Лекциялар тезистері Лекция 1 ультрадыбыстық түрлендіргіштер

Кіріспе

Ультраакустика ғылымы және технологиясын қарау ультрадыбыстың негізін қалаушы ұстанымдарын талқылауға көмектесті. Ультрадыбыстық түрлендіргіш – бұл, электр энергиясын жоғары жиілікті дыбыс толқындарына және керсінше түрлендіре алатын асапап. Түрлендіргіш ультрадыбыстық жүйенің маңызды бөлігі болып табылады. Түрлендіргіштен алынған сигнал бойынша ультрадыбыстың зерттелетін матерялдың ішкі құрлымымен әсерлесуін бағалайды.

Ультрадбыстық толқындарды әртүрлі әдіс бойынша жасауға болады, мысалы, ысқыруық, дыбыс шығарғыштар, пьезоэлектрлік, электростатикалық және электромагниттік принціптерді қолдану. Ультрадыбыстық толқындардың жасалуы және анықталуы үшін лазерлік технология қолданылады. Пьезоэлектрлік түрлендіргіштің соңғы матерялдарының бірі поливинилиденфлюорид (PVDF). Жаңа өнертабыс жоғарғы жиілікке арналған композициялық матерялдарды, жартылайөткізгіштерді және асажоғарғыөткізгіштерді қосады. Дегенменде ультрадыбыстық түрлендіргіштердің айтарлықтай бөлігі керамикалық пьезоэлектрлік түрлендіргіштер болып табылады. Қазіргі уақытта оларға түрлендіргіштердің 90% -дан астам бөлігі тиесілі. Пьезоэлектрлік түрлендіргіштер ультрадыбысты жасаумен қоса, оны анықтау үшін де қолданады.

Ультрадыбыстың әртүрлі шығу көзі. Ультрадыбысты толқын түзу үшін келесідей әдістер қолданылады:

1. Механикалық

2. Электростатикалық

3. Электродинамикалық

4. Магнитострикциондық

5. Электромагниттік

6. Пьезоэлектрлік

7. Лазерлік

Жоғарыда аталған әдістердің барлығында энергияның сақталу заңы қолданылады, яғни энергияның бір түрі екіншісіне түрленеді. Мысалы, механикалық әдісте механикалық энергия ультрадыбыстық энергияға түрленеді.

Механикалық әдіс

Денеде дыбыс соққы немесе үйкеліс арқылы тууы мүмкін. 100 кгц бастап 1МГц шейінгі диапазондағы толқынның барлық түрі жасалынады. Бұл ультрадыбыстық толқынның жасалуында қолданылған алғашқы әдіс болып табылады: Гальтон ысқыруығы. Ультрадыбыстың көзі кішігірім трубка қолданылған.

Әртүрлі диапазондағы ультрадыбысты жасау үшін Гальтон қолданған тәжірбиелік құрылғы 1 суретте. көрсетілген. Ол екі шыны шеңберден АВ және CD құралған. Олар В және С нүктелері арасындағы қашықтығын микрометрлі және бұрандасымен реттеуге болады. А ұңғымасына үрленген ауа, В нүктесінен шығады. Шыққан ауа С-ның үшкір ұшына соқтығысады. В және С арақашықтығын өзгерте отыра ауа шоғырын СD түтікшесін вибрацияға ұшыратуға болады. Вибрацияға ұшыраушы түтіктің ұзындығын өзгерту үшін клапанды құрылғы қолданылады. Ол жасалған ультрадыбыстың жиілігін өзгертеді.

Жасалынған ультрадыбыстың толқынның жиілігі келесідей формуламен берілген:

(1)

Мұнда U – ауадағы дыбыс жылдамдығы, L – вибрацияға ұшыраушы бағана ұзындығы, х-соңғы өзгеріс.

Электростатикалық әдіс

Электростатикалық әдісті 10-нан 200 МГц. жоғарғы жиілікті ультрадыбыс алу үшін қолданады. Аталған әдісте қозғалмайтын электродтың алдында жіңішке (50 мкм) өткізгіш пленка орналасқан (3.2 сурет). Қозғалмалы электродтардың бетінде пайда болатын металдық күштер, ультрадыбысқа түрленеді. Толқын жиілігі берілген кернеудің жиілігіне байланысты.

F күші төменде келтірілген формула бойынша зарядталған конденсатордың пластиналары бір-біріне тартылады:

Мұнда - диэлектрлік өтімділік, S – пластинаның беткі бөлігінің ауданы, V – берілген кернеу, d – пластиналар арасындағы арақаықтығы.

Тартылу күші оның полярлы берілген кернеуге байланысты емес. Сәйкесінше, егер белгілі жиілікте айнымалы кернеу берілсе, қос жиілігі бар ультрадыбыс алынады. Егер жиіліктің екі еселенуі кажет болмаған жағдайда, қосымша тұрақты кернеу берілу қажет V ≥ V.

Электростатикалық күштер жоғары жиілікті ультрадыбысқа тура түрленетіндігіне қарамастан, алынған амплитудалар эхо-импульсты операция үшін аз болып табылады.