DE2414936C2

DE2414936C2 - Elektroakustischer Wandler mit magnetostriktivem Element

Info

Publication number: DE2414936C2
Application number: DE19742414936
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Lauhoff
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1974-03-28
Filing date: 1974-03-28
Publication date: 1982-12-16
Also published as: DE2414936A1

Description

J(I

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler mit einem einen ferromagnetischen Körper aufweisenden magnetostriktiven Element für radial aufzunehmende bzw. auszusendende Schwingungen.

Es ist bekannt, die Erscheinung der Magnetostriktion in der Weise auszunutzen, daß ein Körper aus einem ferromagnetischen Stoff, z. B. ein Nickelstab, durch eine den Körper umgebende, von Wechselstrom durchflosiene Spule in einer Eigenschwingung erregt werden kann. Derartige Schallgeber werden als magnetostriktive Schallsender bezeichnet. Das Prinzip, das sich aus der Umkehrung der Magnetostriktion ableitet und nach dem Stoffe, die eine positive Magnetostriktion zeigen, ihre Permeabilität unter der Einwirkung einer Spannung vergrößern ist ebenfalls bekannt. Aufgrund dieses Permeabilitätsanstieges wird in einer auf einem Kern aufgebrachten Spule eine Spannung induziert, sofern der Kern magnetisiert ist.

Aus der US-PS 25 30 224 ist fernerhin ein magnetoitriktiver Wandler bekannt, welcher zwei Stege aufweist und Schwingungen in axialer Richtung der Stege aussenden bzw. aufnehmen kann. Für Schwingungen in radialer Richtung ist ein solcher Wandler nicht geeignet.

Aus der DE-OS 21 21 236 ist es bekannt, einen Wandler in einer flüssigkeitsundurchlässigen elastischen Hülle unterzubringen, um ihn direkt in die Flüssigkeit tauchen zu können, besondere Probleme, wie sie in der Reaktortechnik, insbesondere bei flüssigmetallgekühlten Kernreaktoren, auftreten, werden nicht behandelt.

In der Reaktortechnik besteht der Wunsch, den Schallpegel im Core eines natriumgekühlten Reaktors zu messen, da sich anbahnende Störungen häufig durch eine Veränderung des Frequenzspektrums der Geräusche im Natrium bemerkbar machen. Insbesondere sollen die Geräusche, die durch örtliches Sieden des Natriums entstehen, sicher nachgewiesen werden, da

J> der Reaktor in diesem Falle sofort abgeschaltet werden muß, um eine Zunahme der Störung bis zum Schmelzen der Brennelemente zu verhindern. Beim örtlichen Sieden gelangen die Siedeblasen durch die Strömung in kälteres Natrium und fallen dort plötzlich zusammen. Dabei entstehen kurzzeitig sehr hohe Druckspitzen. Da sich diese Druckspitzen von den normalen Strömungsgeräuschen am stärksten abheben, wird zweckmäßig der Schallaufnehmer hinsichtlich der Empfindlichkeit und des Frequenzverhaltens für die Kondensationsgeräusche ausgelegt. Der erfindungsgemäße Wandler ist so aufgebaut, daß er in flüssigem Natrium zuverlässig arbeitet

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektroakustischen Wandler anzugeben, der sowohl als Empfänger wie als Sender für Körper-bzw. Flüsdgkeitsschall geeignet ist, der geringe Abmessungen aufweist einfach und robust aufgebaut ist, bei hohen Umgebungstemperaturen eingesetzt werden kann und dennoch kleine Schalldrücke erfaßt Insbesondere soll der Wand er zum Nachweis von Siedegeräuschen bzw. Dampfblasen verwendet werden können. Damofblasen können dabei auch durch Messung der spezifischen Dämpfung des Natriums nachgewiesen werden, wobei der Ultraschallwandler impulsweise erregt wird und die Ausschwingzeit des Wandlers gemessen wird. Auch für diese Aufgabe soll sich der vorgeschlagene Wandler eignen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der ferromagnetische Körper des magnetostriktiven Elementes einen oder mehrere in radialer Richtung von der Mittelachse des Körpers ausgehende Stege aufweist und Spulen um diese Stege gewickelt sind. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß ein solcher Wandler insbesondere radiale Schwingungen aufnehmen bzw. aussenden kann. Bei der Überwachung eines größeren Volumens auf Siedegeräusche und das Vorhandensein von Blasen kann mit einem radial empfindlichen Wandler, welcher in die Flüssigkeit getaucht ist, sehr zuverlässig gemessen werden. Schwingungen der Struktur und störende Einflüsse einer starken Richtcharakteristik werden somit ausgeschaltet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 2 vorgeschlagen, daß der ferromagnetische Körper die Gestalt eines mit wenigstens zwei Längsbohrungen versehenen Zylinders oder Prismas hat. Ein so gestalteter Wandler ist sehr kompakt und weist keine besonders empfindlichen Stellen auf.

