Возбуждение ультразвуковых колебаний пьезоэффект
Прямой пьезоэлектрический эффект – появление в некоторых веществах (пьезоматериалах) электрической поляризации (зарядов) под действием приложенных к ним механических напряжений и деформаций.
Обратный пьезоэлектрический эффект – возникновение механического напряжения и деформации в пьезоматериале, помещенном в электрическое поле.
Пьезоматериалы
Естественные минералы |
Пьезокерамика |
кварц, турмалин сульфат лития сегнетова соль
|
титанат бария (ВаТiO3 ) цирконат-титанат свинца (ЦТС) ниобат свинца
|
Точка Кюри ( К° ) – температура, при которой материал теряет пьезоэлектрические свойства.
Кварц К° = 570°С
ЦТС-23 К° = 280°С
ВаТiO3 К° = 90°С
7
λ/2
d
λ – длина волны
d – толщина пьезопластины
Спл – скорость продольной волны в материале пьезопластины
d = 0,5 λ = 0,5 Спл / f f0= Cпл/2d
f0 - резонансная частота пластины
Толщина пьезоэлемента обратно пропорциональна частоте генерируемых ультразвуковых волн. Чем выше частота, тем тоньше должна быть пьезопластина.
Пример
Кварц. Спл.= 5600 м/с = 5600 000 мм/с
f = 5,0 МГц = 5 000000 Гц (1/с)
d = 0,5 Спл / f = 0,5 х 5600 000/ 5 000000 =
= 0,55 мм
8
Схема прямого раздельно - совмещенного ПЭП
И
П
7
1
2
3
4
5
6
F
Основные конструктивные элементы
1 – Демпфер (гаситель колебаний)
2 – Пьезопластина
3 - Призмы из оргстекла, полиимида, или
плавленого кварца
4 – Электроакустический (разделительный) экран
5 – Протектор
6. – Корпус преобразователя
7 – Разъемы для подключения преобразователя к прибору.
9
Схемы прямых совмещенных пэп
И,П И,П
Разъем
Разъем
Корпус
демпфер
пьезопластина
протектор
линия задержки
10
Схема электромагнитно-акустического преобразователя (ЭМА)
магнит
N S
Катушка
+++++++ вихревые токи
упругие волны
ЭМА – преобразователи возбуждают продольные или поперечные волны непосредственно в изделии
Контактная смазка не требуется.
11