Распространение упругих волн в пьезоэлектрической среде

Распространение упругих волн в пьезоэлектрической среде [c.32]

Теория распространения упругих волн в пьезоэлектрической среде и колебаний пьезоэлектрических резонаторов базируется, с одной стороны, иа основных законах механики, с другой стороны, на уравнениях Максвелла, описывающих электромагнитное поле. Это следующие законы [c.32]

Пьезоэлектрическая среда существенно анизотропна, и поэтому в общем случае необходимо использовать волновые уравнения для анизотропных сред, выведенные Кристоффелем [26] и рассмотренные в монографиях Мэзона [27] и Лява [28] (см. гл. 1, 7 и гл. 4, 7, п. 2). Вдоль каждого направления в кристалле могут распространяться три акустические волны со взаимно перпендикулярными направлениями смещений и в общем случае с различными скоростями. В некоторых особых случаях распространяются чисто продольные или чисто сдвиговые волны. Такие волны распространяются вдоль некоторого произвольного направления х в анизотропной среде, если упругие постоянные 16 15 бв Рассмотрение смешанных мод колебаний существенно для триклинных, моноклинных, ромбоэдрических и некоторых тетрагональных кристаллов или для кристаллов с болео высокой симметрией, если полна распространяется не вдоль одной из осей симметрии. При распространении волны вдоль одной из осей симметрии, например ромбического кристалла, колебания являются либо чисто продольными, либо чисто сдвиговыми. Смешанные моды появляются n тех случаях, когда направление распространения не параллельно одной из осей симметрии, как, например, в кристаллах сегнетовой соли L-среза. [c.234]

Подложки для ПАВ можио выбирать из целого ряда комбинаций ориентации поверхности, направления распространения волны и кристаллографической симметрии сред. Наиболее широкое распространение получили материалы с относительно высокой кристаллографической симметрией. Это связано с тем, что направление потока энергии в ннх параллельно волновому вектору. Эти направления соответствуют экстремумам кривой медленности (рис. 6.1). Некоторые экстремумы определяются значениями упругих и пьезоэлектрических констант, другие только кристаллографической симметрией среды. Необходимым и достаточным условием для существования чистой моды является удовлетворение одного из следующих условий [170, 106] [c.274]

ТОЧНОСТЬЮ ДО 0,1 мксек., так что в прозрачных материалах эта техника дает чрезвычайно точный метод измерения скорости распространения волн напряжения, а также служит средством изучения отражения волн напряжения на границе раздела. Однако в приложении к измерению динамических упругих постоянных метод страдает от недостатка, присущего всем импульсным методам, а именно от того, что в рассеивающих системах интерпретация результатов очень затруднительна, так как импульс по мере распространения в среде изменяет форму и нет единой скорости распространения. Далее, трудно произвести импульс достаточной амплитуды, если исключить взрывы или удары снарядом, причем эти импульсы в отличие от волновых пакетов, даваемых пьезоэлектрическим кристаллом, содержат широкий спектр компонент Фурье и будут поэтому диспергировать очень быстро. [c.139]

Основной принцип работы волноводных ультразвуковых линнй задержки ничем не отличается от принципа работы ультразвуковых линий задержки других типов и состоит в том, что электрический сигнал с помощью электромеханического преобразователя преобразуется в механические колебания, которые затем распространяются в виде упругих волн по определенному направлении через задерживающую среду. Различие заключается в условиях распространения упругих волн в линии задержки. В обычных линиях задержки с пьезоэлектрическими преобразователями, например в линиях с прямым ходом луча или призматического типа, описанных в гл. 7, упругие волны распространяются как плоские волны в безграничной среде, не взаимодействуя с ограничивающими поверхностями. В волноводных же линиях задержки отношение поперечных размеров проволоки или прямоугольной ленты к длине волны выбирается таким, чтобы упругие волны, взаимодействуя с граничными поверхностями, распространялись как в волноводе. В упругом волноводе может существовать множество нормальных волн, причем для большинства из них фазовая скорость является функцией частоты. Линии задержки, использующие такие нормальные волны, носят название дисперсионных. [c.489]

