Elektrod-serv.ru

Передача данных по радиоканалу

Преобразователи УЗ колебаний

Ультразвуковые колебания в диапазоне частот, который используется для диагностики, возбуждаются и преобразуются в электрический сигнал с помощью пьезоэлектрических преобразователей. Пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) представляет собой пластинку, вырезанную из пьезоэлектрика вдоль определенной кристаллографической оси и покрытую с обеих сторон металлизацией, которая служит электродами (рис.1).

Если между гранями пластины приложить силу F, то на ее электродах появятся заряды, а между электродами – разность потенциалов. Если же к ним подвести переменное напряжение U, то пластина будет совершать колебания. Их амплитуда будет максимальной на частоте собственного резонанса пластины, определяемой ее толщиной и механическими свойствами.

F

+ + + +

U

- - - -

F

Рисунок 1. Пьезопреобразователь.

Важнейшими параметрами ПЭП являются пьезоэлектрический модуль d, представляющий собой отношение заряда на электродах к силе, и коэффициент преобразования механической энергии в электрическую :

; .

Пьезоэлектрические материалы характеризуются также диэлектрической проницаемостью , модулем упругости, волновым импедансом Z и некоторыми другими параметрами, важными для проектирования ПЭП. Большинство из этих параметров для разных направлений (осей) в пьезокристалле имеет разное значение. Обычно пластину вырезают с такой ориентацией, чтобы получить максимально возможные величины и .

Для ПЭП ультразвуковых аппаратов наиболее часто используют синтетические пьезоэлектрики на основе цирконата-титаната свинца ЦТС -19 и ЦТС-23, а также PZT (США). Материал ЦТС представляет собой твердый раствор цирконата свинца PbZrO3 и титаната свинца PbTiO3. Для придания этой керамике свойств пьезоэлектрика ее помещают в сильное электрическое поле, которое ориентирует отдельные микроскопические области (кристаллиты) в направлении поля. После его снятия поляризация сохраняется. Одним из первых пьезоэлетриков, применявшихся в УЗ технике, был кварц, который обладает очень высокой добротностью, но по большинству других параметров существенно уступает синтетическим пьезоэлектрикам. В табл. 2 приведены важнейшие параметры пьезоэлектриков ЦТС-19 и PZT-4 в сравнении с кварцем.

Таблица Параметры пьезоэлектриков

Параметры

Кварц

ЦТС-19

PZT-4

e /e0

К

Пьезомодуль, Кл/Н ×10

Плотность, кг/м

Волновой импеданс (Z/Zволы)

Скорость звука, м/c

5

0,01

2

2650

7,6

5750

1490

0,64

304

7700

14

4000

3400

0,75

593

7500

14,7

4500

Для анализа переходных процессов в ПЭП применяют различные методы : метод дифференциальных уравнений, четырехполюсника , электрических моделей. Эти методы достаточно подробно изложены в и В методе четырехполюсника связывают входное воздействие и выходную реакцию ПЭП. Ими могут быть различные физические величины. Например, в режиме излучателя входными величинами будут напряжение Е и ток I, а выходными – сила F и колебательная скорость v ( рис.2).

Рисунок 2 Модель ПЭП в виде четырехполюсника Перейти на страницу: 1 2

Советуем почитать:

Прием, обработка, выдача Экспресс и ЕМS почтовых отправлений Не секрет, что в наш скоростной век, экономия времени является главной задачей, особенно для делового человека. Что бы облегчить участь бизнесменов многие компании, предоставляющие услуг ...

Измерительная техника и радиотехнические комплексы Производственная практика является важным этапом подготовки квалифицированных специалистов. Она является видом учебно-вспомогательного процесса, в ходе которого закрепляется теоретически ...

Моделирование голограммы, получаемой с помощью подповерхностного сканирующего радиолокатора Современные радиолокаторы можно условно разделить условно на два класса: радиолокаторы в которых используются видеоимпульсные сигналы и радиолокаторы с использованием гармонических модулиро ...