Gemäß Anspruch 3 kann ein solcher Wandler zum Schutz vor korrosiven Flüssigkeiten und anderen mechanischen Einflüssen in einem mit öffnungen für die Zuleitungen versehenen Hüllrohr untergebracht werden. Auf diese Weise werden Ablagerungen vermieden und ein Schutz gegen mechanische Beschädigungen bei der Handhabung gewährleistet.

Da es bei ungünstiger Gestaltung des Bodens des Hüllrohres zu einem Festsetzen von Blasen und anderen unerwünschten Ablagerungen kommen kann, wird im vierten Anspruch vorgeschlagen, den Boden des Hüllrohres an seiner Außenseite gegen die Senkrechte geneigt zu gestalten.

Im Anspruch 5 wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Spulen um die von der Mittelachse des Körpers ausgehenden Stege abwechselnd in entgegengesetztem Sinn gewickelt sind. Diese Art, die Spulen beim Vorhandensein von mehr als zwei Längsbohrungen zu wickeln, ist anhand der Zeichnung genauer erläutert und stellt eine besonders günstige

Anordnung dar.

Vorteilhafterweise besteht der ferromagnetische Körper aus Kobalteisen, da dieses eine hohe Sättigungs-Magnetostriktion und eine hohe Curie-Temperatur aufweist. Außerdem ist Kobalteisen gegen radioaktive Strahlung weitgehend beständig. Der Wandler wird auf diese Weise unempfindlich gegenüber γ- und anderer radioaktiver Strahlung.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, wird im folgenden die Erfindung noch einmal näher erläutert. Die Figur zeigt einen maguetostriktiven Schallaufnehmer mit besonderer Empfindlichkeit gegenüber Schallwellen, die radial auf ihn auftreffen, bzw. einen Schallsender mit entsprechender Richtcharakteristik.

Der dargestellte elektroakustische Wandler enthält in einem Hüllrohr 21 einen Kern 22 aus ferromagnetischem Material, der im Beispiel mit vier Längsbohrungen 23 versehen ist, zwischen denen Stege 27 stehen bleiben. Auf diese sind zwei Spulen 24, 25 aufgebracht, die wie im Beispiel der Figur hintereinandergeschaltet sind und zusammen mit Zuleitungen 26 aus einem einzigen Stück isolierten Drahtes hergestellt sind. Die Anzahl der Bohrungen und damit der Spulen richtet sich nach der Größe des Kerns 22; vier Bohrungen und zwei Spulen wurden bei einem Kern mit einem Durchmesser von 16 mm für ausreichend befunden. Die einzelne Spule besteht in diesem Falle aus etwa 10 Windungen, doch sind der Übersichtlichkeit halber nur zwei derselben dargestellt Die Leitungen können mit Metall

H) ummantelt und mit Magnesiumoxid isoliert sein, was auch bei hohen Temperaturen die Funktionsfähigkeit sicherstellt

Ein erfindungsgemäßer Wandler hat geringe Abmessungen; bei ausgeführten Geräten betrug ihr Durchmes-

i> ser 16—18 mm. Zum Feststellen von Geräuschen in Flüssigkeiten können sie unmittelbar in diese getaucht werden. Durchführungen und Verbindungen von elektrischen Leitungen sind nicht unbedingt erforderlich, da diese in dem nach oben führenden Hüllrohr verlegt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektroakustischer Wandler mit einem einen ferromagnetischen Körper aufweisenden magnetostriktiven Element für radial aufzunehmende bzw. ΐ auszusendende Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Körper (22) einen oder mehrere in radialer Richtung von der Mittelachse des Körpers ausgehende Stege (27) aufweist und Spulen (24, 25) um diese Stege gewickelt sind.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Körper (22) die Gestalt eines mit wenigstens zwei Längsbohrungen (23) versehenen Zylinders oder Prismas hat.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetirche Körper (22) in einem mit Öffnungen für die Zuleitungen (26) versehenen Hüllrohr (21) untergebracht ist.

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Hüllrohres (21) an seiner Außenseite gegen die Senkrechte geneigt ist

5. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Spulen (24, 25) abwechselnd in entgegengesetztem Sinn gewickelt sind.