Пьезоэффект обратный, прямой

Пьезоэффект обратный, прямой 209 [c.449]

Появление поляризации в диэлектрике под действием механических напряжений называют прямым пьезоэффектом. Кроме прямого пьезоэффекта существует и обратный. Он заключается в том, что при наложении внешнего электрического поля кристалл несколько сжимается или расширяется. Пьезоэффект наблюдается во всех нецентросимметричных кристаллах. Под действием механических напряжений происходит смещение заряженных частиц и, таким образом, возникает дипольный момент. Смещение частиц в кристаллах с центром симметрии не приводит к появлению поляризованного состояния, так как в этом случае в силу наличия центра симметрии происходит электрическая компенсация моментов, образованных за счет смещения положительно и отрицательно заряженных частиц. [c.295]

В настоящее время широко распространены пьезоэлектрические вибропреобразователи. В них используется пьезоэлектрический эффект, заключающийся в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых диэлектриков под действием механических усилий. Такой пьезоэффект называется прямым. Деформация диэлектрика под влиянием электрического поля называется обратным пьезоэффектом. [c.62]

Пьезоэффект. Сегнетоэлектрики. Прямой пьезоэффект — это явление возникновения электрической поляризации в условиях определенной деформации образца диэлектрика. Обратный пьезоэффект — возникновение механической деформации при приложении внешнего электрического поля. [c.102]

Помимо пьезомодуля, значение которого зависит от кристаллографического направления, для оценки пьезоэлементов применяют коэффициент электромеханической связи К, характеризующий эффективность преобразования механической энергии в электрическую и наоборот (при прямом и обратном пьезоэффекте), а также механическую добротность Qm, определяемую потерями на внутреннее трение в. материале, от значения которой существенно зависит увеличение амплитуды колебаний элемента при резонансной частоте. Работоспособность пьезоматериалов определяется также значениями г,, tg б и точкой Кюри Тс. [c.558]

Пьезоэлектрические материалы. В приборах акустического контроля чаще всего используют контактные преобразователи, принцип работы которых основан на пьезоэлектрическом эффекте. Активный элемент такого преобразователя изготовляют из материала, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Прямым пьезоэлектрическим эффектом называют появление в некоторых веществах электрической поляризации под действием приложенных к ним механических напряжений или деформаций. Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в возникновении механического напряжения и деформации в пьезоматериале, помещенном в электрическом поле. Обратный пьезоэффект используют для излучения, а прямой — для приема акустических колебаний. [c.60]

Прямым пьезоэффектом называется возникновение поляризации в кристаллических веществах при наличии определенных деформаций. Обратным пьезоэффектом называется возникновение деформации кристаллов под воздействием электрического поля. Данные по свойствам некоторых пьезоэлектрических материалов приведены в [16]. [c.209]

В соответствии с видом подводимой энергии различают прямой или обратный пьезоэффект. Прямой пьезоэффект в зависимости от направления механического усилия может быть продольным или поперечным. При прямом продольном пьезоэффекте действие силы совпадает с направлением электрической оси поляризации, а при поперечном — с направлением, перпендикулярным электрической оси. Сказанное относится и к обратному пьезоэффекту. [c.195]

Особой и быстро расширяющейся областью применения в последние годы стало использование пьезоэлектрических трансформаторов [47, 48], позволяющих эффективно заменить трудоемкие и не всегда допустимые по массогабаритным характеристикам намоточные трансформаторы. В них прямое и обратное преобразования электроэнергии осуществляются в результате использования прямого и обратного пьезоэффектов. Эти устройства работают в резонансном режиме. [c.139]

В ряде случаев пьезопреобразователи энергии используют как обратный, так и прямой пьезоэффект (см. рис. 5.3). [c.140]

