Электроакустические преобразователи

Излучение и прием ультразвуковых колебаний (УЗК) осуществляется с помощью электроакустических преобразователей (ЭАП). В основе принципа работы большинства конструкций ЭАП лежит пьезоэлектрический эффект. На рис. 6.10. показана конструкция типового ЭАП.

Рис.6.10. Конструкция электроакустического преобразователя

Обычно пьезоэлементы изготавливают в виде дисков, торцы которых покрывают слоем металла. Диски склеиваются в пакет, который устанавливается в корпусе преобразователя. Толщина пакета дисков определяет частоту собственных механических колебаний ЭАП, значение этой частоты, а, как правило, на ней происходит возбуждение преобразователя, указывается на корпусе ЭАП.

Материал пьезоэлементов - специальная керамика на основе соединений титана, циркония, бария, свинца. Иногда применяют элементы из кварца и сегнетовой соли.

Если к граням пьезоэлемента подвести переменное электрическое напряжение, то элемент будет деформироваться в такт с напряжением (обратный пьезоэлектрический эффект) и излучать акустические колебания.

Если пьезоэлемент будет испытывать деформацию, механические колебания, то на его гранях появится электрическое напряжение (прямой пьезоэффект). Т.о. пьезоэлемент можно использовать и для приема УЗК.

Обычно, в конструкциях излучающих и приемных ЭАП различий нет и их можно использовать и для излучения, и для приема УЗК. Но если на преобразователях имеется маркировка, указывающая на его применение (прием или излучение), то следует её строго придерживаться, иначе возможно повреждение приемного ЭАП, т.к. величина электрических импульсов возбуждения излучающего ЭАП достигает 800 вольт и выше. Приемный же ЭАП может иметь встроенный в его корпус чувствительный усилитель, который может не выдержать такого испытания.

Частота излучаемых УЗК будет определяться частотой питающего датчик напряжения. На практике, для повышения эффективности излучения УЗК, выбирают частоту возбуждающего напряжения равной частоте механического резонанса преобразователя или используют т.н. "ударное" возбуждение, когда к излучающему ЭАП подводится перепад высокого напряжения - своего рода удар, под влиянием которого в пьезоэлементе возникают затухающие свободные (резонансные) механические колебания.

В некоторых случаях, для получения УЗ колебаний используют магнитострикционные преобразователи. Конструктивно преобра­зователь представляет собой сердечник, обладающий магнитострикционными свойствами, на котором расположена обмотка, создаю­щая переменное магнитное поле. Магнитострикционный эффект зак­лючается в изменении размеров (деформации) образцов некоторых материалов в магнитном поле, аналогично пьезо-эффекту, который иногда называют электрострикцией.

Магнитострикционные преобразователи обычно используют тогда, когда требуется получать большую интенсивность (мощность) УЗ колебаний при сравнительно невысокой частоте 15÷100 Кгц. Уль­тразвук большой мощности используют в технике для сварки и рез­ки материалов, где высокие требования к чистоте, т.к. отсутствуют шлаки, или неподдающиеся обычной термической сварке, например в технологии полупроводников, медицине и др.

Мощный ультразвук используют также для очистки различных деталей от загрязнений, для ускорения процесса пропитывания пори­стых материалов (древесины) смолами и антисептиками.

Дата добавления: 2017-02-01