Сдвиговые колебания в кварце

Для передачи сдвиговых колебаний от излучателя до приемника необходимо обеспечить жесткий акустический контакт, который можно получить при помощи приклейки излучателя и приемника к исследуемому материалу. Важное свойство, которое выделяет эти волны из общего колебательного процесса, заключается в том, что скорость сдвиговых волн не зависит от размеров и формы исследуемого материала. Сдвиговые волны можно возбуждать при помощи пьезокристаллов сегнетовой соли, прямого Х-среза, дигидрофосфата аммония прямого 2-среза, пьезокристаллов кварца У-среза и пьезокерамикой, поляризованной для возбуждения сдвиговых колебаний. [c.94]

При использовании кварца для стабилизации частоты генераторов и фильтров главным требованием к пьезоэлементу является нулевой или минимальный уход частоты / механических колебаний в возможно более широком интервале температур, близких к комнатной. Этому требованию в значительной степени удовлетворяют АТ-, ВТ-, СТ-, DT-и GT-срезы (см. рис. 22.6), имеющие нулевой ТК/в более или менее широкой области температур около 20° С (рис. 22.7). У-срез кварца имеет положительный температурный коэффициеит упругого модуля сдвига, а Z-срез — отрицательный, поэтому в плоскости YZ можно подобрать такой угол, при котором упругий модуль не зависит от температуры. Определяемый этим модулем ТК/ сдвиговых колебаний будет равен нулю. Таким углом, при котором ТК/ = О, является с одной стороны оси Z угол в 35°, а с другой — 49°. Соответствующие этим углам АТ- и ВТ-срезы кварца используются на колебаниях сдвига по толщине в диапазоне частот 0,6—100 и 5—20 МГц соответственно. Близкие к ним СТ- и DT-срезы работают на колебаниях сдвига по кон-туру при частотах 100—500 кГц. [c.239]

Основное преимущество низкочастотного процессора— большое время обработки — может быть реализовано при пропорционально большей длине звукопровода. Однако конструирование оптической системы для равномерной засветки апертуры больше 10 см представляет серьезные трудности. Поэтому в работе [58] было предложено использовать многоходовой пространственный модулятор, в котором звуковой луч, испытывая многократные отражения, заполняет прямоугольную апертуру. Длина пути акустического луча составила 85 см. В качестве акустооптического материала использовался плавленый кварц, в котором возбуждалась сдвиговая волна с поляризацией, перпендикулярной направлению распространения света (рис. 5.3). Время обработки составляло 250 мкс, несущая частота процессора 30 МГц, полоса пропускания 10 МГц. Так была получена величина 7 А/=2,5-10з. Отражаясь, сдвиговая волна с выбранной поляризацией при угле падения 45° меняет фазу колебаний на 180°. Поэтому примерно 7% пути приходится на участки, где фаза сигнала сдвинута на 180"". Второй пространственный модулятор (для опорного сигнала) был изготовлен на том же звукопроводе, так что [c.89]

Пьезоэлектрические преобразователи, предназначенные для возбуждения сдвиговых колебаний в ленточной линии задержки, могут изготовляться в виде кристаллических пластинок, например из кварца У-среза. Однако чаще применяются пьезокерамические материалы, так как они обладают более высоким коэффициентом электромеханической связи. Чтобы получпть волны сдвига, ориентированные надлежащим образом, керамическая полоска поляризуется вдоль ее длинной стороны и возбуждается электрическим полем, направленным по толщине (параллельно направлению распространения волн в ленте). В отличие от преобразователей, работающих на продольных колебаниях, которые рассматриваются в 5, п. 2, преобразователи, возбуждающие сдвиговые колебапия по толщине, имеют частотную постоянную, не зависящую от отношения ширины пластины к ее толщине. [c.515]

Пьезоматериалы и их характеристики. Пьезоэлектрический эффект был открыт на кристаллических материалах типа кварца, и первоначально в технике применяли кристаллические пьезопреобразователи. Пьезопластина кварца Х-среза (вырезанная перпендикулярно оптической оси X) колеблется по толщине, а У-среза совершает сдвиговые колебания. В настоящее время открыты различные классы пьезоматериалов, отличающиеся физическим механизмом возникновения пьезоэффекта. Согласно современной классификации кварц относят к неполярным пьезодиэлектрикам. [c.59]

Пластинки У-среза, как видно из матрицы пьезокоэффициентов, могут обеспечивать только сдвиговые колебания за счет пьезомодулей <1,5 и d26- Пластинки J-среза имеют максимальный коэффициент электромеханической связи в соответствии с пьезомодулем dll (см. табл. 5.3). Для повышения термостабильности пьезоэлементов пластинки вырезают под углом 5° к оси X этот срез обозначается 5°Х В специальных целях применяют также срезы 18°Х и др. На практике обычно важнее всего обеспечить максимальную температурную стабильность пьезорезонаторов или заданный температурный ход их собственной частоты. Поэтому для разных целей применяют срезы различных ориентаций. Наиболее термостабильным является так называемый Л Г-срез, ког-Рис. 5.4. Различные срезы в да пластинки вырезаются вдоль оси гексагональном сечении кри- X ПОД углом 35° К ОСИ Z. В последнее сталла кварца Время получил распространение дру- [c.138]