Наиболее распространенным является способ, основанный на явлении пьезоэлектрического эффекта. Физическая сущность этого эффекта заключается в том, что при механическом растяжении или сжатии на поверхности пластин некоторых твердых материалов появляются электрические заряды противоположного знака - возникает прямой пьезоэффект наоборот, при подаче на поверхность пластин переменных электрических зарядов пластина начинает сжиматься и разжиматься — имеет место обратный пьезоэффект. Такими свойствами обладает ряд природных и искусственных материалов кварц, турмалин, сегнетова соль, титанат бария, цирконат-тита-нат свинца (ЦТС) и др. Схема возникновения прямого и обратного пьезоэффекта приведена на рис. 9.4. [c.147]

Импульс ультразвуковых механических колебаний, посылаемых в контролируемое изделие, создается в пьезопреобразователе за счет обратного пьезоэффекта. Для этого на пьезоэлемент пьезопреобразователя подается короткий электрический импульс, вырабатываемый генератором зондирующих импульсов. Отраженный от донной поверхности или от дефекта механический импульс УЗК принимается тем же или другим пьезопреобразователем, работающим в режиме приема, и преобразовывается посредством прямого пьезоэффекта в электрический сигнал. Далее сигнал, усиленный с помощью усилителя, подается на вертикальные отклоняющие элементы экрана, определяющие положение луча на экране дефектоскопа по высоте. Одновременно с ге нератором зондирующих импульсов запускается генератор развертки. [c.151]

Выражения (22.7) и (22.9) используют для экспериментального измерения k. Численные значения к, найденные с помощью прямого (22.6) и обратного (22.8) пьезоэффектов, для данного элемента совпадают. [c.229]

Как отмечалось в 19.1, механическое напряжение является тензором второго ранга, имеющим 9 компонент Oij, причем ввиду симметрии тензора а,у независимых компонент остается 6 о , и Gg означают напряжения сжатия (или растяжения, со знаком минус ) вдоль соответствующих осей, а О4, 05 и Og — сдвиговые напряжения. Учитывая это, уравнение прямого (22.1) и обратного (22.4) пьезоэффектов для отдельных компонент вектора поляризованности запишем в следующем виде [c.229]

Таким образом, полное описание прямого и обратного пьезоэффектов дается системой восьми уравнений [c.117]

Чтобы определить, какой режим преобразования характеризует тот или иной пьезокоэффициент, полезно рассмотреть способы измерения пьезокоэффициентов. Схемы этих способов в условиях прямого и обратного эффектов приведены на рис. 56. С левой стороны каждой схемы изображено то, что задается в случае прямого пьезоэффекта — механические напряжения (противоположно направленные стрелки) и механические деформации (соединенные встречные стрелки) и в случае обратного пьезоэффекта — батарея (источник напряжения) и источники заряда. В правой части схем изображен объект измерения или прибор. Так, при прямом пьезоэффекте заряд регистрируется гальванометром, а разность потенциалов — электрометром при обратном пьезоэффекте измеряется деформация (соединенные стрелки, направленные вовне) или напряжение (кристалл зажат, стрелки не соединены). Нетрудно видеть, что экспериментально наиболее просты измерения пьезокоэффициентов к ж е при прямом пьезоэффекте и коэффициента й — при обратном. [c.128]

Способам измерения отвечают конкретные режимы преобразования. Так, приложению электрического поля (приводящему к механической деформации) соответствует измерение коэффициента й при обратном пьезоэффекте, а деформированию кристалла с возникновением электрического заряда — измерение коэффициента е при прямом пьезоэффекте и т. д. Следовательно, если требуется получить, например, высокое электрическое напряжение под действием механических напряжений, необходимо использовать кристаллы с наибольшими коэффициентами такие требования предъявляются, в частности, к пьезоэлектрическим приемникам звука и ультразвука. Эффективные деформации под действием электрического поля возникают в кристаллах с наибольшими коэффициентами й такие кристаллы используют, например, при создании излучателей звука и ультразвука. Для измерения деформации электрическими методами выбирают кристаллы с наибольшими коэффициентами к или е (пьезоэлектрический сейсмограф, пьезоэлектрический звукосниматель и т. д.). [c.129]

