Энергия пьезоэлектрическая

В качестве источников энергии в ультразвуковых дефектоскопах для возбуждения ультразвуковых колебаний используют электронные генераторы. Получаемые в них электрические импульсы преобразуются в ультразвуковые механические колебания с помощью преобразователей, основанных на пьезоэлектрическом эффекте. [c.194]

Смешанные способы возбуждения возмущений. В тех случаях, когда требуется получить и сохранить возмущения малой амплитуды, используются электрические и электронные способы возбуждения. В этих способах для приведения в действие преобразователя, превращающего электрическую энергию возбуждающего тока в механическую энергию волны напряжений в теле, используется переменный ток, частота волн при этом лежит между 20 кГц и 50 мГц. С помощью соответствующих контуров можно получать или непрерывный ряд волн, или импульсы, состоящие из коротких серий волн высокой частоты, повторяющихся регулярно с низкой частотой. Для этого используются преобразователи, принцип действия которых основан на магнитострикционном или пьезоэлектрическом эффектах. Материалами для пьезоэлектрических преобразователей кроме кристаллов кварца служат искусственные ферроэлектрические кристаллы (в частности, титанат бария в виде поликристаллической керамики), имеющие по сравнению с естественными кристаллами большую чувствительность и меньшее сопротивление. Однако температура Кюри искусственных кристаллов сравнительно низка (при нагревании выше этой температуры пьезоэлектрические свойства пропадают). Материалами для магнитострикционных преобразователей служат ферромагнитные элементы и сплавы. Максимальные деформации в обоих случаях определяются механическими свойствами материала тела. Для возбуждения слабых импульсов напряжений используют искровой способ, предложенный Кауфманом и Ревером [52]. Преимущество этого способа состоит в том, что искра действует как точечный источник, тогда как пьезоэлектрический преобразователь, благодаря дифракции, дает сложную волновую картину. [c.17]

Пьезоэлектрический преобразователь— устройство, предназначенное для преобразования электрической (акустической) энергии в акустическую (электрическую). Принцип работы преобразователя основан на использовании пьезоэлектрического эффекта. [c.204]

Зависимость коэффициента преобразования от частоты называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) преобразователя. В качестве параметров АЧХ принимают следующие величины рабочую частоту /, соответствующую максимальному значению коэффициента преобразования Кии и предопределяющую достижение максимальной чувствительности пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) полосу пропускания Af = h—f , где /i и /а — частоты, при которых Кии уменьшается на 3 дБ (0,707) по сравнению с максимальным значением при излучении либо приеме или на 6 дБ (0,5) в режиме двойного преобразования (совмещенном). Чем больше полоса пропускания, тем меньше искажение формы излученного и принятого акустического импульса, меньше размеры мертвой зоны, выше разрешающая способность и точность определения координат дефектов. Расширить полосу пропускания можно путем уменьшения электрической добротности Qa или увеличения акустической добротности Qa. однако при этом снижается чувствительность. Применяя четвертьволновой просветляющий слой и подбирая оптимальное демпфирование, удается расширить полосу пропускания, одновременно повышая чувствительность, так как протектор снижает акустическую добротность за счет отвода энергии ультразвука в сторону изделия. Высокая чувствительность в сочетании с широкой полосой пропускания достигается при Qg = Q а 2. .. 4. [c.134]

Динамический калибратор в виде балки с магнитным возбудителем для тарировки наклеиваемых тензометров. Датчик закрепляется на балке, вибрация которой возбуждается симметрично одним (камертон) или двумя (балка) электромагнитами. Частота колебаний меняется с помощью масс (колебания при резонансе), амплитуда — от количества энергии, подводимой к катушкам. Частота до 1000 гц и при пьезоэлектрическом возбудителе до 20 ООО гц при малой амплитуде. [c.560]

Принцип построения электрич. схемы К. г. и его действия такие же, как и у обычных генераторов электромагнитных колебаний. Параметры колебат. системы выбирают так, чтобы большая часть энергии была сосредоточена в кварцевом резонаторе. В этом случае генерируемая частота определяется гл. обр. высокостабильной собств. частотой кварцевого резонатора, к-рый является объёмной механич. колебат. системой, выполненной в виде пластины, кольца или бруска, вырезанных определённым образом из кристалла кварца. Такой пьезоэлектрический резонатор обладает очень малыми потерями энергии нри колебаниях и высокой добротностью 10 ч-10 . Кварцевый резонатор механически очень прочен, химически стоек, нечувствителен к влажности, его собств. частота мало зависит от темп-ры. Кроме того, кварцевый резонатор имеет малые размеры, что облегчает его защиту от внеш. воздействий. [c.345]

