Пьезоэлектрический эффект продольный

Прежде всего различными являются технически осуществимые способы создания бегущих поперечных и продольных волн на деформируемых телах (движителях), используемых в волновых механизмах. Если поперечная волна на гибком элементе в волновых передачах обычно создается обкатными роликами-генераторами, кулачками, магнитными силами, то образование бегущей продольной волны является, по-видимому, более сложной технической задачей. В качестве источника волновой деформации здесь могут использоваться такие явления, как тепловое расширение тел, пьезоэлектрический эффект, силы земного притяжения, механические воздействия и др. [c.147]

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]

Дебаевские продольные волны, имеющиеся в образце, благодаря пьезоэлектрическому эффекту создают переменные напряжения V на металлических обкладках образца. Таким образом, на электрической стороне воспроизводится спектр частот f этих волн. В спектре всегда найдутся такие частоты, при которых на длине образца укладывается нечетное число половин длин дебаевских волн. В этом случае возникают резкие резонансные выбросы электрического напряжения. Для того чтобы эти выбросы обнаружить, нужно подсоединить обкладки образца к специальному усилителю, предназначенному для исследования тепловых шумов, и выход с этого усилителя подать на спектроанализатор. [c.242]

Наиболее распространенный тип возбудителя основан на явлении магнитострикции физические размеры соответствующего металлического тела изменяются при действии на него магнитного поля. Простейшим ультразвуковым генератором такого типа является обыкновенный никелевый стержень, колеблющийся с первой резонансной частотой иод действием переменного магнитного поля, образуемого переменным током фиксированной частоты, протекающим через витки катушки, внутри которой находится стержень. Такой возбудитель имеет узел посередине длины и максимальную амплитуду продольных перемещений на концах стержня, один из которых будет представлять собой излучающую поверхность. Амплитуда колебаний излучающей поверхности может быть около 0,013 мм. Наиболее распространены магнитострик-ционные преобразователи с частотным диапазоном от 5000 до 50 000 Гц. Существенно более высокие частоты можно получить на основе пьезоэлектрического эффекта, с помощью специального кристалла, вырезанного надлежащим образом. Кристалл, который обычно представляет собой маленькую прямоугольную пластинку из кварца или кусочек титаната бария, изменяет свои размеры под действием приложенной к нему разности потенциалов. Кристалл соответственно закрепляется и затем в нем возбуждаются резонансные колебания под действием переменного напряжения, прикладываемого к его поверхности, которая посеребрена для обеспечения электрического контакта. Кристаллические генераторы ультразвуковых колебаний удобно применять в диапазоне частот от 250 ООО до 2 ООО ООО Гц. [c.125]

Пьезоэлектрический эффект называется продольным, если заряд на гранях 8х возникает вследствие действия сил Рх, и поперечным, если заряды на тех же гранях 8х появляются под действием сил Ру. [c.391]

Это явление в дальнейшем называется продольным пьезоэлектрическим эффектом. Подвергнем теперь нашу ячейку сжатию в направлении,, перпендикулярном к оси Х (фиг. 64, в) тогда атом кремния 3 и атом кислорода 2, а также атом кремния 5 и атом кислорода 6 сместятся внутрь на одинаковую величину, и на электродах С к О заряды не появятся. На поверхностях же Л и В, т. е. на концах полярной оси вновь появятся заряды, однако противоположи ных по отношению к изображенным на фиг. 64, б знаков, так как атом кремния 1 и атом кислорода 4 смещены теперь наружу. В этом случае говорят о поперечном пьезоэлектрическом эффекте. Из рассмотренной модели, видно также, что при замене сжатия растяжением знаки зарядов меняются на обратные и что при механическом воздействии в направлении оси 2, т. е. перпендикулярно к плоскости рисунка, несимметричное смещение несущих заряды частиц отсутствует вовсе. [c.63]

Выражение (85а) характеризует продольный, а выражение (856)—поперечный прямые пьезоэлектрические эффекты. Если в первом случае возникающие на поверхностях кристалла свободные заряды не зависят от его размеров, то при поперечном пьезоэлектрическом эффекте это не так. Чтобы дать представление о чи- [c.68]

Благодаря наличию продольного и поперечного обратных пьезоэлектрических эффектов возможны колебания двух типов [c.75]

Мэзон и Вик [3512, 3513] указывают, что в цилиндрах из титаната бария можно возбуждать интенсивные чисто продольные колебания сравнительно более низких частот для этого нужно с помощью поперечного обратного пьезоэлектрического эффекта возбуждать в цилиндре колебания по длине. В этом случае собственная частота- колебаний основного типа определяется формулой" [c.97]

Обратный пьезоэлектрический эффект. В 1881 г. Липпман указал, что, кроме прямого пьезоэффекта (появление зарядов на соответствующим образом вырезанной кварцевой пластинке прн ее механических деформациях), должен также существовать и обратный пьезоэлектрический эффект, заключающийся в том, что при сообщении электрического заряда граням пластинки последняя будет изменять свои размеры. Этот эффект может быть обратным продольным или обратным поперечным пьезоэффектом, в зависимости от того, взята ли пластинка X- или У-среза соответственно. Если знак сообщенного заряда изменяется, сжатие пластинки меняется на растяжение, и обратно. [c.61]

