Транспорт: история и современность

Пьезоэффект и пьезоэлектрические преобразователи

Страница 1

Ультразвуковая дефектоскопия как средство обнаружения дефектов в изделиях базируется на свойствах ультразвука - проникновении в различные среды и отражении ультразвуковых волн от границы раздела сред.

В определённых условиях ультразвуковые колебания могут излучать некоторые природные и искусственные вещества, обладающие пьезоэлектрическими свойствами. К ним относятся кристаллические вещества: кварц, турмалин, сегнетова соль, сульфат лития; керамические вещества: титанат бария (ТБК-3), цирконат титанат свинца (ЦТС-19, ЦТСНВ-1, ЦТС-23). Сущность пьезо-эффекта состоит в том, что сжатие пластины из пьезоматериала приводит к появлению на её поверхностях электрических зарядов. Это явление называется прямым пьезоэффектом. Если же пластину поместить в переменное электрическое поле, то её толщина будет колебаться с частотой изменения поля. Такой пьезоэффект называется обратным. Эти явления позволяют преобразовывать электрические сигналы в ультразвуковые колебания и обратно. Наибольший эффект пьезопреобразования достигается при равенстве собственной частоты пьезопластины и частоты приложенного электрического поля (резонансе), который достигается при соотношении:

d=, (8)

где λп - длина волны в пьезопластине.

Пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) предназначен для ввода ультразвуковых колебаний в контролируемую деталь, а также для приёма отражённых от границы раздела УЗ волн и преобразования их в электрические сигналы для последующей обработки электронными блоками дефектоскопа.

Пьезоэлектрический преобразователь представленный на рисунке 1 состоит из корпуса, в который установлена пьезоэлектрическая пластина, наклеенная на протектор из оргстекла (для наклонных преобразователей на призму из оргстекла), питающих проводов, электроразъёма и демпфера.

Рисунок 1 - Конструкция пьезоэлектрических преобразователей:

а- прямой; б- наклонный; в- раздельно-совмещённый

Пьезопластина покрыта с двух сторон токопроводящими слоями металла (например, серебра), которые являются электродами. Т.к. при колебании пластины колебания Распространяются в обе стороны, то пространство с обратной стороны пластины заполняется демпфирующим материалом, который гасит эти колебания и, следовательно, исключает возможность фиксирования их дефектоскопом.

ПЭП работает следующим образом. Пьезопластина колеблется с частотой подведённого к её электродам напряжения. Если подачу напряжения прекратить, то пластина ещё некоторое время будет совершать свободные колебания и отдавать энергию этих колебаний в контактирующую с ней среду, но их амплитуда будет быстро затухать. Таким образом, формируется короткий ультразвуковой зондирующий импульс. Пьезопластина возбуждает в призме исключительно продольную волну.

ПЭП бывают различных видов:

В зависимости угла ввода УЗ волн

- Прямые, когда у.з. колебания вводят в контролируемую деталь под углом 0° к вертикали (позволяют вводить только продольные волны);

- наклонные - вводят УЗ колебания под углом, заданным конструкцией ПЭП.

Разработка схемы маршрута, анализ климатических условий направления
На основании карты железных дорог и Тарифного руководства № 4 составляем схему кратчайшего маршрута заданного направления с указанием раздельных пунктов (пункты размещения пунктов экипировки РПС, транзитные технические станции, станции размещения рефрижераторных вагонных депо). Пункты экипировки ра ...

Обоснование рационального выбора транспортных средств
Важнейшей специфической особенностью транспорта является его высокая капиталоёмкость и большое энергопотребление. Эти показатели находятся в тесной связи с грузоподъёмностью транспортных средств, которая в свою очередь, зависит от мощности двигателей, а стало быть, от энергопотребления. При этом сл ...

Определение величины минимально-допустимого натяга в посадке подшипника на вал
Подшипник качения посажен на тихоходный вал с гарантированным натягом, это соединение должно гарантировать фиксацию контактирующих поверхностей, предотвращающих относительное проскальзывание. Это реализуется за счет назначения соответствующих натягов. Подшипник установлена с помощью пресса на вал д ...