Резонатор устройство: Устройство, принцип работы и ремонт резонатора глушителя

Содержание

Резонатор и задний глушитель — Автосервис Glushak51!

Резонатор и задний глушитель выполняют одну и ту же функцию: снижение уровня шума, но при этом имеют разную конструкцию.

Резонатор является одним из типов глушителей и очень часто называется средним глушителем, так как расположен в средней части выхлопной системы.

Давайте попробуем разобраться, чем же различаются глушители?

По своей конструкции их можно разделить на следующие типы:

Ограничитель.

Принцип его работы довольно простой.

Труба входит в корпус глушителя, где имеет сильное сужение, соответственно появляется акустическое сопротивление.

Продавливаясь через сопротивление, выхлопные газы попадают в ёмкий корпус глушителя и колебания сглаживаются объемом.

Энергия рассеивается в дросселе, нагревая газ.

Чем меньше отверстие, тем больше сопротивление потоку, следовательно, снижается мощность двигателя, но сглаживание становится эффективнее.

Данная конструкция является не самой эффективной, однако довольно часто используется в качестве резонатора.

Отражатель. В корпусе глушителя делается большое количество так называемых акустических зеркал.

При отражении звуковой волны, часть энергии теряется.

В глушителях с конструкцией отражатель целый лабиринт акустических зеркал, следовательно, на выходе звук от работы двигателя значительно снижается.

По такому принципу построены пистолетные глушители.

Такая конструкция является более эффективной, однако, из-за большого количества зеркал, газовый поток много раз отражается, следовательно, также создается определенное сопротивление.

Резонатор.

Принцип его работы является использование замкнутых полостей, расположенных рядом с трубопроводом и соединенных с ним множеством отверстий.

В большинстве случаев в корпусе бывает два не равных объема, разделенных глухой перегородкой.

Каждое отверстие, включая замкнутую полость, является резонатором, возбуждающим колебания собственной частоты.

Условия распространения резонансной частоты резко меняются, поэтому она эффективно гасится за счет трения частиц газа в отверстии.

Данный тип глушителя эффективно гасит низкие частоты, к тому же не создает для газов существенного сопротивления, так как не уменьшает сечение.

Чаще всего используются в качестве среднего глушителя

Поглотитель.

Принцип работы поглотителя заключается в поглощении акустических волн пористым материалом поглотителем.

Если в стекловату направить звуковую волну, то она вызовет колебания волокон, которые за счет трения друг о друга преобразуют звук в тепло.

По сути, поглотители являются прямоточными, так как не используют изгибов, отражений и уменьшения сечения трубы, а окружают трубу с проделанными в ней прорезями поглотительным материалом.

Следовательно, такая конструкция имеет минимальное сопротивление, но довольно плохо поглощает звук.

Ну вот, когда мы разобрались с типами глушителей, можно понять устройство резонатора и заднего глушителя.

Чаще всего устройством резонатора является его одноименная конструкция глушителя типа «резонатор».

Ну а задний глушитель чаще всего имеет, либо конструкцию типа «отражатель», либо сложную, комбинированную конструкцию.

Причинами выхода из строя резонатора и заднего глушителя являются механические повреждения и коррозия.

Задняя часть глушителя больше подвержена коррозии, так как после остановки двигателя горячие газы в глушителе остывая, сжимаются, тем самым всасывая холодный, влажный воздух с улицы.

Далее влага соединяется с выхлопными газами и, растворяясь, образует слабые кислоты, которые способствуют ускорению коррозии.

Последствиями выхода резонатора и заднего глушителя из строя обычно являются громкий рёв от работы двигателя, а также попадание выхлопных газов в салон автомобиля.

Кварцевые резонаторы. Виды и применение. Устройство и работа

Современная цифровая аппаратура нуждается в высокой точности, поэтому часто в цифровых устройствах содержится кварцевый резонатор, который является стабильным и надежным генератором гармонических колебаний. Цифровые микроконтроллеры работают на основе этой постоянной частоты, и используют ее для работы цифрового прибора. Кварцевые резонаторы являются надежной заменой контура колебаний, собранного на конденсаторе и катушке индуктивности.

