Природа и получение ультразвуковых колебаний

Содержание

 

Введение Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ

1.1. Природа и получение ультразвуковых колебаний

1.2 Свойства ультразвука

1.3 Методы ультразвуковой дефектоскопии

1.4 Применение ультразвука

Глава 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

2.1 Исторический обзор

2.2 Классификация преобразователей

2.3 Конструктивные особенности преобразователей

2.4 Выбор акустических параметров

2.5 Резонансная частота ичувствительность

2.6 Специальные преобразователи и контактные среды

2.7 Электромагнитные ультразвуковые преобразователи

2.8 Пьезоэлектрические преобразователи

2.9 Термин “пьезоактивность”

2.10 Проявления пьезоактивности

2.11 Область применения пьезоэлектрических преобразователей

2.12 Погрешности пьезоэлектрических преобразователей

 

 

Заключение

Контрольные вопросы

Список используемой литературы

 

 

Введение

 

 

В настоящее время широкое применение в науке и технике нашло одно из физических явлений природы – УЛЬТРАЗВУК.

На основе этого явления создано и продолжает создаваться и проектироваться множество, весьма различных устройств.

Ученными были обнаружены прямой и обратный пьезоэффекты, в которых проявляется связь между упругим и электрическим или магнитным состояниями пьезоматериалов. Они могут быть использованы для преобразования электрической энергии в механическую и обратно. Устройство, осуществляющее такое преобразование, называется преобразователем. В качестве материалов для преобразователей применяются вещества с сильно выраженной связью упругого и электрического или магнитного состояний.

Самые распространенные из них – это ультразвуковые преобразователи. Это устройства преобразующие в ультразвуковые колебания, колебания другого рода. Например: механические, электрические и т.д.

При помощи ультразвуковых преобразователей сейчас можно исследовать различные тела, явления. Как например: расстояние, скорость, наличие дефектов, твердость и т.д.

 

Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ.

Природа и получение ультразвуковых колебаний

Упругие механические колебания, распространяю­щиеся в воздухе, воспринимают обычно как звуки. Это — акустические колебания. Если их частота более 20 000 Гц (20 кГц), т. е. выше порога слышимости для человече­ского уха, то такие колебания называют ультразву­ковыми (УЗК). В дефектоскопии наиболее часто ис­пользуют диапазон частот 0,5—10 МГц (1 МГц=10⁶ Гц).

Упругие колебания могут быть возбуждены в твер­дых, жидких и газообразных средах. При этом колеба­тельное движение возбужденных частиц благодаря на­личию упругих сил между ними вызывает распространение упругой УЗ-волны, сопровождаемое переносом энергии.

Для получения УЗ-колебаний применяют пьезоэлек­трические, магнитострикционные, электромагнитно-акус­тические (ЭМА) и другие преобразователи. Наибольшее распространение получили пьезоэлектрические преобра­зователи, изготовленные из пьезокерамических материалов или из монокристалла кварца. На поверхности пьезо­пластины наносят тонкие слои серебра, служащие элек­тродами. При подаче на пьезопластину электрического напряжения она изменяет свою толщину вследствие так называемого обратного пьезоэлектрическо­го эффекта. Если напряжение знакопеременно, то пластина колеблется в такт этим изменениям, создавая в окружающей среде упругие колебания. При этом плас­тина работает как излучатель. И наоборот, если пьезоэлектрическая пластина воспринимает им­пульс давления (отраженная УЗ-волна), то на ее по­верхности вследствие прямого пьезоэлектри­ческого эффекта появляются электрические за­ряды, величина которых может быть измерена. В этом случае пьезопластина работает как приемник.

Процесс распространения ультразвука в пространст­ве является волновым. Граница, отделяющая колеблю­щиеся частицы среды от частиц, еще не начавших коле­баться, называется фронтом волны. Упругие волны характеризуются скоростью распространения С, длиной волны А, и частотой колебаний f. При этом под длиной волны понимается расстояние между ближайшими час­тицами, колеблющимися одинаковым образом (в одина­ковой фазе). Число волн, проходящих через данную точ­ку пространства в каждую секунду, определяет частоту УЗ-колебаний. Длина волны связана со скоростью ее распространения соотношением