Вообще наличие доменов в сегнетоэлектриках налагает ряд специфических особенностей на их пьезоэлектрические свойства. Так, обратный пьезоэффект в сегнетоэлектриках связан не только с обычной деформацией (или возникновением напряжений), но и с переориентацией доменов. В свою очередь в некоторых кристаллах прямой пьезоэффект сопровождается переориентацией доменов. [c.138]

Электрострикцию не следует смешивать с обратным пьезоэффектом. Последний, как отмечалось в предыдущих параграфах этой главы, также является результатом приложения внешнего поля, но является эффектом линейным (деформация прямо пропорциональна полю), а электрострикция является эффектом квадратичным. Это [c.148]

Процесс преобразования электрической энергии в звуковую обесиечивается в магнитострикционных преобразователях пьезомагнитньш эффектом, присущим ферромагнитным материалам. Излучение звуковой энергии происходит в результате воздействия на преобразователь переменного магнитного поля, вызывающего изменение его размеров (прямой пьезоэффект). Обратный пьезоэффект, характерный для режима приема, заключается в возникновении магнитного поля при изменении размеров преобразователя под воздействием колебательных движений воды. Преобразование магнитной энергии в электрическую и обратно осуществляется с помощью обмотки из изолированного электропровода, намотанной на сердечник из пьезомагнитного материала. [c.111]

ПЬЕЗОЭЛЁКТРИКИ, кристаллические вещества, в к-рых при сжатии или растяжении в определённых направлениях возникает электрич. поляризация даже в отсутствии электрич. поля (прямой пьезоэффект). Следствием прямого пьезоэффекта явл. обратный пьезоэффект — появление механич. деформации под действием электрич. поля. Связь между механич. и электрич. переменными (деформацией и электрич. полем) носит в обоих случаях линейный характер. Обратный пьезоэффект следует отличать от электрострикции. Первое подробное исследование пьезоэффектов было проведено в 1880 франц. физиками братьями Ж. и П. Кюри на кристалле кварца. В дальнейшем пьезоэлектрич. св-ва были обнаружены более чем у 1500 в-в (см. Пьезоэлектрические материалы). [c.598]

Некоторые кристаллы (кварц, турмалин, сегнетова соль и др.) дают пьезоэлектрический эффект под действием упругой деформации на поверхности кристалла появляются электрические заряды (прямой пьезоэффект) и наоборот, под действием электрического поля они испытывают упругие деформации — сжимаются или растягиваются в зависимости от направления поля (обратный пьезоэф( )ект). Поэтому, если пластинку, вырезанную из пьезоэлектрического кристалла, поместить между обкладками конденсатора, к которому подводится переменное электрическое напряжение, то в пластинке будут возникать переменные упругие деформации, т. е. будут происходить вынужденные механические колебания. Но сама пластинка, как и всякое упругое тело, обладает собственными частотами колебаний, зависящими от [c.744]

Пьезоэлектрики — кристаллические диэлег.трики, не имеющие центра симметрии, в которых под действпе.м механических напряжений возникает электрическая поляризация (прямой пьезоэлектрический эффект), а под действием внешнего электрического поля — механическая деформация (обратный пьезоэлектрический эффект). Таким образом, с помощью пьезоэлектриков можно преобразовывать электрические сигналы в механические и наоборот. Между поверхностной плотностью заряда (/, образующегося при прямом пьезоэффекте на поверхности поляризованного кристалла, и механическим напряжением а существует прямо пропорциональная зависимость q = do, причем знаки зарядов на электродах пьезоэлемента зависят от направления механических напряжений (сжатие — растяжение). Механическая деформация и в такой же зависимости находится с напряженностью внешнего электрического поля Е при обратном пьезоэффекте u = dE, а характер деформации (сжатие или растяже- [c.557]

