approximately at a distance of the diaphragm oscillation amplitude from the diaphragm M held.

Durch Änderung der Abmessungen von Membran !11 und Resonator R kann die Frequenz verändert werden. Die so erreichbaren Frequenzen umfassen den ganzen Hörschall und reichen bis ins Gebiet des Ultraschalles.By changing the dimensions of diaphragm 11 and resonator R, one can the frequency can be changed. The frequencies that can be achieved in this way encompass the whole Auditory sound and extend into the field of ultrasound.

Bei Verwendung eines hitzebeständigen Materials ist der Schallerzeuger auch für hohe Temperaturen geeignet.When using a heat-resistant material, the sound generator is also suitable for high temperatures.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for generating strong sound and Ultrasound in containers that are generated by a mechanically vibrating system (membrane) are completed, characterized by the fact that! t this system through periodic Pressure forces generated in the resonator of a Hartmanian generator by blowing with a gas jet at supersonic speed arise to forced vibrations stimulated and thereby becomes a sound source.

2. Apparatus according to claim i, characterized characterized in that the frequency of the periodic compressive force with one of the natural frequencies of the mechanically oscillatable system (111) corresponds.