ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОБЗОРНАЯ ЧАСТЬ 5
1.1. Исторический обзор 5
1.2. Характеристики и область применения преобразователей 7
1.3. Пьезоэлектрические преобразователи 10
1.3.1. Пьезоэлектрический эффект 10
1.3.2. Пьезоэлектрические материалы 14
1.4. Диэлектрическая проницаемость 15
1.4.1. Роль диэлектрической проницаемости среды в физике 17
1.5. Тангенс угла диэлектрических потерь 17
1.5.1. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь 19
1.6. Механическая добротность 21
1.7. Коэффициент электромеханической связи 23
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 25
2.1. Характеристики элементов 25
2.1.1. Сталь 45 25
2.1.2. ЦТСст- 3 26
2.1.3. АМг - алюминиево-магниевый сплав 26
2.2. Расчет параметров конструктивных элементов 27
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 29
3.1. Разработка конструкции излучателя 29
3.2. Описание экспериментальной установки 31
3.3. Результаты проведения измерений 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
ЛИТЕРАТУРА
Ультразвуковые технологии интересны тем, что позволяют создавать новые и совершенствовать уже существующие технологии. Оборудование, основанное на использовании энергии ультразвуковых колебаний, характеризуется небольшими массой и габаритами, малым потреблением электроэнергии и высоким КПД.
Пьезоэлектрические устройства используются во многих сферах жизнедеятельности человека. Они используются в дефектоскопии при проведении неразрушающего контроля в качестве излучателей, которые возбуждают ультразвуковые волны. Так же их можно использовать в медицинской аппаратуре , например при медицинской диагностике УЗИ , в которой используются пьезо-электрические источник и датчик ультразвука. Передовой областью использования пьезоэлектрических элементов является сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ).
При разработке и внедрении различных технологических процессов, связанных с использованием ультразвуковых колебаний, одним из наиболее важных решений является выбор ультразвукового преобразователя с заданными параметрами (частота, амплитуда, интенсивность). Технологическая эффективность разработки и результаты реализации конкретного технологического процесса во многом зависят от того, насколько хорошо эта проблема решена.
Широкое применение пьезоэлектрических излучателей объясняется тем, что по сравнению с другими они имеют ряд преимуществ таких как: технологичность, стабильность работы, простота конструкции, высокое быстродействие, долгий срок эксплуатации и дешевизна материалов.
Целью данной работы являлись расчет и разработка лабораторного образца пьезоэлектрического излучателя, предназначенного для проведения экспериментов с использованием упругих колебаний. Для достижения поставлен¬ной цели необходимо решение следующих задач:
1) Изучить пьезоэффект и его свойства.
2) Спроектировать конструктивную схему.
3) Определить геометрические размеры конструктивных элементов пьезоэлектрического излучателя.
4) На основе полученных данных построить пьезоэлектрический излучатель.
Для лабораторных экспериментов с использованием ультразвука, был создан пьезоэлектрический излучатель ультразвуковых колебаний.
В результате проведенного экспериментального исследования было сделано следующее:
1) Изучен пьезоэлектрический эффект.
2) Спроектирована конструктивная схема пьезоэлектрического излучателя.
3) Определены и рассчитаны каждый из элементов конструкции излучателя.
4) На основе всех выше перечисленных данных, построен пьезоэлектрический излучатель.
5) Проведены экспериментальные измерения с использованием пьезо-электрического излучателя, что бы оценить его работу.
Исходя из всех полученных данных, не было выявлено резонансных частот пьезоэлектрического излучателя, возможно это связано с тем, что мощность была недостаточной. Также было определено, что коэффициент чувствительности пьезоэлектрического приемника на 30% ниже, чем у гидрофона.