Коэффициент d (пьезомодуль) у одного и того же диэлектрика одинаков как для прямого, так и для обратного пьезоэффекта. В качестве пьезоэлектрических применяются материалы с ярко выраженными пьезосвойствами пьезоэлектрические монокристаллы и пьезокерамика. Обычная сегнетокерамика как изотропная среда не обладает пьазосвойствами. Для придания этих свойств сегнетокерамику поляризуют выдерживают в нагретом состоянии в сг льном постоянном электрическом поле [33, 34]. В итоге векторы спонтанной поляри-зованности доменов внешним полем ориентируются, из изотропного тела керамика превращается в анизотропное, обладающее устойчивой остаточной поляризованно-стью Рй, направление которой определенд поляризующим полем. Это приводит к появлению пьезоэффекта. [c.558]

В серийно выпускаемых ультразвуковых дефектоскопах для излучения и приема ультразвука чаще всего используют пьезопластины, обладающие пьезоэлектрическим эффектом. Прямой пьезоэффект состоит в появлении электрических зарядов на обкладках пьезопластины в результате ее деформации. Обратный пьезоэффект заключается в деформации пьезопластины под действием приложенного электрического поля. Обычно используют деформации растяжения —сжатия пластины по толщине. Обратный пьезоэффект, вызывающий такую деформацию, применяют для излучения продольных волн, а прямой пьезоэффект, связанный с деформацией по толщине, —для приема этих волн. Для возбуждения и приема поперечных волн используют деформацию сдвига по толщине. В этом случае для передачи деформации от пластины к изделию используют густые смазочные материалы, так как через жидкотекучие вещества поперечные волны практически не проходят. В качестве такой передающей среды используют нетвердеющие эпоксидные смолы. [c.133]

В УЗ дефектоскопии в качестве источников и приемников ультразвука используют материалы, обладающие пьезоэлектрическим эффектом, который заключается в появлении электрического заряда на гранях кристалла материала при приложении механического напряжения (прямой пьезоэффект). При воздействии механических колебаний на пластину из пьезоматериала (пьезопластину) между ее поверхностями возникает переменная электродвижущая сила. Существует и обратный пьезоэффект, заключающийся в деформации (изменении размеров) пластины под действием электрического поля. Характер деформации определяется полярностью приложенного напряжения если напряжение переменное, то размеры пластины изменйются с частотой приложенного поля. Таким образом, с помощью пьезопластины можно преобразовывать УЗ колебания в электрические и наоборот. Впервые пьезоэлектрические свойства были обнаружены у горного хрусталя — одной из разновидностей кварца. [c.23]

Колебат. механич. системами Э. п. могут быть стержни, пластинки, оболочки разл. формы (полые цилиндры, сферы, совершающие разл. вида колебания), механич. системы более сложной конфигурации. Колебат. скорости и деформации, возникающие в системе под воздействием сил, распределённых по её объёму, могут, в свою очередь, иметь достаточно сложное распределение. В ряде случаев, однако, в механич. систем можно указать элементы, колебания к-рых с достаточным приближением характеризуются только кинетич, и потенц. энергиями и энергией механич. потерь. Эти элементы имеют характер соответственно массы М, упругости I / С и активного механич. сопротивления г (т.н. системы с сосредоточенными параметрами). Часто реальную систему удаётся искусственно свести к эквивалентной ей (в смысле баланса энергий) системе с сосредоточенными пара.меграми, определив т. н. эквивалентные массу Л/, , упругость 1 / С , и сопротивление трению / . Расчёт механич. систем с сосредоточенными параметрами может быть произведён методом электромеханич. аналогий. В большинстве случаев при электромеханич. преобразовании преобладает преобразование в механич, энергию энергии либо электрического, либо магн. полей (и обратно), соответственно чему обратимые Э.п. могут быть разбиты на след, группы электродинамические преобразователи, действие к-рых основано на электродинамич. эффекте (излучатели) и эл.-магн. индукции (приёмники), напр, громкоговоритель, микрофон электростатические преобразователи, действие к-рых основано на изменении силы притяжения обкладок конденсатора при изменении напряжения на нём и на изменении заряда или напряжения при относит, перемещении обкладок конденсатора (громкоговорители, микрофоны) пьезоэлектрические преобразователи, основанные на прямом и обратном пьезоэффекте (см. Пьезоэлектрики) электромагнитные преобразователи, основанные на колебаниях ферромагн. сердечника в перем. магн. поле и изменении магн. потока при движении сердечника [c.516]

