Пьезоэлектрические преобразователи - электромеханич. или электроакустический преобразователь, действие к-рого основано на пьезоэлектрич. эффекте (см. Пьезоэлектрики).
Основная часть пьезоэлектрических преобразователей состоит из отдельных или
объединённых в группы, электрически и механически связанных друг с другом
пьезоэле-ментов, т. е. изготовленных из
пьезоэлектрика деталей простой геом. формы (стержень, пластинка, диск и т. п.)
с нанесёнными на их поверхности электродами.
Пьезоэлектрические преобразователи применяются в разл. областях
техники (УЗ-технологии и дефектоскопии, гидролокации, радиовещании, виброметрии,
акустоэлектронике)в качестве излучателей и приёмников УЗ, элементов
гидроакустических антенн, микрофонов и гидрофонов ,пьезоэлектрич. трансформаторов, резонаторов, фильтров
и др. Соответственно этому весьма широк диапазон рабочих частот
пьезоэлектрических преобразователей - от единиц
Гц в сейсмич. исследованиях до ГГц в акустоэлектронике. В зависимости от назначения
и диапазона рабочих частот в пьезоэлектрических преобразователях используются разл. пьезоэлектрики. Наиб.
широкое распространение в УЗ-технике и гидроакустике получили
пьезоэлектрические преобразователи из пьезо-керамики, в акустоэлектронике
- пьезоэлектрич. и пьезополупроводниковые монокристаллические пьезоэлектрические преобразователи.
Пьезоэлектрические преобразователи - излучатели, вибраторы, пьезорезонаторы
- используются в узком диапазоне частот вблизи резонанса
их механич. системы, а пьезоэлектрические преобразователи - приёмники - как на резонансе, так и в широком диапазоне частот вне
резонанса. В зависимости от диапазона частот, назначения и условий работы
применяются пьезоэлектрические преобразователи разл. типов. В области высоких частот (> 100 кГц)
преимущественно используют пьезоэлектрические преобразователи в виде оболочек и пластин, совершающих колебания по толщине, на частотах
выше 10 МГц и в диапазоне ГГц - специальные пьезоэлектрические преобразователи
в виде тонких пластин или плёнок
из пьезо-полупроводников, при резонансных рабочих частотах 40-100 кГц
- стержни, совершающие продольные колебания. В качестве излучателей и приёмников
звука часто применяют пьезоэлектрические преобразователи в виде пьезокерамич. цилиндров с использованием
поперечного и продольного пьезоэффекта.
В области частот ниже 5-10 кГц используют пьезоэлектрические преобразователи в
виде биморфных пластин, совершающих поперечные изгибные или крутильные
колебания. Свойства таких пьезоэлектрических преобразователей существенно
зависят от условий закрепления пластин.
Пьезоэлектрические преобразователи в виде полых пьезокерамич. сфер применяются
как широкополосные, ненаправленные гидрофоны. Используются также т. н. пьезокомпозиты и пьезополимеры (гл. обр.
для приёмников звука).
Расчёт пьезоэлектрических преобразователей имеет целью установить связь между величинами электрическими (напряжение на электродах U, ток через преобразователь I) и механическими (приложенная к механич. системе сила F, смещение x или колебат. скорость um). При расчётах пьезоэлектрических преобразователей может быть замещён оптикомеханической схемой, эквивалентной ему с точки зрения расчёта соотношения между электрич. и механич. (акустич.) величинами.
Кпд пьезоэлектрического преобразователя существенно зависит от величины сопротивления нагрузки rн, на к-рую работает излучающий преобразователь, и от величин механического rм и электрического R сопротивлений преобразователя. Кпд пьезоэлектрического преобразователя может достигать 40-70%. Макс. мощность, к-рую может развивать пьезоэлектрический преобразователь, ограничивается величинами допустимых напряжённостей электрического поля и механических динамических напряжений в пьезоэлектрическом преобразователе, а также его разогревом.
Б. С. Аронов, Р. Е. Пасынков
|
|
 |
