Untersuchungen über die Möglichkeit, die Frequenz von Ultraschallpfeifen elektronisch zu steuern

Die bekannten leistungsstarken Luftultraschallsender wei sen nur eine geringe Bandbreite auf, so daB sie als Signal quelle fur Aufgaben der Ortungs- und MeBtechnik in Luft und Gasen wenig geeignet sind. Da Ultraschallpfeifen hohe Ausgangsleistungen bei gutem Wir kungsgrad liefern und in ihrem mechanischen Aufbau robust und storunanfallig sind, wird in der vorliegenden Arbeit die Moglichkeit untersucht, die Frequenz dieser Luftschallgene ratoren elektronisch zu steuern. rm Rahmen von Versuchen zur direkten Frequenzsteuerung wur den die Moglichkeiten erprobt, die Pfeife mit druckluftsei tiger Ultraschalleinstrahlung und mit Ultraschall-Modulation der Dusenweite zu betreiben. Beide Moglichkeiten zielen darauf ab, die periodischen Stromungsinstabilitaten zu be einflussen und dadurch die Pfeifenfrequenz zu synchronisie reno Als Modulationselemente dienten elektrodynamische Laut sprecher und Piezokeramiken. rm Rahmen dieser Untersuchungen muBten neuartige Pfeifentypen gebaut und erprobt werden. Es zeigte sich, daB die erforderlichen Steuerleistungen so groB sind, daB derzeit eine praktische Anwendung der direkten Fre quenzsteuerung nicht sinnvoll erscheint. Untersuchungen zur Moglichkeit einer indirekten Frequenz steuerung gingen davon aus, daB die Resonatortiefe der geome trische Parameter mit dem starksten EinfluB auf die Frequenz ist. Die elektrische Steuerung der Resonatortiefe eines Stem Jet-Generators mit Hilfe eines elektrodynamischen Schwing spulensystems erwies sich als gangbarer Weg zu einer Fre quenzsteuerung dieses Pfeifentyps. Fur die Ubertragung frequenzmodulierterSignale ist ein Fre quenz- bzw. Phasenregelkreis erforderlich, der den stochasti schen Charakter der Schwingungserzeugung in Pfeifen beruck- - 2- sichtigt. Als L6sung dieses Problems wird ein im wesentli chen digitaler Regelkreis dargestellt.

Inhalt

1. Einleitung und Problemstellung.- 2. Ultraschallpfeifen mit Hohlraumresonator.- 3. Versuchs- und Meßstand.- 4. Messungen an Ultraschallpfeifen.- 5. Untersuchungen zur direkten Frequenzsteuerung.- 5.1 Ultraschallerregung der Druckluft.- 5.2 Ultraschallerregung des Jet.- 6. Die indirekte Frequenzsteuerung.- 6.1 Das Konzept.- 6.2 Aufbau einer Ultraschallpfeife mit elektrisch steuerbarer Resonatortiefe.- 6.3 Die Regelung der Pfeifenfrequenz.- 6.4 Theorie der Frequenzmodulation.- 6.5 Ergebnisse.- 7. Zusammenfassung.- 8. Literatur.- 9. Bildanhang.