Природа и получение ультразвуковых колебаний. Использование физического, химического и биологического действия ультразвука в науке и промышленности. Основные характеристики акустического излучателя. Область применения пьезоэлектрических преобразователей.
Ультразвуковые колебания и преобразователиВ настоящее время широкое применение в науке и технике нашло одно из физических явлений природы - УЛЬТРАЗВУК. На основе этого явления создано и продолжает создаваться и проектироваться множество, весьма различных устройств. Устройство, осуществляющее такое преобразование, называется преобразователем.Упругие механические колебания, распространяющиеся в воздухе, воспринимают обычно как звуки. Если их частота более 20 000 Гц (20 КГЦ), т. е. выше порога слышимости для человеческого уха, то такие колебания называют ультразвуковыми (УЗК). Упругие колебания могут быть возбуждены в твердых, жидких и газообразных средах. При этом колебательное движение возбужденных частиц благодаря наличию упругих сил между ними вызывает распространение упругой УЗ-волны, сопровождаемое переносом энергии. Для получения УЗ-колебаний применяют пьезоэлектрические, магнитострикционные, электромагнитно-акустические (ЭМА) и другие преобразователи.В настоящее время ультразвук широко применяется в разных областях науки и промышленности. В наши дни в качестве излучателей ультразвуковых волн применяются главным образом ультразвуковые преобразователи, основанные на принципе преобразования электрической энергии в акустическую; те же преобразователи играют роль приемников ультразвуковой энергии. Для научных целей ультразвук применяется в качестве средства исследования природы или свойств различных объектов на основе анализа ультразвуковых колебаний с сопровождающими их физико-химическими или биологическими явлениями. Наряду с общепринятым применением ультразвуковых вибрационных систем или установок ультразвуковой очистки в металлургии, машиностроении, химической или текстильной промышленности аппаратура средних и малых размеров используется в госпиталях для очистки медицинских инструментов. В ультразвуковом эхолоте импульсный электрический сигнал возбуждает преобразователь, который излучает в воду ультразвуковой импульс; акустический эхо-сигнал, отраженный от дна, принимается с помощью преобразователя, который превращает его в электрический сигнал.Акустический излучатель - устройство, предназначенное для преобразования энергии того или иного вида в звук, энергию и излучения ее в упругую среду. В электроакустических излучателях в звуковую энергию преобразуется электрическая энергия, гидромеханических - энергия движущейся жидкости, в пневматических - энергия движущегося сжатого воздуха, в парогазоакустических - энергия захлопывания разогретого парогазового пузыря. Для измерения звукового давления, колебательной скорости, ускорения и смещения используют те или иные разновидности электроакустических приемников; для измерения интенсивности звука - термические приемники, радиационного давления - радиометры. При контроле некоторых деталей и конструкций, когда не допускается нанесение контактной жидкости перед ПЭП (например, при обнаружении поверхностных трещин), используют щелевые (менисковые) преобразователи. Иммерсионный ввод УЗ-колебаний чаще всего используют при автоматизированном контроле изделий небольшого размера или изделий простой геометрической формы, например труб небольшого диаметра.Пьезоэлектрическими называются кристаллы и текстуры, электризующиеся под действием механических напряжений (прямой пьезоэффект) и деформирующиеся в электрическом поле (обратный пьезоэффект). Пироэлектрики представляют собой особую разновидность пьезоэлектрических кристаллов и отличаются от собственно пьезоэлектриков тем, что их ячейка имеет одно или несколько взаимно неуравновешенных полярных направлений. Благодаря этому указанная кристаллов поляризуется при всестороннем гидростатитепловом расширении, откуда и происходит название «пироэлектрики». Характерным отличием сегнетоэлектриков является то, что их кристалл разбит на домены, в пределах которых существует упорядоченная структура и свое полярное направление.Преобразователи, использующие прямой пьезоэффект, применяются в приборах для измерения силы, давления, ускорения. Преобразователи, выполненные из материалов, обладающих пироэффектом, могут быть использованы для измерений тепловой радиации . Преобразователи, использующие обратный пьезоэффект, применяются в качестве излучателей ультразвуковых колебаний, в качестве преобразователей напряжения в деформацию, например, в пьезоэлектрических реле, пьезовибраторах осциллографов, в качестве обратных преобразователей приборов уравновешивания и т. д. Преобразователи, использующие одновременно прямой и обратный пьезоэффекты, - пьезорезонаторы, имеющие максимальный коэффициент преобразования одного вида энергии в другой на резонансной частоте и резко уменьшающийся коэффициент преобразования при отступлении от резонансной частоты (т. е. высокую добротность), - используются в качестве фильтров, пропускающих очень узкую полосу частот. Управляемые резонаторы используются в частотно-цифровых приборах как преобразователи различных, преимущественно неэлектрических величин (температура, давление, ускорение и т. д.) в частоту.
План
Содержание
Введение
1. Природа и получение ультразвуковых колебаний
2. Применение ультразвука
3. Ультразвуковые преобразователи
4. Пьезоэлектрические преобразователи
5. Область применения пьезоэлектрических преобразователей