Задача 4-21. Определите частотные постоянные пьезоэлектрических вибраторов для следующих случаев 1) для поперечного эффекта при продольных колебаниях стержня 2) для продольного эффекта при продольных колебаниях стержня 3) для колебаний по толщине 4) для радиальных колебаний диска. [c.282]

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]

Существует ряд способов возбуждения ультразвуковых колебаний, в том числе механический, рациационный, лазерный, магнитный и др. [2, 4, 5]. В практике диагностирования в полевых условиях для получения и ввода ультразвуковых колебаний применяют специальные устройства — преобразователи, основанные на использовании электромагнитно-акустического (ЭМА) и пьезоэлектрического эффектов. Важным преимуществом ЭМА-преобразователей является возможность контроля бесконтактным методом через слой изоляции. Вместе с тем такие преобразователи, в силу их конструктивных особенностей и низкого коэффициента преобразования, используются для прозвучивания поперечными и продольными волнами по нормали к поверхности объекта контроля и применяются в основном для толщинометрии металлоконструкций. [c.147]

Пьезосвойства горных пород были впервые качественно изучены динамическим методом (с использованием ультразвукового сейсмоскопа). Количественно пьезоэлектрический эффект изучался в кварцсодержащих горных породах типа гранитов, гнейсов, кварцитов и жильного кварца статическим методом (сдавливание образцов прессом и регистрация разности потенциалов струнным электрометром). При этом измерялись в основном пьезомодули продольного пьезоэффекта. Данные о величине поперечного эффекта почти отсутствуют пе определялись также пьезомодули при действии сдвиговых напряжений. Заметим, что статический метод измерения пьезоэлектрического эффекта горных пород требует весьма тщательной подготовки образцов. Они должны быть полностью очищены от загрязнений и просушены до полного удаления влаги. [c.170]

Мы1 уже упоминали вьше, что благодаря наличию продольного и поперечного обратных -пьезоэлектрических эффектов, возможны колебания кварцевых пластинок двух типов продольных, в направлении оси X и продольных в направлении оси У. Колебания в направлении оси X принято называть колебаниями 1по толщине, а колебания в нг.правле-нии оси У — колебаниями по длине. [c.96]

Таким образом, относительное изменение фазовой скорости идеальной объемной продольной волиы, вызванное пьезоэлектрическим эффектом, пропорционально квадрату коэффициента электромеханической связи для этой волны. [c.269]

На рис. 6. 6 показана электризация пьезоэлектрической прямоугольной призмы под действием сжимающих и растягивающих сил, При действии сил нормально к наибольшей грани призмы 5 (продольный пьезоэффект) пьезоэлектрический эффект будет наибольшим. Пр действии сжимающих и растягивающих сил на грань 5у (попе речный пьезоэффект) происходит электризация тех же самых гра ней 5 , что и при продольном пьезоэффекте. Знак зарядов на гра нях зависит от направления действия растягивающих и сжимаю щих усилий. Действие усилий на остальные две грани в направ лении, перпендикулярном чертежу, пьезоэффекта не вызывает. [c.172]

Положительный заряд на поверхности Ы и отрицательный на прстивопсложной ей поверхности вызывают растяжение кристалла в направлении оси X обратный продольный пьезоэлектрический эффект). [c.65]

Как показали исследования [20, 21], в сульфиде кадмия при распространении упругих волн в пьезоактивных направлениях, т. е. продольных волн в направлении оси с или поперечных волн, поляризованных вдоль оси с, упругая нелинейность сильно зависит от концентрации носителей тока последняя, поскольку сульфид кадмия фоточув-ствителен, может изменяться под действием света. Характерная зависимость амплитуды второй гармоники сдвиговой волны от числа электронов (или от освещенности кристалла) показана на рис. 79. Уменьшение нелинейности при концентрациях электронов, больших 3-10" 1/сл , объясняется экранировкой пьезоэлектрического поля объемным зарядом. Освещение частей кристалла показало, что этот эффект объемный [20]. Там же было установлено, что при заданной концентрации электронов нелинейность сульфида кадмия зависит также от приложенного к кристаллу постоянного электрического поля (этот эксперимент про- [c.346]

