Пьезоэлектрические преобразователи

Основаны на обратном пьезоэлектрическом эффекте – способность некоторых кристаллов деформироваться в электрическом поле в направлении его приложения. Все пьезоэлектрические материалы делятся на естественные (кварц, турмалин) и искусственные, которые подвергаются специальной обработке – нагревание керамики до температуры выше точки Кюри и последующего медленного охлаждения в электрическом поле. К таким материалом относятся керамика титонатабария и керамика цирконатататанатасвинца.

В акустических системах применяют преобразователи типа «сэндвич», предложенные Ланжевеном. Это преобразователь состоит двух металлических накладок-пластин, между которыми закреплена пьезокерамическая пластина. Возбуждение преобразователя осуществляется так, чтобы вся система работала как полуволновой излучатель. Металлические пластины действуют как добавочные массы и снижают резонансную частоту излучателя (рис. 6.11).

Параллельное соединение двух пьезокерамических пластин толщиной h/2 используется так как металлические накладки 2 и 3 могут быть заземлены. Сопротивление преобразователя на резонансной частоте составляет четверть сопротивления преобразователя с одной пластиной толщиной h, а напряжение возбуждения снижается в 2 раза. Для эффективной работы преобразователя не допускаются воздушные прослойки между преобразователем и концентратором, так как они отражают до 100% энергии ультразвуковой волны. Поэтому соединение колебательных систем должны быть тщательно притерты, а между их поверхностями помещается смазка. Рабочую (излучающую) накладку изготавливают из материала с малым волновым сопротивлением (алюминий или титан), а пассивную из сталей. При этом длина накладок не одинакова (рис. 6.11). Потери преобразующиеся в теплоту не велики, поэтому достаточно воздушного охлаждения, КПД преобразователя 40-70%.