В электромеханических излучателях ультразвуковые колебания генерируются за счет преобразования электрической энергии в механическую. Электромеханические источники позволяют получать ультразвуковую энергию высокой частоты и устойчиво работают, как правило, в очень узкой полосе частот. По принципу преобразования энергии электромеханические излучения делятся на магнитострикционные, пьезоэлектрические и электродинамические. [c.177]

Возбуждение магнитострикционных и пьезоэлектрических преобразователей осуществляется при помощи высокочастотных генераторов электрической энергии. [c.177]

В зависимости от выбранного метода генерации этих колебаний, устройства, их вырабатывающие, могут быть различными по принципу действия — электрическими или механическими. Соответственно генерация колебаний может осуществляться энергоносителем без про межуточных превращений энергии (пневматические или гидравлические генераторы) либо с промежуточным превращением (пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи с электрическими генераторами). [c.407]

Параметр кц характеризует пьезоэлектрический преобразователь энергии вдали от частоты собственного акустического резо- [c.132]

Чаще применяется и перспективнее размерная ультразвуковая обработка абразивом, зерна которого получают энергию от специального инструмента (фиг. 324). Здесь инструмент 1 совершает продольные колебания с ультразвуковой частотой (16—30 кгц) и небольшой амплитудой (0,01—0,06 мм). В рабочую зону между торцом инструмента 1 и обрабатываемой деталью 3 подается взвешенный в жидкости абразив 2 (карбид бора), зерна которого под действием ударов колеблющегося инструмента производят обработку. Источником энергии инструмента является достаточно мощный (обычно ламповый) генератор электрических колебаний. Электрические колебания преобразуются в механические с помощью вибраторов— пьезоэлектрических или чаще магнитострикционных. В последнем случае используется эффект продольной магнитострикции, заключающийся в изменении длины стержня из ферромагнитного материала, помещенного в магнитном поле. Наибольшей магнито- [c.415]

Одной из серьезных трудностей является получение синфазного протяженного волнового фронта, особенно при его больших размерах. Как уже говорилось в гл. 4, пьезоэлектрические излучатели, наряду с нормальным излучением, дают и косые пучки, на образование которых расходуется часть полезной излучаемой энергии. В работе [29] было показано, что эти косые пучки могут быть отсечены резонансным фильтром в виде полуволновой пластины. При этом оказалось, что при установке фильтрующей пластины не только срезаются косые пучки, но и возрастает регулярная часть излучения. Создавалось такое впечатление, что полуволновая пластинка ведет себя как своеобразный трансформатор или вторичный излучатель, в котором энергия косых пучков каким-то образом перекачивается в энергию толщинных синфазных колебаний. [c.193]

Гидростатический метод градуировки пьезоэлектрических приемников [40], как и предыдущий метод, не требует излучателей ультразвуковой энергии, и поэтому градуировка производится в отсутствие звукового поля. Сущность метода состоит в том, что приемник подвергается воздействию гидростатического давления, изменяющегося со временем по линейному закону. В этом случае чувствительность приемника определяется соотношением [c.374]

По методу преобразования первичных импульсов и виду используемой энергии промышленность выпускает следующие типы датчиков индуктивные, магнитострикционные, емкостные, пьезоэлектрические, фотоэлектрические, радиоактивные, гидравлические, пневматические, механические, оптические, омические и др. [c.279]

Пьезоэлектриками (сегнетоэлектриками) называются такие материалы, которые обладают так называемым пьезоэлектрическим эффектом, сущность которого состоит в превращении электрической энергии в механическую и наоборот. При приложении к материалу [c.299]

I — источник энергии 2 — пьезоэлектрический или магнитострикционный вибратор 3 — амплитудный концентратор 4 — образец [c.43]

Для возбуждения магнитострикционных и пьезоэлектрических преобразователей применяют высокочастотные генераторы электрической энергии. В них электрические колебания получаются от ламповых или машинных генераторов тока высокой частоты. [c.65]

Для дальнейшего анализа важное значение имеет понятие коэффициента электромеханической связи (5. Ои определяется как отношение взаимной упругой и электрической энергии пьезоэлектрического преобразователя к среднему геометрическому значению суммарной плотности упругой и электрической энергии. Внутренняя энергия пьезопреобразователяИ = — Г -- [c.40]

