2.9. Термин “Пьезоактивность”

При разработке и использовании пьезоэлектрических и магнитострикционных преобразователей постоянно имела место конкурентная борьба между ними, а ученые, технологи и инженеры, имевшие дело с ультразвуковыми преобразователями того и дру­гого типа, часто были одними и теми же людьми.

Автор предложил в 1954 г. термин «пьезоактивные»). Этот термин был одобрен инженерами, работающими в области аку­стики, по крайней мере в Японии. Хотя данный термин предла­гается в настоящей книге впервые и по этому вопросу могут быть разные мнения, автор надеется, что читатели будут довольны связанными с употреблением этого термина простотой описаний и удобством при рассмотрении различных явлений.

2.10. Проявление пьезоактивности

Когда никель, кобальт и другие ферромагнитные вещества претерпевают некоторую механическую деформацию, их магнитные свойства изменяются. Титанат бария и другие сегнетоэлектрические вещества под воздействием дефор­мации меняют свои электрические свойства. Механическая дефор­мация кристаллов кварца, сегнетовой соли, ADP и других пьезо­электрических кристаллов приводит к их поляризации.

Если же эти вещества поместить в электрическое поле или магнитное поле, то в них возникнет механическая деформация, вызывающая небольшие изменения размеров тела. Чтобы предот­вратить эти изменения, необходимо приложить внешнюю меха­ническую силу. С другой точки зрения можно считать, что при намагничивании или поляризации вещества в нем возникает механическая сила.

Как прямой, так и обратный эффекты, в которых проявляется связь между упругим и электрическим или магнитным состояниями упомянутых выше веществ, могут быть использованы для преобразования электрической энергии в механическую и обратно. Устройство, осуществляющее такое преобразование, называется преобразователем. В качестве материалов для преобразователей применяются вещества с сильно выраженной связью упругого и электрического или магнитного состояний. Для удобства мы будем называть эти вещества пьезоактивными, а преобразователи из них — пьезоактивными преобразователями.

2.11. Область применения пьезоэлектрических преобразователей

1. Преобразователи, использующие прямой пьезоэффект, применяются в приборах для измерения силы, давления, ускорения.

2. Преобразователи, выполненные из материалов, обладающих пироэффектом, могут быть использованы для измерений тепловой радиации .

3. Преобразователи, использующие обратный пьезоэффект, применяются в качестве излучателей ультразвуковых колебаний, в качестве преобразователей напряжения в деформацию, например, в пьезоэлектрических реле, пьезовибраторах осциллографов, в качестве обратных преобразователей приборов урав­новешивания и т. д.

4. Преобразователи, использующие одновременно прямой и обрат­ный пьезоэффекты, — пьезорезонаторы, имеющие максимальный коэффициент преобразования одного вида энергии в другой на резо­нансной частоте и резко уменьшающийся коэффициент преобразо­вания при отступлении от резонансной частоты (т. е. высокую доб­ротность), — используются в качестве фильтров, пропускаю­щих очень узкую полосу частот.

Пьезорезонаторы, включенные в цепь положительной обратной связи усилителя, работают в режиме автоколебаний и используются в генераторах. В зависимости от типа кристалла, среза и типа воз­буждаемых колебаний пьезорезонаторы могут выполняться с высокостабильной, не зависящей от внешних факторов собственной час­тотой и с управляемой собственной частотой. Управля­емые резонаторы используются в частотно-цифровых приборах как преобразователи различных, преимущественно неэлектричес­ких величин (температура, давление, ускорение и т. д.) в частоту. Пьезоэлектрические генераторы могут применяться и как ампли­тудные преобразователи, работая в режиме изменения добротности, например, для фиксации соприкосновения колеблющегося кристалла с каким-либо телом. Пьезоэлементы, кроме того, используются в твердых схемах, заменяющих собой целый ряд электрон­ных устройств.

В настоящей главе рассмотрены наиболее широко распростра­ненные преобразователи для измерения сил, давлений и ускорений и обратные преобразователи электрического напряжения в пере­мещение.

2.12.Погрешности пьезоэлектрических преобразо­вателей складываются прежде всего из погреш­ности от изменения параметров измерительной цепи (емкости С_вх), температурной погрешности, вызываемой изменением пьезоэлектрической постоянкой, погрешности вследствие неправильной установки пластин, погрешности из-за чувст­вительности к силам, действующим перпендику­лярно измерительной оси преобразователя, и частотной погреш­ности.

Верхняя граница допустимого частотного диапазона определяется в основном механическими параметрами преобразователя. Пьезоэлектрические преобразователи могут быть выполнены с час­тотой собственных колебаний f₀≈100 кГц, что позволяет измерять механические величины, изменяющиеся с частотой до 7 — 10 кГц.

Заключение

В приведенном выше материале были рассмотрены: теория ультразвука, ультразвуковые преобразователи.

Также были изучено применение ультразвуковых преобразователей для исследования тел. Оказалось что это очень эффективное направление научно-исследовательской работы в данной области.

Контрольные вопросы

1. Что такое ультразвук?

2. Свойства ультразвука?

3. Области применения ультразвука?

4. Что такое ультразвуковые преобразователи?

5. Классификация ультразвуковых преобразователей?

6. Области применения преобразователей?

7. Ультразвуковые методы исследования тел?

Список используемой литературы

36