Добротность контура колебаний на основе катушки и конденсатора не превышает 300. Она является характеристикой контура колебаний, определяющей величину полосы резонанса. Добротность показывает, во сколько раз энергия колебательной системы превышает потери энергии в течение одного периода колебаний. Чем больше добротность, тем меньше теряется энергии за один период, и медленнее затухают колебания. Емкость конденсатора в обычном контуре колеблется в зависимости от температуры среды. Величина индуктивности катушки также зависит от многих факторов. Существуют даже соответствующие коэффициенты, определяющие зависимость параметров этих элементов от температуры.

Кварцевые резонаторы, в отличие от вышеописанных контуров колебаний, обладают очень большой добротностью, достигающей значения в несколько миллионов. При этом температура в пределах -40 +70 градусов никак не влияет на этот параметр. Высокая стабильность работы кварцевых резонаторов при любой температуре послужила их широкому применению в цифровой электронике и радиотехнике.

По типу корпуса:

Для объемной установки (цилиндрические и стандартные).
Для поверхностного монтажа.

По материалу корпуса:

Металлические.
Стеклянные.
Пластиковые.

По форме корпуса:

Круглые.
Прямоугольные.
Цилиндрические.
Плоские.

По количеству резонансных систем:

Одинарные.
Двойные.

По защите корпуса:

Герметичные.
Негерметизированные.
Вакуумные.

По назначению:

Фильтровые.
Генераторные.

Важным свойством кварцевых резонаторов для успешной работы является их активность. Но она не определяется только собственными свойствами. Вся электрическая схема влияет на его активность.

В резонаторах, используемых в фильтрах, применяются такие же виды колебаний, как и в генераторных резонаторах. В фильтрах используются 2-х и 4-х электродные вакуумные резонаторы. Для многозвенных фильтров чаще всего применяются 4-х электродные, так как они более экономичные.

Принцип действия и устройство

Кварцевые резонаторы работают на основе пьезоэлектрического эффекта, образующегося на кварцевой пластинке. Кварц – это природный кристалл. Он представляет собой модификацию соединения кремния с кислородом, и имеет химическую формулу Si O₂. Массовая доля кварца в земной коре составляет около 60%, в свободном виде 12%. В других минералах также может содержаться кварц.

Для производства кварцевых резонаторов используют низкотемпературный кварц. Он обладает выраженным пьезоэлектрическим эффектом. Химическая устойчивость кварца очень высока, растворить кварц способна только гидрофторидная кислота. По твердости кварц стоит на втором месте после алмаза. Кварцевую пластинку для резонатора изготавливают путем вырезания из кварца кусочка под заданным определенным углом. В зависимости от этого угла среза кварцевая пластинка отличается разными электромеханическими параметрами.

От вида среза зависит наличие или отсутствие паразитных частот, стабильность работы при любых температурах, частота колебаний. На обе стороны кварцевой пластинки наносят слой одного из дорогостоящих металлов: серебра, платины, никеля или даже золота. После этого пластинку фиксируют прочными проволочками в корпусе резонатора. Затем производят герметичную сборку корпуса.

В результате образуется колебательный контур, обладающий собственной частотой резонанса, определяющей работу всего резонатора. Если к электродам пластинки приложить переменное напряжение с частотой резонанса, то возникнет резонансный эффект, а амплитуда колебаний пластинки значительно повысится. При этом резонатор уменьшит свое сопротивление на значительную величину. Этот процесс подобен тому процессу, который происходит в контуре колебаний последовательного вида (на основе катушки и конденсатора). Потери энергии при возбуждении кварцевого резонатора на частоте резонанса очень малы, так как добротность кварцевого контура колебаний очень высока.

Эта эквивалентная схема состоит из:

R – Сопротивление.
С1 – Емкость.
L – Индуктивность.
С2 – Статическая электрическая емкость пластинок вместе с держателями.