Из физических соображений можно утверждать, что край трещины является своеобразным энергостоком освобождающейся энергии, распределенным вдоль контура трещины. Следуя работам [306, 307], введем вектор плотности энергостока Г = (Г1, Г2, Гз) для пьезоэлектрической среды в условиях статики. Компоненты Fft ( = 1, 2, 3) этого вектора определяются по формулам [c.72]

К подвижной системе 2 электродинамического возбудителя 1 колебаний через фланец 3 присоединяется резонансная мембрана 4, несущая активный захват 5 для испытуемого образца 6. Второй конец образца зажимают в захват 7, расположенный на упругом элементе датчика 8 силы, имеющего тепзорезисторные преобразователи. Датчик силы и регистрирующая аппаратура 15 образуют динамометр для измерения переменных сил, действующих на испытуемый образец. Датчик силы 8 укреплен на инерционном элементе 10 с большой массой. Инерционный элемент для снижения потерь энергии подвешен на гибких тросах 9. К инерционному элементу прикреплен пьезоэлектрический датчик 11 виброускорения. Сигнал с датчика ускорения подается на блок 18 управления, входящий в комплект вибростенда ВЭДС-100. Этот блок содержит измеритель виброускорения, задающий генератор со сканированием частоты и систему автоматического поддержания заданного виброускорения. Выходной сигнал с блока 18 поступает на вход усилителя 21 мощности, питающего через резистор 14 подвижную катушку электродинамического возбудителя колебаний. Машина работает в режиме прямого эластичного нагружения на резонансной частоте, определяемой жесткостью испытуемого образца. [c.131]

В многочисленных областях применения желательно иметь измеритель проходного типа, который использует для измерения лишь малую часть энергии лазерного луча. Такими измерителями являются оптико-акустические детекторы [108]. Их преимущества заключаются также и в том, что они дают достаточно высокий уровень сигнала и сохраняют линейность в области малых энергий. Лазерный луч проходит по оси измерительной ячейки, окна которой изготовлены из Na l. Ячейка заполнена смесью гелия с парциальным давлением, соответствующим атмосферному, и поглощающего газа типа пропилена с давлением в несколько миллиметров ртутного столба. Газ, нагретый в области прохождения луча, адиабатически расширяется до тех пор, пока во всей ячейке давление не станет одинаковым. Распределение температуры газа по всей ячейке тоже становится одинаковым. При этом происходит дальнейшее повышение давления до уровня, определяемого изотермой, а не адиабатой. Измерение давления производится с помощью пьезоэлектрического датчика, сигнал которого подается на осциллограф. [c.97]

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]

Принцип действия аьезоэлектрических датчиков основан на преобразовании механической энергии в электрическую вследствие возникновения электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов, например, титаната бария, при механическом воздействии на них. Пьезометрические датчики (рис. 4.11) безынерционны, поэтому их наиболее эффективно использовать при измерении быстро протекающих динамических процессов. Пьезоэлектрический датчик усилий (рис. 4.11, а) состоит из корпуса [c.100]

Развитие техники стабилизации частоты и частотной селекции, так же как и развитие многих других вибрационных приборов, идет по пути создания многокомпонентных интегральных пьезоэлектрических микроэлектронных устройств, в которых КР конструктивно объединены с микросхемой (микроэлектронные кварцевые генераторы, интегральные пьезоэлектрические фильтры, электронные часы и др.). В целях микроминиатюризации аппаратуры разрабатывают и изготовляют также многоэлектродные и многочастотные КР. В последних на одной общей пластине кварца (пьезоэлементе) располон<ены на определенном расстоянии две, три пары электродов и более, образующих изолированные друг от друга резонаторы со степенью механической развязки более 40 дБ, что основано на использовании явления захвата (локализации) энергии колебании сдвига по толщине в подэлектродной области (между парой электродов). [c.445]

Аппараты с акустическими и электромагнитными устройствами. Аппараты для перемешивания с акустическими устройствами по способу подвода энергии в обрабатываемую среду и возбуждения колебательных течений или нестационарных потоков делят на аппараты с внешними возбуждениями обрабатываемой среды и с самовозбуждением [52]. В первом случае колебательные или нестационарные течения создаются активными стрикционными элементами (пьезоэлектрическими или магни-тострикционными преобразователями энергии). Во втором случае эти течения возникают в результате движения среды в каналах аппарата вследствие специфики его устройства, что характерно для роторных аппаратов с модуляцией потоков (типа РАМП) и различных пульсационных распылителей. [c.333]

