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  Ultraschall durch Magnetostriktion |
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2weistein
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 |  Themenstart: 2004-04-01
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Hi,
neben dem inversen Piezoeffekt, kann man Ultraschall ja auch durch Magnetostriktion mit einer Wechselspannung erzeugen.
Wodurch ist für magnetostriktive Erreger eine obere Grenzfrequenz von etwa 60kHz gegeben?
Diese Frage muss ich beantworten, aber ich finde keine Lösung. Hab schon gegooglet ohne Ende, aber das Thema ist anscheinend sehr unwichtig, so dass keiner was drüber schreibt.
Überlegt habe ich mir folgendes:
- Bei solch hohen Frequenzen können sich die Weißschen Bezirke u.dgl. nicht mehr schnell genug ausrichten, so dass keine ordentliche Schwingung zustande kommt. - Glaub ich aber nicht, da es mit dem Piezoeffekt ja bis zu vielen MHz geht und das Material genauso verformt wird.
- Durch die hohe Frequenz können sich wegen der Selbstinduktivität der Spule (ist ja ein Tiefpass) nicht genügend hohe Magnetfelder ausbilden, wodurch die Schwingung kaum mehr eine Amplitude besitzt. - Das wäre meine einzige einigermaßen (für mich) plausible Antwort.
Ich hatte noch irgendwas anderes, aber das war wohl so doof, dass ichs schon wieder vergessen hab :)
Danke schon für Antworten! :)
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FriedrichLaher
Ehemals Aktiv 
Dabei seit: 30.10.2001
Mitteilungen: 1923
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 |  Beitrag No.1, eingetragen 2004-04-02
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Hallo,
kann auch nur - doof(?) - spekulieren:
Wie steht es mit Erwärmunseffekten?
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2weistein
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| Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2004-04-02
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Wegen Wirbelstrom- und ohmschen Verlusten?
Das könnte auch sein. Aber ich glaube die Verluste sind nicht sehr groß. Man könnte ja dafür bessere Leiter nehmen. Hmmm, *grübel* ... :-)
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Schnabbert
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Dabei seit: 11.11.2003
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 |  Beitrag No.3, eingetragen 2004-04-02
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Hallo!
Ich denke, dass die magnetische Sättigung und die mit höheren Frequenzen steigenden Ummagnetisierungsverluste die entscheidenden Faktoren sind.
MfG
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2weistein
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Dabei seit: 22.01.2004
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| Beitrag No.4, vom Themenstarter, eingetragen 2004-04-02
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Kannst du mir bitte noch erklären, was magnetische Sättigung ist?
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Schnabbert
Senior
Dabei seit: 11.11.2003
Mitteilungen: 1909
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|  Beitrag No.5, eingetragen 2004-04-02
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Hallo!
Die magnetische Sättigung ist erreicht, wenn alle Elementarmagnete ausgerichtet sind, d. h. es gibt eine Sättigungsfeldstärke.
Suche doch mal nach "Hystereseschleife".
MfG
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2weistein
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| Beitrag No.6, vom Themenstarter, eingetragen 2004-04-03
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Achso, also wenn die Magnetisierung maximal ist.
Aber die angelegete Spannung wird doch so gewählt, dass der Strom höchstens ein H-Feld der Koerzitivfeldstärke induziert, damit die Ultraschallfrequenz 1:1 zur Erregerfrequenz ist. Und dabei ist die Maximale Magnetisierung ja noch nicht erreicht.
Und wenn der Strom in diesem Bereich bleibt, wird die Hysterese ja auch nicht komplette durchlaufen, d.h. es gibt keine so großen Hysterese-/Ummagnetisierungsverluste...
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Schnabbert
Senior
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| Beitrag No.7, eingetragen 2004-04-04
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Hallo, 2weistein,
selbst wenn die Feldstärke geringer ist, wird eine Hystereseschleife durchlaufen. Sie ist nur kleiner und verläuft innerhalb der Grenzschleife.
Ummagnetisierungsverluste treten also immer auf.
Die Fläche der Hystereseschleife ist ein Maß für die Ummagnetisierungsverluste.
P_V = f/\rho wegint(B,H) \ f=Frequenz, \rho=Dichte des Kernmaterials
Wegen der magnetischen Sättigung ist die Energiezufuhr und somit die Dehnung des Kerns und damit die erzielbare Schallenergie begrenzt.
Die Grenzfrequenz wird aber durch die Schallgeschwindigkeit im Kernmaterial bestimmt. Durch das Wechselfeld wird der Kern periodisch verlängert und verkürzt.
Die Schallabstrahlung an den Stirnflächen ist am effektivsten, wenn der Kern longitudinal mit seiner Grundfrequenz schwingt.
Da der Schall nur von einer der Stirnseiten abgestrahlt werden soll, muss ein Ende des Kerns fixiert sein.
Dann enspricht die Kernlänge einem Viertel der Grundwellenlänge.
Der Schall bewegt sich in einem Festkörper longitudinal mit
c_L = sqrt(E/\rho) \= \lambda f \ E=E\-Modul, \lambda=Wellenlänge
\lambda=4 l_K \ l_K=Kernlänge
l_K \= 1/(4 f) sqrt(E/\rho)
Bei einem Eisenkern (E=2.1 10^5 N/mm^2\, \rho=7.85 kg/dm^3) benötigt man für eine Grundfrequenz f=60 kHz die Kernlänge
l_K=21.55 mm
Darauf lässt sich keine große Magnetspule unterbringen, die man ja braucht, um energiereichen Ultraschall zu erzeugen. Deswegen ist die Grenzfrequenz
von 60 kHz m. E. auch rein bautechnisch bedingt.
MfG
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2weistein
Ehemals Aktiv
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Wohnort: Rottenburg
| Beitrag No.8, vom Themenstarter, eingetragen 2004-04-07
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Vielen Dank für die ausführliche Antwort! :)
An die kleinen Abmessungen habe ich gar nicht gedacht...
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2weistein hat die Antworten auf ihre/seine Frage gesehen.
Das Thema wurde von einem Senior oder Moderator abgehakt. |
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