Эти элементы определяют электромеханические параметры кварцевой пластинки. Если удалить монтажные элементы, получается последовательный контур LС. При установке на монтажную плату, кварцевый резонатор не переносит чрезмерного нагрева, так как его конструкция очень хрупкая. Сильное нагревание может деформировать держатель и электроды, что отражается на функционировании готового кварцевого резонатора. Кварц полностью теряет свои свойства пьезоэлектрика при нагревании до температуры 5370 градусов. Однако паяльник не способен так сильно разогреваться.

На электрических схемах кварцевый резонатор обозначается по аналогии с конденсатором, но между пластин изображен прямоугольник, символизирующий кварцевую пластинку. На схеме резонатор обозначен «QX».

Обычно причиной неисправностью кварцевого резонатора становится сильный удар или падение устройства, в котором он находится. В этом случае резонатор подлежит замене на новый, с такими же параметрами. Такие неисправности возникают в маленьких приборах, которые проще уронить, или повредить. Но такие повреждения резонаторов встречаются не часто, и обычно неисправность устройства кроется совсем в другом.

Как проверить кварцевые резонаторы

Для проверки резонатора на его работоспособность, собирают специальный простой тестер, помогающий проверить кроме работы резонатора, еще и его частоту резонанса. Схема такого устройства похожа на кварцевый генератор, собранный на транзисторе.

Подключив резонатор между отрицательным полюсом и базой транзистора через защитный конденсатор, с помощью частотомера измеряют частоту резонанса. Такая схема подходит для настройки контуров колебаний. При включенной схеме исправный резонатор создает колебания. В результате на эмиттере транзистора возникает переменное напряжение с частотой резонанса тестируемого резонатора.

Если к выходу тестера подключить частотомер, то можно измерить частоту резонанса. При стабильной частоте и небольшом нагревании корпуса резонатора паяльником частота не должна значительно изменяться. Если частотомер не обнаруживает возникновение частоты, либо она сильно изменяется или имеет большие отличия от номинала, то резонатор негоден и требует замены.

При использовании такого тестера для настройки контуров, емкость С1 обязательна. Но при проверке исправности резонаторов ее присутствие в схеме не требуется. При этом колебательный контур просто подсоединяют на место кварцевого резонатора и тестер начинает создавать колебания таким же образом.

Тестер, выполненный по рассмотренной схеме, хорошо зарекомендовал себя на частоте 15-20 мегагерц. Для других интервалов можно найти другие схемы, собранные на микросхемах и других компонентах.

Сфера применения

Благодаря стабильности параметров кварцевых резонаторов, они нашли широкое использование в различных областях:

Многие измерительные устройства работают на основе таких резонаторов, при этом точность измерений очень высока.
Пьезокварцевая пластина применяется в качестве резонатора в морском эхолоте для выявления объектов, расположенных в воде, исследования дна моря, определения нахождения отмелей и рифов. Это дает возможность изучения жизни в океане в глубоководных районах, а также создания точных карт морского дна.
Кварцевые резонаторы нашли широкую популярность в кварцевых часах, так как частота колебаний кварцевой пластины практически не зависит от температуры, и имеет малое относительное изменение частоты.

Кварцевые резонаторы расширяют свою сферу использования, потребность в них постоянно увеличивается, так как они обладают повышенными метрологическими параметрами, эффективностью работы.

Микроволновые резонаторы | Knowles Precision Devices

Описание

Объемные резонаторы DLI представляют собой идеальное решение для высокопроизводительных и недорогих генераторов микроволнового или миллиметрового диапазона. Запатентованные высокодобротные объемные резонаторы полностью экранированы и разработаны на основе нашей термостабильной керамики с высокой диэлектрической проницаемостью.

Был разработан инструмент моделирования эквивалентной схемы, который позволяет оптимизировать конструкцию генератора на основе резонатора и ограничивает значения элементов схемы реализуемыми комбинациями. Ниже приведены примеры моделей на частоте 8 ГГц. Две модели показаны с использованием керамики CF, одна с использованием FS и одна с использованием компьютерной графики.