Как правило, диэлектрики, преобразующие энергию и информацию и применяемые в современной электронике, характеризуются нецентросимметричной структурой [17—22]. Двадцать классов ацентричных кристаллов потенциально обладают пьезоэлектрическими и линейными электрооптическими свойствами, из них [c.35]

Применительно к органическим соединениям Китайгородский [18] обосновал благоприятность их кристаллизации в трех пространственных группах, в которых выявлено более 80% от общего числа изученных ацентрических органических структур с особыми свойствами. Копцик [17] сформулировал уточненный геометрический критерий вероятности обнаружения пьезоэффекта в диэлектрических кристаллах, принадлежащих по своей симметрии к одной из благоприятных пространственных групп. Было показано, что относительный минимум свободной энергии обеспечивается кристаллу лишь в малом числе из многих сотен мыслимых ди-польных конфигураций, что и обусловливает предпочтительное выявление пьезоэлектриков в незначительной доле из 130 формально пьезоэлектрических федоровских групп. Однако эти представления носили, скорее, аналитический, чем прогностический характер, не изменяя существенно случайного способа отбора объектов для исследования. Основными недостатками чисто геометрических (сим-метрийных) критериев являются необходимость предварительной достоверной информации о кристаллической структуре вещества, а также невозможность оценки предполагаемой величины эффекта в той или иной пространственной группе. [c.39]

По последним данным, при ожидаемом улучшении характеристик пленки PVDF для погружной пьезоэлектрической волновой электростанции мощностью 1 МВт потребуется всего 5 т пленки, что обеспечит резкое уменьшение стоимости электроэнергии в береговой сети против оценочных 2,5 ц/(кВт-ч). Успешно проверены также имплантируемые пленочные конвертеры, преобразующие механическую энергию дыхания в электрическую, например, для привода непрерывно действующего дозатора инсулина и т. д. [c.141]

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]

В фильтрах на захвате энергии, которые также называют монолитными [62—64], электроды на пьезоэлектрическую пластинку наносятся таким образом, чтобы энергия механических колебаний локализовалась только в подэлектродной области (рис. [c.147]

Две противоположные грани кубика из пьезоэлектрического материала металлизованы и соединены проводом (электрически закорочены). Куб медленно деформируется внешним давлением, а затем соединительный провод размыкается и давление снимают. Показать, что высвобождаемая в этой системе электростатическая энергия в раз больше механической энергии, затраченной на сжатие, причем k = d /SE r- [c.49]

Более того, в последние годы открыты новые виды диэлектрических, проводниковых, полупроводниковых и магнитных материалов, обладающих особыми, ранее неизвестными или малоизученными свойствами. На основе этих материалов могут быть изготовлены принципиально новые электротехнические устройства и радиоэлектронные аппараты. Таковы, в частности, многочисленные полупроводниковые приборы различные твердые схемы разнооб - разные нелинейные конденсаторы и резисторы с параметрами, регулируемыми бесконтактными способами различные сегнетоэлектрические, пьезоэлектрические и пироэлектрические устройства выпрямители, усилители, стабилизаторы напряжения, преобразователи энергии, запоминающие ячейки электретные и фотоэлект-ретные приборы устройства электрографии, электролюминесцентные приборы квантовые генераторы и усилители-лазеры и др. жидкие кристаллы ферритные устройства, в том числе устройства для изменения плоскости поляризации волны в технике сверхвысоких частот датчики Холла термоэлектрические генераторы с высоким КПД аппаратура голографии и многие другие аппараты и приборы новой техники. [c.5]

Ишенсивность, снимаемая с поверхности ультразвуковых излучателей, ограничивается целым рядом факторов например усталостной прочностью материала излучателя и нагревом излучателя вследствие электрических и механических потерь кроме снижения прочности нагрев может уменьшить коэффициент электромеханической связи материала преобразователя. Искусственное охлаждение очень усложняет само устройство и его эксплуатацию, а своей цели достигает не всегда, так как пьезоэлектрические керамические материалы обладают небольшой теплопроводностью и плохо охлаждаются, особенно в толстых слоях. Наконец, при излучении ультразвука в жидкость возникает еш е один ограничивающий фактор — кавитация, на образование которой расходуется значительная часть излучаемой энергии. [c.151]