Трёхимпульсное эхо наблюдается примерно по такой же схеме, но в этом случае, помимо второго импульса в момент 1 (рис. 2, б), на кристалл подаётся ещё третий импульс в момент Т с частотой 2ю, При этом отклик наблюдается в момент Т+х. Временная структура наблюдаемых в этом случае сигналов более сложна. При этом, как и раньше, первый импульс возбуждает с поверхности пьезоэлектрика УЗ-волны, распространяющиеся по всем направлениям в глубь кристалла. Второй импульс в момент т производит две операции возбуждает, как и первый, УЗ-волны и меняет на обратное направление распространения акустич, волн, возбуждённых первым импульсом. Т. о., в кристалле навстречу друг другу распространяются прямые и обратные волны, нелинейное взаимодействие к-рых приводит к появлению в пространстве взаимодействия постоянной составляющей, как это следует из дисперсионной диаграммы (рис. 3,5), При наличии в кристалле примесей постоянная составляющая выводит их из состояния равновесия, ИТ. о. в пространстве фиксируется информация о взаимодействии прямой и обратной волн. Третий импульс в момент времени Т воздействует на неоднородные в пространстве примесные состояния и возбуждает акустич. волну, К рая от этих примесей распространяется к поверхности кристалла, где благодаря пьезоэффекту восстанавливается в виде электрич, сигнала. При этом время Т должно быть меньше времени релаксации, в течение к-рого восстанавливается равновесное распределение примесей, нарушен- [c.517]

Пьезоэлектрик поляризуется под действием механических напряжений /прямой пьезоэффект) или деформпру-иод воздействием электрического поля (обратный пьезоэффект). [c.589]

Пьеэоэлектрики — вещества, у которых под действием механических напряжений возникает поляризация (прямой пьезоэффект) или под действием электрического поля изменяются размеры (обратный пьезоэффект). К пьезоэлектрикам относятся поляризованные сегнетоэлектрики с остаточной поляризацией, а также кристаллы, не имеющие центра симметрии. В основе пьезоэффекта лежит смещение ионов в кристаллической решетке при упругой деформации. Пьезоэффект анизотропен и характеризуется пьезомодулем — зарядом, который появляется на поверхности пластин пьезоэлектрика под действием единичной силы. Обычно измеряют так называемый продольный пьезомодуль 33 по заряду на поверхности, перпендикулярной направлению поляризации, когда нагрузка приложена перпендикулярно этой же поверхности. От пьезоэлектриков требуются высокие значения пьезомодуля и малые потери. Пьезомодули йзз у сегне-токерамики и пленки поливинидиленфторида [—СНг —СГг—] равны соответственно (2. .. 4)-10 и 3,5-10 Кл/Н, что на один-два порядка больше пьезомодулей кварца. [c.607]

В твердых диэлектриках, обладающих нецентросимметричной структурой, за счет внутренних электрических полей электро-стрикционное деформированное состояние является основным и равновесным. В этом случае во внешнем поле наблюдается линейный электромеханический эффект, при котором деформация пропорциональна первой степени поля (нечетный эффект) хш = = dhlmEtn, где dhim — тензор третьего ранга — пьезомодуль (см. табл. 1.1). Этот эффект также обратим при Ет=0 хы = 0. Как видно из рис. 1.7,в, знак механической деформации при линейном эффекте изменяется при перемене полярности Ет, а сам эффект может быть выражен гораздо сильнее, чем электрострикция. Линейный электромеханический эффект называется обычно обратным пьезоэффектом (прямой пьезоэффект заключается в появлении поляризации при механическом сжатии или растяжении кристалла). [c.21]