Резонатор устройство: Устройство, принцип работы и ремонт резонатора глушителя

Частоты конструкций резонаторов варьируются от <1,0 до >67 ГГц и могут быть настроены либо для монтажа на поверхность пайки, либо для монтажа микросхем и проводов. Используется высоконадежная тонкопленочная металлизация золотом, а допуск по частоте составляет всего 0,1%.

Применение

Системы : схемы

Автомобилестроение: Микроволновые и миллиметровые генераторы
Радар: Фундаментальные генераторы фиксированной частоты — сверхнизкий кварцевый генератор или умноженный фазовый шум на основе DRO (прежнее и: дорогое решение устройство с пониженной производительностью)
Коммуникации: Узкополосные перестраиваемые генераторы VCO или генераторы с фазовой автоподстройкой частоты (обычно ± 3% перестройки) (прежнее решение: дорогие DRO с варакторной настройкой) узлов, жилья и трудоемких операций, типичных для прежних решений.
Контрольно-измерительные приборы : Узкополосные фильтры с малыми потерями (предыдущее решение: устройства на ПАВ с низкими потерями, ограничением частоты и низкой производительностью)

Одночастотные объемные резонаторы

Показана эквивалентная схема одночастотного объемного резонатора (SFCR) вблизи его самой низкой резонансной частоты.

Самая низкая мода резонанса обычно используется в конструкциях генераторов и фильтров. Значения элементов показаны для SFCR 9,95 ГГц. Резонансная частота задается параллельной комбинацией Cp и Lp, конечная ненагруженная Q — R. Последовательная емкость Cs соединяет резонатор LC с входной площадкой, тем самым устанавливая связь между внешней цепью и частотным управляющим резонатором LC. Емкость Csh представляет собой паразитную емкость между входом и землей. Все эти элементы сети обладают отличной воспроизводимостью, обеспечивая жесткий контроль над резонансной частотой, связью и входным импедансом. Структура также обеспечивает встроенную функцию блокировки постоянного тока, таким образом исключая элемент, чувствительный к допускам, из списка материалов. Для моделирования цепей с широкой полосой пропускания рекомендуются S-параметры. S-параметры доступны для скачивания (ССЫЛКА). Резонаторы повторно настраиваются по частоте, связи, добротности, настраиваемости и требованиям к сборке.

На этом графике показана типичная зависимость стабильности частоты SFCR от температуры для стандартных диэлектрических материалов DLI.

Выборка репрезентативных характеристик SFCR показана в таблице ниже, чтобы проиллюстрировать переменные конструкции основного резонатора (частота резонанса, диэлектрическая проницаемость материала полости, размеры длины на ширину). Взаимодействие этих переменных более подробно обсуждается в следующем разделе. На нагруженную добротность резонаторов влияют коэффициент связи (обозначенный в таблицах с точки зрения обратных потерь), выбор материала (диэлектрическая проницаемость) и толщина материала. Как правило, резонаторы, изготовленные из толстых материалов с низкой диэлектрической проницаемостью, способны выдерживать самые высокие значения добротности. Для справки, когда резонатор имеет коэффициент связи 1,0, он будет демонстрировать превосходные обратные потери на резонансной частоте, а значение добротности без нагрузки будет в 2 раза больше значения добротности с нагрузкой. Желаемый уровень резонаторной связи зависит от индивидуальных требований схемы, таких как настройка частоты варактора или величина отрицательного сопротивления транзистора.

Показанные значения Q ненагруженных корпусов составляют до 2000, что явно является новым стандартом для компонента, совместимого с автоматизированной сборкой. В отличие от других микроволновых резонаторов с высокой КЯ объемный резонатор DLI полностью автономен. Большие и дорогие корпуса не нужны. Его нагруженная добротность и резонансная частота могут быть непосредственно измерены с использованием технологии копланарного радиочастотного зонда. Таким образом, неоднозначность специальных испытательных приспособлений и компонентов, которые не соответствуют реализации продукта, исключаются из оценки детали.