Данная часть посвящена поверхностным волнам в пьезоэлектрических кристаллах — изоляторах и пьезоэлектрических кристаллах — полупроводниках. Из очень обширного круга вопросов, связанных с зтой темой, мы выбрали три наиболее важных (с практической точки зрения) возбуждение волн металлическими электродами, взаимодействие с электронами и распространение по цилиндрическим поверхностям. Каждый из указанных вопросов Связан с новым эффектом или с новой технической перспективой. Так, возбуждение волн гребенчатыми металлическими электродами за счет собственного пьезоэффекта среды, как уже отмечалось выше, позволило получить поверхностные волны с частотой 10 —10 Гц. Взаимодействие волн с электронами через пьезоэффект кристалла привело к возможности прямого усиления упругих волн постоянным электрическим током и к возможности определения электрических характеристик кристалла акустическими методами. Существование для ряда кристаллических симметрий поверхностных волн на цилиндрических поверхностях кристаллов позволило осуществить очень большие пути пробега волн в образцах малых размеров за счет многократного огибания волнами цилиндра в направлении, перпендикулярном образующей цилиндра, что принципиально важно для акустических фильтров и ультразвуковых линий задержки на больщун) длительность й высокую несущую частоту. [c.174]

Узел акустического прпбора для неразрушающего контроля, содержащий преобразователь (преобразователи) электромагнитных колебаний в упругие и обратно, называют искателем. Ниже описаны конструкции типовых пьезоэлектрических искателей, получивших наибольшее распространение. На рис. 25, а представлен нормальный совмещенный искатель. ГГьезопластина (пьезоэлемент) 1 приклеена илп прижата к демпферу 2. Между пьезопластпной и средой 5, в которую производится излучение УЗК, может располагаться несколько тонких промежуточных слоев — один или несколько протекторов 3 и прослойка контактной смазки 4. Искатель размещен в корпусе 6. Выводы 7 соединяют пьезопластину с электронным блоком дефектоскопа. Для ввода ультразвуковых волн под углом к поверхности пли возбуждения сдвиговых, поверхностных, нормальных волн путем трансформации из падающей продольной волны в конструкцию введена призма 8 (рис. 25, б). В зависимости от назначения можно использовать различные конструктивные варианты основных типов искателей. [c.179]

Рассмотрим полубесконечную пьезоэлектрическую анизотропную среду с нанесенным тонким пьезоэлектрическим слоем толщиной А, ограниченную бесконечной плоскостью с координатой хз = О (ось Хз перпендикулярна ограничивающей плоскости). Для расчета можно использовать ту же методику, что и в разд. 6.1 [106, 170, 183]. Однако в данном случае решение будет более сложным, так как существуют два волновых уравнения (6.12) одно — для подложки (решением этого уравнения являются четыре парциальные волны с постоянными затухания Ь, расположенными в нижней половине комплексной полуплоскости) второе — для слоя (его решение — восемь парциальных волн, поскольку ни одним значением Ь нельзя пренебречь — это связано с конечной толщиной слоя). В свободном пространстве, т. е. при Л з > А, потенциал можно представить выражением (6.6). Решение, полученное в виде двух линейных комбинаций парциальных волн (одна для слоя, вторая для подложки), должно удовлетворять двенадцати граничным условиям, которые можно записать следующим образом не-прерьшность упругих напряжений 7з, при дгз = О и дгз = А непрерывность механических смещений м, при хз = 0 непрерывность электрического смещения >3 при Л з = О и Хз = А и непрерывность потенциала <р при л з = 0. Решение можно получить путем последовательного подбора значений фазовой скорости, стремясь к нулевому значению детерминанта системы уравнений, как и при решении системы (6.15). Скорость зависит ие только от направления распространения, ио и от толщины слоя. Кроме того, заданной толщине могут соответствовать несколько различных решений, т. е. волн, имеющих разную скорость. [c.281]

ИЗЛУЧАТЕЛИ ЗВУКА, устройства, предназначенные для возбуждения звук, волн в газообразных, жидких, ТВ. средах. Наибольшее распространение в кач-ве И. з. получили электроакустические преобразователи (напр., громкоговорители электродинамич. или электростатич. типа, пьезоэлектрические преобразователи и магнито-стрикционные преобразователи для УЗ техники и акустоэлектроники). В подавляюпз ем большинстве И. з. этого типа энергия электрич. колебаний преобразуется в энергию упругих колебаний к.-л. тв. тела (диафрагмы, пластинки, стержня и др.), к-рое и излучает в окружающую среду акустич. волну. Колебания излучающей системы при этом воспроизводят по форме возбуждающий электрич. сигнал. В преобразователях, предназначенных для излучения монохроматич. волны, используют явление резонанса они работают на одной из собств. частот механич. колебат. системы. [c.206]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...