Прямым пьезоэффектом называют электрическую поляризацию нецентро-скмметричного диэлектрика под действием механических напряжений, обратным — деформацию такого диэлектрика в электрическом поле. Оба эффекта — линейные. [c.128]

В случае прямого пьезоэффекта электрический момент (полярнзованность) возникает за счет смещения связанных заряженных частиц нецентросимметричного диэлектрика. В центросимметрично.м диэлектрике такое смещение не приводит к поляризованному состоянию именно в силу наличия центра симметрии происходит компенсация электрических моментов, создаваемых смещением положительно и отрицательно заряженных частиц. Поэтому электрострикция пе имеет обратного эффекта. [c.129]

Линейный электромеханический преобразователь — пьезоэлектрик— широко используется в устройствах, преобразующих в результате обратного пьезоэффекта высокочастотный электрический ток или в энергию упругих волн, или в механическое вращение ротора двигателя, или в поступательное перемещение магнитной ленты в видеомагнитофоне и др. За счет прямого пьезоэффекта механические колебания превращаются в электрические сигналы, которые удобно анализировать, преобразовывать, усиливать и т. п. [c.140]

Пьезоэлектрические трансформаторы используются в радиотехнических устройствах в маломощных и малогабаритных источниках питания. От электромагнитных трансформаторов их отличает путь преобразования энергии электрическая — акустическая — электрическая, что приводит к существенному упрощению конструкции пьезотрансформатора (рис. 5.5), в котором отсутствуют какие-либо провода или обмотки. Пьезоэлектрическая пластинка-трансформатор в простейшем случае имеет две пары электродов, образующих возбудитель и генератор. Используя обратный пьезоэффект, возбудитель создает в пластинке механическую деформацию, охватывающую в виде акустической волны весь объем пьезоэлемента (пьезотрансформаторы работают в режиме акустического резонанса). В генераторной секции пьезотрансформатора в результате прямого пьезоэффекта возникает переменный сигнал, гальванически разделенный со входным напряжением. Как было показано выше (формула (5.8)), наиболее общей характеристи- [c.141]

Кроме пьезоприемников, использующих прямой пьезоэффект, и генераторов упругих волн, использующих обратный пьезоэффект (см. 5.3), в электронике и радиотехнике широкое применение находят пьезоэлектрические преобразователи сигналов, в которых [c.146]

При реализации обратного пьезоэффекта механически вибрирующая пьезопластинка играет роль молоточка , посылающего пучок упругих колебаний в контролируемый материал. Одновременно та же пластинка под действием прямого пьезоэффекта может слу- [c.147]

Изучение пьезоэффекта очень быстро показало, что это явление сводится к электрпческо поляризации некоторых кристаллов, вызываемой механическими напряжениями или деформациями. Такой эффект позднее был назван прямым пьезоэлектрическим эффектом в отличие от вскоре после этого открытого обратного пьезоэлектрического эффекта, состоящего в механическом деформировании некоторых кристаллов под действием внешнего электрического поля. [c.114]

С помощью пьезотекстур из сегнетовой соли можно возбуждать колебания различного рода пластинок и по пыльным фигурам (фигурам Хладни) изучать эти колебания. В качестве пластин в этом случае можно прямо использовать пьезотекстуры. Электродами обычно служат покрытия из аквадага. Колебания пластин возбуждаются за счет обратного пьезоэффекта при подключении электродов к звуковому генератору. При совпадении частоты генератора с частотой одной из мод колебаний пластинки наступают интенсивные резонансные колебания последней характер колебаний виден из расположения порошка, покрывающего перед возбуждением равномерно всю пластинку. [c.161]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...