Представляют интерес [58] пластины кварца — 18,5° -среза, которые дают чисто продольные колебания, и АС- и 5С-сре-зов, обеспечивающие чисто сдвиговые колебания. Все эти срезы показаны на фиг. 128. Простота их колебательного движения обусловлена тем, что при выбранных ориентациях пластин не существует связи между основной модой колебаний и поверхностными волнами сдвига, резонансы которых могут совпадать с резонансами выбранной моды колебаний. На фиг. 135 показаны резонансные частоты, полученные для пластины — 18,5°Х-среза при сравнении их с резонансами, приведенными на фиг. 129, становится ОЧОВИДН1.1М, что связь, возникающая при значении и>И = 0,23, почти исчезла. Отношение емкостей, показанное на фпг. 132, практически постоянно до значения и> 1 = 0,6. Для этого среза движение частиц происходит в направлении длины, поэтому он исноль.чуется для возбуждения чисто продольных колебаний в стержнях. [c.445]

В физике твердого тела при изучении достаточно совершенных сред дли возбуждения сдвиговых колебаний применяют пластинки кварца АС-среза [43] Однако коэффициент электромеханической связи кварца, определяющий долк энергии, переходящей из электрического импульса в акустический, довольно мал. Получение преобразователей с использованием пластины кварца, работающих на низких частотах, ввиду необходимости увеличения толщины пластины до 8-15 мм еще в большей степени снижает их эффективность. Как известно, использование пьезоэлектрической керамики позволяет, по сравнению с кварцевой пластиной, повысить отдачу преобразователя примерно в 25 раз [ 59]. [c.54]

Первое из уравнений по существу описывает изгибные колебания, второе — сдвиговые колебання по грани, третье — сдвиговые колебания по толщине. Связь между сдвиговыми колебаниями по грани и остальными двумя типами колебаний осуществляется посредством коэффициента жесткости С56. Еслн значение этого коэффициента мало (как, например, у кварца), то его величиной, а следовательно, и связью можно пренебречь. В этом случае уравнения движения изгибных и сдвиговых по толщине колебаний примут вид [c.216]

Рис. 2Л. Способы возбуждения и регистрации релеевских волн с помощью пьезопластинки, колеблющейся по толщине (а), пластинки (кварц К-среза), испытывающей сдвиговые колебания (6), метода клина (в)

У кварца от нуля отличны только пьезомодули ц и d , а также пьезоконстанты с теми же индексами. Это означает, что кварцевые преобразователи пригодны для возбуждения и регистрации продольных и сдвиговых колебаний. Для возбуждения продольных колебаний стержень вырезают вдоль оси ж, пластинку - перпендикулярно к ней. В обоих случаях электрическое поле [c.93]

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]

Однако на практике вследствие наличия об(Щ)тонов весьма трудно определить однозначно максимум и минимум импеданса. Когда электрическое поле параллельно направлению распространения волны, сдвиговые моды колебаний по толщине можно описывать этими же уравнениями, если произвести в них соответствующую замену индексов. Для пьезокерамики Хз заменяется на x , сЦ на сЦ, h 3 на Л15, Р на kt на 15 и Тз,8з,ОзпЕз соответственно иа 7 5, iSj, Di и El- В случае кварца F-среза при возбуждении алектрическим полем вдоль оси у, т. е. вдоль направления с индексом 2, используются индексы 2 и В. [c.279]

Преломление. Если излучать сдвиговые волны так, чтобы направление их колебаний составляло угол 45° с направлением прокатки, то волна в стали расщепляется на две компоненты, ориентированные параллельно и перпендикулярно к направлению прокатки и распространяющиеся с различными скоростями. Если далее возбуждать кварц на частоте, лежащей посредине между обеими указанными выше резонансными частотами колебаний по толщине (например, на частоте 3,94 мггц для колебания восьмого порядка), то возбуждаются два колебания, соответствующие обеим компонентам. Поскольку оба они оказывают обратную реакцию на кварц, на на экране осциллографа возникают биения фиг. 523). По периоду биений, равному в нашем случае 7,03 мксек, можно найти их частоту, а отсюда—разность между обеими скоростями распространеБия ззуковых волн. [c.458]

Для ультразвуковых волн с частотами ниже 500 кгц можно использовать изучение крутильных колебаний кварцевого стержня, погружённого в исследуемую жидкость. Наблюдая сдвиг резонансной частоты и затухание колебаний погружённого в жидкость стержня, можно определить сдвиговую упругость и вязкость с точностью до 1°/о. Для исследования при более высоких частотах (до 24 мггц) можно воспользоваться [233] изучением отражения сдвиговых импульсов от границы изучаемой жидкости с плавленым кварцем. Поляризация сдвиговых волн выбирается таким образом, чтобы при отражении волны сжатия не возникали. Схема рабочей части установки изображена на рис. 135, К стержню [c.240]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...