пьезоэлектрические преобразователи

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ - электромеханич. или электроакустический преобразователь, действие к-рого основано на пьезоэлектрич. эффекте (см. Пьезоэлектрики). Осн. часть П. п. 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. П. п. 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 П. п.- от единиц Гц в сейсмич. исследованиях до ГГц в акустоэлектронике. В зависимости от назначения и диапазона рабочих частот в П. п. используются разл. пьезоэлектрики. Наиб. широкое распространение в УЗ-технике и гидроакустике получили П. п. из пьезо-керамики, в акустоэлектронике - пьезоэлектрич. и пьезополупроводниковые монокристаллич. П. п. Пьезоэлектрич. преобразователи - излучатели, вибраторы, пьезорезонаторы - используются в узком диапазоне частот вблизи резонанса их механич. системы, а П. п.- приёмники - как на резонансе, так и в широком диапазоне частот вне резонанса. В зависимости от диапазона частот, назначения и условий работы применяются П. п. разл. типов. В области высоких частот (> 100 кГц) преим. используют П. п. в виде оболочек и пластин, совершающих колебания по толщине, на частотах выше 10 МГц и в диапазоне ГГц - спец. П. п. 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 П. п. в виде пьезокерамич. цилиндров с использованием поперечного и продольного пьезоэффекта. В области частот ниже 5-10 кГц используют П. п. в виде биморфных пластин, совершающих поперечные изгибные или крутильные колебания. Свойства таких П. п. существенно зависят от условий закрепления пластин. П. п. в виде полых пьезокерамич. сфер применяются как широкополосные, ненаправленные гидрофоны. Используются также т. н. пьезокомпозиты и пьезополимеры (гл. обр. для приёмников звука).

Расчёт П. п. 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 u_m). При расчётах П. п. может быть замещён ол--механич. схемой, эквивалентной ему с точки зрения расчёта соотношения между электрич. и механич. (акустич.) величинами.

Кпд П. п. существенно зависит от величины сопротивления нагрузки r_н, на к-рую работает излучающий преобразователь, и от величин механического r_м и электрического R сопротивлений преобразователя. Кпд П. п. может достигать 40-70%. Макс. мощность, к-рую может развивать П. п., ограничивается величинами допустимых напряжённостей электрич. поля и механич. динамич. напряжений в П. п., а также его разогревом.

Лит.: Матаушек И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962; Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 1, ч. А, М., 1966; Ультразвуковые преобразователи, пер. с англ., М., 1972; Гутин Л. Я., Избр. труды, Л., 1977; Справочник по гидроакустике, Л., 1982.

Б. С. Аронов, Р. Е. Пасынков.

   <<      Предметный указатель      >>