Устранение старых, дорогих корпусов
Измерено с помощью копланарных РЧ-преобразователей – приспособления не требуются
Автоматизированная сборка
Вопросы до 2000 г.

Оценка размера резонатора

Размер объемного резонатора определяется желаемой резонансной частотой и выбранным керамическим материалом. При той же резонансной частоте материал с более высокой диэлектрической проницаемостью будет иметь меньший размер по сравнению с материалом с более низкой диэлектрической проницаемостью. Резонаторы обычно изготавливаются из толстой керамики, добротность которой увеличивается с увеличением толщины материала. Приведенные ниже диаграммы можно использовать в качестве руководства для оценки размеров резонатора на типичных материалах DLI. Конструкции имеют слегка прямоугольную форму. Отношение длины к ширине обычно меньше 1,2:1. За дополнительной информацией обращайтесь на завод.

Настройка SFCR

DLI имеет возможность лазерной подстройки частоты объемного резонатора примерно на 2% от фактической резонансной частоты. Резонаторы включают в себя литографически определенные «змеиные глаза», которые лазер может распознать как отправную точку для обрезки золота. Доступны частоты выше и ниже этого диапазона. В таблице ниже показана матрица резонансных частот и их настраиваемый диапазон.

На приведенном ниже графике показан резонатор с частотой 9,9 ГГц, частота которого была снижена с помощью лазерной подгонки прорезей через золотую металлизацию. В этом конкретном примере деталь была обработана лазером примерно на 96 МГц ниже ее истинной резонансной частоты (1%). Настройка резонаторов по частоте возможна с помощью фотолитографии для определения пазов на верхней стороне схемы резонатора. Соединение проводов через слоты настроит устройство по частоте.

Варианты монтажа

См. наши указания по применению, в которых подробно описаны два различных метода монтажа SFCR.

Устройство акустического резонатора прокладывает путь к лучшей коммуникации

Схема пьезоэлектромеханического устройства. Сверхпроводящий резонатор (желтый) изготовлен из пленки нитрида ниобия-титана на сапфировой подложке. Резонатор перевернут и подвешен к акустическому резонатору, состоящему из тонкого слоя нитрида алюминия (зеленого цвета), нанесенного на толстую кремниевую подложку.

Исследователи Йельского университета разработали высокочастотную версию устройства, известного как акустический резонатор, который может продвинуть область квантовых вычислений и обработки информации.

Хун Танг, профессор электротехники и физики Ллевеллин Уэст Джонс-младший из Йельского университета, и его исследовательская группа достигли этого с помощью так называемого пьезооптомеханического устройства. Он обеспечивает так называемую «сильную связь» между двумя системами: сверхпроводящим микроволновым резонатором и системой объемного акустического резонатора. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

При сильной связи устройство обеспечивает обмен энергией и информацией между системами микроволн и механических резонаторов таким образом, что это превышает рассеивание — или уменьшение энергии — каждой из отдельных систем. Таким образом, информация не потеряется.

Уникальной особенностью системы является то, что она работает на очень высокой частоте 10 гигагерц. Преимущество высокочастотной системы заключается в том, что она обеспечивает высокую скорость обработки сигналов, отметил Сюй Хань, доктор философии. студент в лаборатории Танга и ведущий автор исследования. «Например, вы можете передать тот же объем информации или сообщения за более короткое время», — сказал Хан.

Еще одним преимуществом является то, что высокая частота облегчает наблюдение квантовых явлений в экспериментах. В низкочастотных устройствах система должна быть охлаждена до экстремальных температур, чтобы преодолеть тепловой шум, возникающий из-за случайных вибраций окружающей среды, которые искажают сигнал.

Одним из потенциальных применений, по словам Хана, является хранение информации. «Если у вас есть хорошая связь и обмен между системами, вы можете хранить информацию из микроволнового домена в механическом домене», — сказал он.

Хотя эксперименты не проводились в квантовых условиях, исследователи отмечают, что высокочастотное пьезоэлектромеханическое устройство совместимо со сверхпроводящими кубитами — единицами информации, аналогичными цифровым битам в обычных вычислениях.