Пьезоэлектрические преобразователи продольных колебаний по толщине

Экспериментальная установка, использованная для получения данных, приведенных па фиг. 31, показана на фиг. 32. Эти данные были получены с использованием пьезоэлектрических преобразователей с продольными колебаниями по толщине для возбуждения и приема упругих волн в металлической полосе. [c.196]

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]

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]

Необходимо отметить, что анализ Оноэ не учитывает отрицательного члена — 4ф /Со, который соответствует последовательной с Zg// sin pZ емкости в полной эквивалентной схеме для преобразователя на продольных колебаниях [25 J. Прп оценке эквивалентной схемы преобразователя п.з керамики титаната бария, создающего продольные колебания по толщине, с коэффициентом связи 0,3 Мей [63] нашел, что при такой связи влияние отрицательного емкостного члена незначительно. Пьезоэлектрические преобразователи пз таких материалов, как KNaNbOa [72] илп PZT-5 [73], имеют коэффициент электромеханической связи в пределах от 0,6 до 0,7, поэтому для них член — 4ф /Со обязательно следует учитывать. [c.556]

При изучении и проектировании пьезоэлектрических электромеханических преобразователей и анализе переходных состояний целесообразно эквивалентную электрическую схему рассматривать в виде шестиполюсника с распределенными параметрами. Эта модель была предложена Мэзоном [68] и в дальнейшем разработана Редвудом [100]. При выводе параметров эквивалентной электрической схемы Мэзон предполагал, что резонатор испытывает некоторый тнп колебаний, распространение которых происходит в одном выделенном направлении со скоростью v. Определим параметры ЭЭС иа примере продольных колебаний узких стержней, ориентированных в прямоугольной системе координат в соответствии с рис. 2.3. При этом толщина стержня (в направлении оси Л з) равна 2а, ширина (в направлении оси Хг) 2Ь и длина (в направлении оси Х ) 21. Уравнение движения стержня, ориентированного в соответствии с рис. 2.3,(7, представляет соотношение (2.31а), а в соответствии с рис. 2.3,6 — выражение (2.36а). Скорость распределения смещения v в направлении оси Xi, характеристический импеданс 2с и емкость между электродами Со определяются выражениями [c.164]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...