Полезно знать Звук Пьезотрансформаторные датчики

Пьезотрансформаторные датчики

акустика и пьезоПосетите одну из лабораторий Института механики. У опытного стенда высокий стройный юноша колдует над небольшой круглой пластинкой, окрашенной в ярко-красный цвет. Два тоненьких провода соединяют пластинку с генератором. На блестящей поверхности пластинки беспорядочно разбросаны алюминиевые опилки.

Вдруг цифры на табло частотомера быстро запрыгали. Юноша вращает лимб генератора - изменяет частоту. Опилки будто ожили и забегали по пластинке. На мгновение появилось кольцо, потом еще одно, затем еще и еще ... И вот уже на поверхности пластинки несколько концентрических колец. Это так называемые фигуры Хладни.



Немецкий физик Эрнст Хладни впервые их обнаружил почти двести лет назад. В его опытах тоненькие стальные пластинки прижимались в специальных держателях, и по одной из их граней провода играл скрипичный смычок. Пластинка начинала колебаться и звенеть. На нее сыпали песок или споры плауна. Там, где пластинка колебалась сильнее, песка не было, он собирался в местах, где колебания не возбуждались - так называемым узловых линиях. Вырисовывались интересные фигуры, и таким образом удалось впервые «увидеть» звук. Итак, появился надежный способ наблюдения форм колебаний тонких пластин. Этим способом сих пор пользуются. Однако в лаборатории мы не видели ни держателей, ни смычка, ни стальных пластинок. Это потому, что пьезоелектрическая пластинка, возбуждаются колебаниями электрических полей от генератора. На резонансных частотах амплитуда колебаний наибольшая и розничная поиск вырисовывают узловые линии, где нет перемещений. Хотя фигуры Хладни известны давно и пьезоэффекту уже почти сто лет, пользоваться методом Хладни для исследования колебаний пьезопластин стали совсем недавно одновременно и независимо друг от друга ученые Института механики и их японские коллеги.

К сожалению, методом фигур Хладни можно исследовать лишь колебания плоских пьезоэлементов - круглых, прямоугольных, квадратных, многоугольных. Для более сложных геометрических форм (сферической, цилиндрической и т.п.) получить песочные фигуры невозможно. В таких случаях пользуются методами интерферометрии, голой рафии, зондированием.

Заставить пьезокерамику рассказать о напряженности внутреннего механического поля можно методом так называемого пьезотрансформаторного датчика. Поскольку пьезоэффект обратим, то в любом пьезоэлементе, колеблющийся, одновременно существуют связанные между собой электрические и механические поля. Где большая амплитуда механических напряжений, там и пьезозаряды больше. Но верх пьезоэлементов покрыт сплошными электродами, и заряды отдельных участков этими электродами выравниваются.

А что будет, когда возбуждать колебания не сплошным электродом, а скажем, мелкотекстурной решеткой? Тогда на участках, где электрода нет, выделяемые электрические заряды, которые можно снимать, например, электронным лучом. Такие эксперименты проводились с кварцевыми пластинами. На телевизионном экране можно было наблюдать картину распределения внутренних механических напряжений.

В противном случае в электродном покрытии начали отделять небольшие электроды-датчики и измерять их заряды. Поскольку эти заряды пропорциональны амплитуды напряжений, то ученые получили возможность изучать распределение внутренних механических напряжений в тонких пьезокерамических элементах любой формы. Явление пьезоэффекта (наведение зарядов па электродах-датчиках под действием механических полей) использовали для изучения электромеханических явлений в самых пьезоэлектрических элементах.

Знать распределение внутренних механических напряжений необходимо при конструировании пьезотрансформатора, пьезофильтров и других сложных устройств.

 

 

Пьезотрансформаторные датчики

Рис. 1. Пьезотрансформаторные датчики:

а) - положение на круглой пластинке; б) распределение потенциала вдоль радиуса.

Но вернемся в лабораторию. Собственно, пластина, над которой колдовал молодой исследователь, и является простейшим пьезотрансформатором. Ведь каждый электрод-датчик имеет потенциал, который отрезается от потенциала окружающего электрода (рис. 1).

Сегодня известны разнообразные конструкции пьезотрансформатора - дисковые и стержневые, повышающие и понижающие, высоковольтные и силовые. Перспективу их применения связывают (преимущественно) с питанием интегральных микросхем, где размеры обычных трансформаторов намного превышают размеры самих микросхем.

Аренда звука

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Форма обратной связи

...