Вид функции Ф (а) будет определяться конкретной системой фокусирования. Так, для радиально поляризованного излучателя из пьезоэлектрической керамики Ф (а) = 1. Для всех других типов фокусируюш их систем Ф (а) не есть постоянная величина. На рис. 7 показан ход лучей через выпуклую собирающую звуковую линзу, показатель преломления которой больше единицы, для простоты рассуждений входная ее поверхность принята плоской. Справа пунктиром показан образованный этой линзой сходящийся к фокусу сферический фронт. Энергия, заключенная в любом кольце шириной Ау, попадет внутрь полого конуса толщиной Аа. Отношение интенсивностей будет, таким образом, пропорционально отношению отрезков Ау и 2—2, а отношение давлений — корню квадратному из этой величины. Не входя в детали расчета, приведенного в работе [И], из рисунка можно заключить, что при углах, близких к нулю, размеры отрезков А]/ и 2—2 почти совпадают. По мере увеличения угла а отрезок Ау остается неизменным, тогда как отрезок 2—2 уменьшается, и отношение интенсивности в сходящейся волне 1а к интенсивности в падающей плоской волне растет. Расчет дает для функции распределения, в предположении, что прозрачность линзы для всех углов равна единице, следующее выражение [12] [c.160]

Электрические высокочастотные колебания генератора 1 преобразуются пьезоэлектрической пластинкой излучателя 2 в механические ультразвуковые колебания. Эти колебания, проходя через испытуемый образец, попадают на приемную пьезоэлектрическую пластинку ЭАП <3. Пьезоэлектрические заряды, возникающие в отдельных точках приемной пластинки, пропорциональны падающей на эти точки ультразвуковой энергии. Таким образом происходит трансформация ультразвуковых изображений в рельеф электрических потенциалов. Потенциальный рельеф считывается лучом с ЭАП построчно с помощью генераторов строчной 8 и кадровой 7 разверток. Высокочастотный сигнал изображения поступает с ЭАП 3 на вход усилителя ВЧ 4 и после усиления и детектирования подается на видеоусилитель сигнала изображения 5 и сигнала строки 10. С выхода видеоусилителя сигнал изображения поступает на индикатор изо- 3 бражения 6. С помощью селектора строки 9 на экране индикатора можно выбрать любую из строк телевизи- [c.81]

Метод этектроакустических аналогий основан иа том, что характеристики акустической колебателыюй системы можно сопоставить с определенными эквивалентными параметрами электрической колебательной цепи и для решения задач ультраакустнки использовать затем известные уравнения и результаты электродинамики [69, 70]. Такой метод значительно упрощает, например, анализ собственных и вынужденных акустических колебаний слоя (пластины) при условии излучения им ультразвука в прилегающую среду с конечным волновым сопротивлением. Поскольку же для излучения и приема ультразвука преимущественно используются электроакустические преобразователи, в которых электрическая энергия непосредственно преобразуется в акустическую и наоборот (например, на основе прямого и обратного пьезоэлектрического эффекта), то метод электроакустических аналогий вообще широко и плодотворно используется в ультраакустике для расчета таких преобразователей, и с ним поэтому стоит познакомиться. [c.183]

Для очистки с применением ультразвука используются установки, состоящие из высокочастотных генераторов, магнитострикционных или пьезоэлектрических преобразователей влектрической энергии в ультразвуковую и ванн, наполняемых трихлорэтиленом, ацетоном, водой, спиртом и другими растворителями. [c.102]

Ультразвуковой контроль. Ультразвуковые волны, пронизывая две среды аразными акустическими свойствами, частично отражаются от их границы, частично переходят из одной среды в другую. Количество отраженной ультразвуковой энергии зависит от удельных сопротивлений сред. Чем выше разница удельных сопротивлений сред, тем больше отразится энергии ультразвуковых волн. Это свойство ультразвуковых волн используется для контроля сварных соединений. Введенные в металл волны, достигнув дефекта, почти полностью отражаются от него. Для получения ультразвуковых волн применяют пьезоэлектрические пластинки из кварца или ти-таната барня, которые вставляются в держатели-щупы. Такая пластинка начинает колебаться, если приложить к ней переменное электрическое поле. Колебания пластинки передаются в окружающую среду и распространяются в ней в виде упругнх колебаний с частотой, которая приложена к пластинке. Пройдя через контролируемую среду и попав на пластинку, аналогичную первой, упругие колебания преобразуются в ней в электрические заряды, которые подаются на усилитель и воспроизводятся индикатором. Для ввода ультразвуковых волн в контролируемое изделие между ним и щупом должен быть хороший контакт, достигаемый смазкой (маслом машинным, турбинным, трансформаторным), наносимой на поверхность, по которой перемещается щуп. Для контроля этим способом применяют ультразвуковые дефектоскопы. Благодаря высокой производительности и безвредности ультразвуковой контроль с каждым годом используется все в больших масштабах. [c.179]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...