В устройствах для изменения параметров переменного электрического тока, или трансформаторах, может использоваться не только явление электромагнитной индукции, но и пьезоэлектрический эффект. В пьезокерамических трансформаторах, которые изготовляют в форме пластин, цилиндров, колец, высокочастотные электрические колебания превращаются в механические, а затем в том же пьезоэлектрике происходит обратный процесс преобразования механических колебаний в электрическое напряжение, но уже с другим значением.
Самый простой трансформатор - это параллелепипед из пьезоэлектрической керамики с нанесенными на его грани металлизированными электродами. Электроды низковольтной "обмотки" наносятся на широкие грани, а высоковольтный электрод - на короткий торец. Мощность преобразуемого тока (2-4 Вт) зависит от ширины трансформатора, а коэффициент трансформации - от соотношения размеров широкой и узкой граней. Выходное напряжение может достигать 9 кВ.
Частота напряжения составляет 40-80 кГц, коэффициент трансформации достигает нескольких тысяч, а кпд превышает 90%.
Пьезокерамические трансформаторы используются в устройствах, где требуется напряжение в несколько киловольт, - в телевизионной аппаратуре, в медицинских терапевтических аппаратах, в устройствах зажигания неоновых ламп с холодным катодом.
МИГРАЦИЯ ЖИВОТНЫХ ПОД КОНТРОЛЕМ
Чтобы следить за перемещениями животных, теперь не надо кольцевать птиц и метить рыб и млекопитающих. В НИИ космического приборостроения для этих целей разработаны отечественные малогабаритные радиомаяки. Сигнал от передатчиков улавливают спутники системы спасения терпящих бедствие морских судов и самолетов КОСПАС. После идентификации маяка спутники сообщают на Землю его координаты и направление движения.
Источники питания радиопередатчиков, имеющих мощность около 1 Вт, позволяют им работать непрерывно в течение почти 500 ч. Однако непрерывно следить за движением, например, журавлей или дельфинов нет необходимости, поэтому сигналы объемом 64 бит передаются с интервалами, и в таком режиме маяк может действовать до девяти месяцев.
Маяки выпускают в двух вариантах: для птиц - РМ-ПЛ (илл. 1), для дельфинов - РМ-Д (илл. 2). При испытаниях маяка во время перелета серого журавля из Тюменской области в Пакистан определены координаты 163 точек местоположения птицы (илл. 3). В заливе Канчалан неподалеку от Анадыря был испытан маяк, укрепленный на теле белухи. В течение двух месяцев определены 145 точек, в которых побывало животное.
Теперь биологи могут не только узнавать начальный и конечный пункты миграции птиц, но и прослеживать весь маршрут перелета, что, например, дает новые шансы в борьбе с распространением птичьего гриппа.
ХАОС ПРОТИВ ПОМЕХ
Беспроводные средства связи позволяют более гибко вести обмен информацией между абонентами. К сожалению, в отличие от проводных линий они гораздо менее защищены от помех. В Институте радиотехники и электроники РАН разработано устройство радиосвязи, лишенное этого недостатка. Принцип его работы основан на использовании сверхширокополосного сигнала (т. е. сигнала, полоса которого составляет более 20% несущей частоты). "Занять" помехой весь такой диапазон крайне маловероятно.
В качестве сигнала специалисты решили использовать тепловой шум транзистора. При частоте 3,1-5 ГГц ширина полосы получается около 2 ГГц. Сигнал модулируют импульсами, содержащими цифровую информацию. Система обеспечивает связь на расстояния до 30 м при мощности передатчика всего 100 мкВт, совершенно неопасной для здоровья человека.
Размеры приемопередающих устройств такие же, как у "тонкого" мобильного телефона. С их помощью можно создавать беспроводные локальные компьютерные сети, производить обмен информацией между компонентами "умного" дома или офиса.
ТВЭЛЫ НА МИКРОТОПЛИВНЫХ ГРАНУЛАХ
В реакторах атомных электростанций тепловая энергия выделяется в твэлах - тепловыделяющих элементах, которые представляют собой стержни из оксида урана, помещенные в цилиндрический корпус. При работе стержни разогреваются и расширяются. Поэтому между ними и корпусом оставляют компенсационный газовый зазор. Он мешает передаче теплоты от стержня к теплоносителю.
В НИИ НПО "Луч" разработали новую технологию изготовления твэлов. Ядерное топливо выпускают в виде микросфер из оксида урана диаметром 0,7-1,4 мм, покрытых многослойной оболочкой из пористого углерода, карбида кремния и пироуглерода (слева), поверх которых наносят пленку из циркониевого сплава (в центре). Затем гранулы спрессовывают в таблетки (справа) и из них составляют стержень. Цирконий пластически деформируется, сваривается и образует пространственную матрицу с заключенными в ней частицами топлива. Структура стержня получается пористой, и эти поры при разогреве играют роль компенсационного зазора, а в пространство между стержнем и корпусом заливают силумин, обладающий достаточно хорошей теплопроводностью.
В результате удается значительно улучшить условия теплообмена между стержнем и теплоносителем, снизить температуру стержней с 1800 до 650°С, а следовательно, повысить безопасность реактора.
ЧПУ ДЛЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Изготовление фасонных деталей на универсальных станках - очень сложная операция, которая доступна только опытным мастерам. В одной из московских компаний разработали компьютерный комплекс "Проэмулятор", с помощью которого даже начинающий станочник сможет изготовить деталь самого сложного профиля.
Комплекс состоит из компьютера и системы датчиков перемещения суппорта. На экране монитора отображается профиль детали в виде двух линий, указывающих предельные отклонения размеров, а также положение резца в данный момент времени. Оператор, вращая маховички, управляющие суппортом, следит по монитору, чтобы рабочая кромка резца не выходила за область допустимых размеров.
При обработке детали нет необходимости производить измерение размеров, поскольку получающийся профиль также виден на мониторе. Более того, программа подсказывает, какими рукоятками нужно пользоваться в данный момент, каким резцом следует вести обработку, и сообщает, соответствует ли выбранный режим обработки оптимальному. Если появляется риск выйти за допустимые пределы обработки и выдать брак, подается световой или звуковой сигнал.
Использование "Проэмулятора" на универсальном станке позволяет добиваться точности и производительности, доступных станкам с ЧПУ. Комплекс незаменим в процессе обучения токарному и фрезерному делу.