Излучатели второго типа основываются на различных физич. эффектах электромеханич. преобразования. Как правило, они линейны, т. е. воспроизводят по форме возбуждающий электрич. сигнал. Большинство излучателей УЗ предназначено для работы на к.-л. одной частоте, поэтому в устройстве излучающих преобразователей обычно используются резонансные колебания механич. системы, что позволяет существенно повысить их эффективность. Преобразователи без излучающей механич. системы, напр, основанные на электрич. разряде в жидкости, применяются редко. В низкочастотном УЗ-вом диапазоне применяются электродинамические излучатели и излучающие магни-тострикционные преобразователи и пьезоэлектрические преобразователи. Элект-родинамич. излучателп используются на самых низких ультразвуковых частотах, а также в диапазоне слышимых частот. Наиболее широкое распространение в низкочастотном диапазоне УЗ получили излучатели магнитострикционного и пьезоэлектрич. типов. Основу магнитострикционных преобразователей составляет сердечник из магнитострикционного материала (никеля, специальных сплавов или ферритов) в форме стержня или кольца. Пьезоэлектрич. излучатели для этого диапазона частот имеют обычно составную стержневую конструкцию в виде пластины из пьезокерамики или пьезоэлектрич. кристалла, зажатой между двумя металлич. блоками. В магнитострикционных и пьезоэлектрич. преобразователях, рассчитанных на звуковые частоты, используются изгибные колебания пластин и стержней или радиальные колебания колец. В среднечастотном диапазоне УЗ применяются почти исключительно пьезоэлектрич. излучатели в виде пластин из пьезокерамики или кристаллов пьезоэлектриков (кварца, дигидрофосфата калия, ниобата лития и др.), совершающих продольные или сдвиговые резонансные колебания по толщине. Кпд пьезоэлектрич. и магнитострикционных преобразователей при излучении в жидкость и твёрдое тело в низкочастотном и среднечастотном диапазонах составляет 50—90%. Интенсивность излучения может достигать нескольких Вт/см у серийных пьезоэлектрич. излучателей и нескольких десятков Вт/см у магнитострикционных излучателей она ограничивается прочностью и нелинейными свойствами материала излучателей. Для увеличения интенсивности и амплитуды колебаний используют УЗ-вые концентраторы. В диапазоне средних УЗ-вых частот концентратор представляет собой фокусирующую систему, чаще всего в виде пьезоэлектрич. преобразователя вогнутой формы, излучающего сходящуюся сферич. или цилиндрич. волну. В фокусе подобных концентраторов достигается интенсивность 10 —10 Вт/см на частотах порядка МГц. В низкочастотном диапазоне используются концентраторы — трансформаторы колебательной скорости в виде резонансных стержней переменного сечения, позволяющие получать амплитуды смещения до 50—80 мкм. [c.14]

Продольные и сдвиговые колебания по толщине рассматриваются как одномерный случай в предположении, что пьезоэлектрическая пластина имеет бесконечно большие боковые размеры н что все точки в некоторой плоскости, параллельной плоскостям пластины, движутся с одинаковыми амплитудами и в одной и той же фазе. Очевидно, это не наблюдается в действительности, так как поверхность реальных колеблющихся пластин разбиваетсяна ангармонические моды, которые обычно связаны с наложением обертонов, отраженных от боковых поверхностей пластины, имеющей конечные размеры. Эти эффекты обычно рассматриваются как искажения, накладывающиеся на основную моду колебаний по толщине. Однако одномерное приближение дает неожиданно хорошие результаты в случае сильно нагруженного преобразователя, так как при этом ангармонические моды в значительной мере подавляются это приближение может использоваться для точного расчета ультразвуковых измерительных преобразователей и таких устройств, как ультразвуковые линии задержки. Следует заметить, что чистые колебания по толщине (без искажений) могут быть получены также при возбуждении пластин с небольшими электродами спещ4альной формы. [c.278]

У пьезоэлектрической пластины поперечные волны в направлении оси X в жидкостях и при жидком акустическом контакте с твердым телом не передаются. Следовательно, она может излучать только одни продольные волны. Тем не менее, пластина ведет себя не строго как поршневой излучатель, что обусловлено краевым эффектом изменение толщины пластины, строго говоря, определяется не самим приложенным электрическим напряженйем, а напряженностью электрического поля,, созданного им. Между тем эта напряженность ввиду выпучивания силовых линий на краю меньше, чем в середине пластины. Влияние уменьшенного излучения от краев на форму звукового поля описано в разделе 4.8. [c.142]

По аналогии с пьезоэлектрическим зондом Коппельман [33101 описывает также и магнитострикционный зонд (фиг. 179, б). Здесь тонкая никелевая проволока вклеена своим передним концом в резиновую или пластмассовую оболочку. На свободном конце проволоки располагается небольшая катушка индуктивности. Под действием звуковых волн в проволоке возбуждаются продольные колебания, что приводит к возникновению переменной э. д. с. в катушке. Поскольку продольные колебания в проволоке возбуждаются в основном в пучностях давления, постольку такой микрофон является чистым приемником давления, способным работать на частотах до нескольких мегагерц. Обычно для возбуждения в катушке в силу обратного магнитострикционного эффекта переменной э. д.- с. достаточно остаточного магнетизма в никелевой проволоке тем не менее при точных измерениях нетрудно осуществить подмагничивание проволоки от внешнего магнитного поля. При помощи двух расположенных рядом друг с другом никелевых зондов (фиг. 179, в) можно реализовать также и приемник градиента давления. Легко понять, что на обеих проволоках устанавливаются стоячие волны поэтому, перемещая катушку по проволоке, можно так подобрать относительные амплитуды и фазы индуцируемых в них напряжений, что при определенном положении зонда в звуковом поле снимаемое с микрофона результирующее напряжение обращается в нуль. [c.154]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...