Магнітострикційний ефект. Магнітострикційні і електромеханічні фільтри побудовані на використанні магнітострикційного ефекту в деяких матеріалах, таких як ферит, нікель, пермалой.

Магнітострикція або магнітострикційний ефект (від магніт і лат. strictio — стискування, натягування) полягає в зміні форми і розмірів тіла при намагнічуванні (дії змінного магнітного поля). Явище магнітострикції було відкрите Дж. Джоулем в 1842 році. У ферро- і феримагнетиках (Fe, Ni, Со, Gd, Tb та інших, ряду сплавів, феритах) магнітострикція досягає величини відносного подовження . У антиферомагнетиках, парамагнетиках і діамагнетиках магнітострикція дуже мала. Зворотне по відношенню до магнітострикції явище — зміна намагніченості феромагнітного зразка при деформації — називається магнітопружним ефектом, інколи — Вілларі ефектом.

З появою резонаторів, заснованих на використанні магнітострикційного ефекту у феритах, магнітострикційні елементи починають застосовуватися у вузькосмугових електричних фільтрах на частотах до 200 кГц і при роботі на гармоніках коливань резонатора до 500 кГц. Електромеханічні фільтри на додаток до магнітострикційних резонаторів містять механічні резонатори. Відносна смуга пропускання таких фільтрів f / f_o не більше декількох відсотків. Основна перевага – висока вибірковість і прямокутність характеристики.

Магнітострикційні резонатори. Магнітострикційний резонатор (рис. 3) складається з магнітострикційного стрижня (1), обмотки збудження (2) і постійного магніта (3).

Р ис. 3.

У такому резонаторі спостерігається як прямий, так і зворотний магнітострикційні ефекти. Залежно від маси і складу матеріалу стрижня відбувається або подовження, або вкорочення. Деформації стрижня досить малі: .

Магнітострикційний стрижень, як і будь-яке пружне тіло, володіє інерцією, пружністю і власною частотою коливання, що визначається розмірами стрижня і властивостями матеріалу (модулем пружності і щільності).

а) б)

Рис. 4.

Електрична схема заміщення магнітострикційного резонатора без втрат показана на рис. 4а і складається з паралельного коливального контура L_pC_p , послідовно з яким ввімкнена індуктивність L_s обмотки збудження.

Параметри L_pC_p називають динамічними, а L_s - статичною індуктивністю. Графік частотної залежності опору магнітострикційного резонатора показаний на рис. 4б. Магнітострикційний резонатор має дві резонансні частоти f_p і f_s. Частота паралельного контура f_p збігається з частотою механічного резонансу і рівна:

Частота послідовного резонансу f_s розташована вище

Відношення резонансних частот:

де називають коефіцієнтом магнітоелектричного зв'язку. Коефіцієнт К_мм залежить від хімічного складу матеріалу і технологічних режимів.

Основними параметрами, що характеризують осердя з магнітострикційного фериту є:

• частота механічного резонансу f_p;

• коефіцієнт магнітоелектричного зв'язку К_мм;

• динамічна добротність Q_p;

• швидкість поширення пружних коливань V;

• температурний коефіцієнт частоти (ТКЧ).

Частота механічного резонансу f_p залежить від геометричних розмірів, намагніченості стрижня і швидкості поширення коливань V. Третій параметр, який характеризує якість магнітострикційного резонатора, це добротність. Втрати в магнітострикційному резонаторі характеризуються динамічною добротністю Q_р, залежною від властивостей матеріалу і його конструкції. Q_p = 10³  10⁴. Статична добротність Q_s визначається втратами в дроті обмотки збудження і втратами в магнітострикційному матеріалі, Q_s = 20  100. Залежно від вимог, що ставляться до резонаторів, а також від діапазону частот використовують наступні типи магнітострикційних резонаторів:

• стрижневі на поздовжніх коливаннях;

• тороїдальні на радіальних коливаннях;

• трубчасті на крутильних коливаннях.