<<
>>

Главная специальность — колебания, вибрация

Обратный пьезоэффект, как уже отмечалось, заключается в деформации пьезокристаллов под действием внешнего электрического поля. Микроперемещения при обратном пьезоэффекте очень малы. Например, кубик с ребром в 10 мм под действием напряженности в 2 кВ сжимается (или растягивается) на 1 мкм.
Перемещение можно увеличить, если расположить последовательно, несколько пьезоэлементов, параллельно подключенных к источнику напряжения, как это сделано, например, в патенте США 3902084 «Пьезоэлектрическое перемещающее устройство».
По а. с. 265486 микроперемещение предметного столика микроскопа осуществляют с помощью пьезокристалла. В а. с. 638862' пьезокристалл передвигает режущее устройство микротома — прибора для получения очень тонких биологических срезов. Интересно отметить, что во многих случаях одна и та же техническая задача на микроперемещение может быть с одинаковым успехом
решена применением разных физэффектов: теплового расширения, магнитострикции, обратного пьезоэффекта. Если подать переменное напряжение на пьезоэлемент, он начинает колебаться с частотой этого напряжения. Отсюда применение пьезоэлементов как электроакустических преобразователей (патент США 4122365, заявка Великобритании 1333644 и др.). Характерная особенность пьезопреобразователей — резонансный характер излучения. Часто, однако, возникает необходимость в широкополосных излучениях, например для музыкального звуковоспроизведения. Задача может быть решена использованием пьезоэлектрических пленок (например, по заявке Японии 54-12213) из поливинилфторида, поливинилхлорида и т. д. Пьезоэлектрические преобразователи широко используют для получения ультразвуковых колебаний. Поэтому обратный пьезоэффект «соучаствует» в большинстве применений ультразвука (УЗ): УЗ-локации, УЗ-дефектоскопии и т. д. Помимо УЗ-колебаний, обратный пьезоэффект можно использовать и для получения обычной низкочастотной вибрации. Так, по заявке Великобритании 1307339 пьезоэлементы, соединенные в виде биморфа, обеспечивают возвратно-поступательное движение лезвий электробритвы. Казалось бы, возможности пьезоэффекта ограничены и в основном сводятся к взаимопреобразованиям механической и электрической энергий. Действительно, это главная специальность пьезоэффекта. Но ведь на этих преобразованиях держится почти вся современная техника! К ним легко «пристыковываются» другие преобразования, в результате возникают неожиданные и красивые технические решения. Вот, скажем, патент США 3239283: втулка подшипника изготовлена из пьезоматериалов, переменное напряжение вызывает УЗ-колебания, уничтожающие трение покоя. С помощью пьезоэффекта возможно создание двигателей принципиально нового типа — пьезоэлектрических. Работа пьезодвигателей основывается на том, что концевая точка пьезоэлемента при возбуждении в нем продольных и поперечных колебаний, сдвинутых друг относительно друга по фазе, совершает движение по эллипсу. Если конец пьезоэлемента привести в соприкосновение с роторохм, последний начнет проворачиваться, обеспечивая преобразование колебательной энергии во вращательную.

ние, можно получить задержки сигнала во времени. Подобные устройства получили название линий задержки. Они состоят из двух пьезоэлементов, наклеенных на звукопровод, и обеспечивают время задержки, превышающее 100 мкс.
Обычный пьезоэлемент обладает свойствами небольшой емкости по отношению к электрическим сигналам малых частот. При более высоких частотах начинает проявляться индуктивный характер его проводимости, и на некоторой частоте, называемой частотой электрического резонанса, его сопротивление становится активным, резко падая до нескольких Ом, т. е. вблизи резонанса пьезоэлемент ведет себя как колебательный контур. На этом основан принцип действия пьезофильтров, получивших в настоящее время широкое распространение из-за простоты и надежности. Пьезотрансформатор, выполняя ту же функцию, что и обычный трансформатор, более прост — это обычная пьезопластина, разделенная на две секции — входную и выходную. Превращение энергии в механическую, а затем снова в электрическую дает возможность трансформировать напряжение и ток, варьируя геометрические параметры секций и их поляризацию. Разбор типичной задачи Тиристорный вентиль для высокого напряжения состоит из нескольких сотен последовательно включенных тиристоров, установленных на общем металлическом радиаторе. В такой цепочке возможны «скрытые аварии» — пробои отдельных элементов. Это не сказывается на работоспособности вентиля, однако с каждым пробитым тиристором повышается опасность пробоя всей цепочки сразу.
Многие, вероятно, сталкивались с явлением пробоя конденсаторов. Они нередко даже взрываются. Нечто подобное, только в меньших масштабах, происходит и внутри тиристора при его пробое. Но мы теперь знаем, чем «подслушать» этот микровзрыв,— нужно просто приклеить к радиатору пьезоэлемент, максимум чувствительности которого (чтобы не было ложных срабатываний) приходится как раз на колебания, возбуждаемые при пробое тиристора. Соединив пьезоэлемент со счетчиком импульсов, можно получить информацию о числе пробитых тиристоров, своевременно использовать ее для отключения вентиля. Задачи В а.с. № 518219 описано устройство для микроинъекций жидкости, использующее явление магнитострикции. Так сказать, «микрошприц» с магнито- стрикционным приводом. Что Вы думаете в связи с этим? Мы описали много «трюков», на которые способен пьезоэффект. Подумайте, нельзя ли использовать их в приборах в аппаратах, с которыми Вы работаете. Как можно использовать явления пьезоэффекта в цирковых номерах?

Таблица возможных применений прямого и обратного пьезоэффекта


Разделы

Получение искровых разрядов

2.1



Получение заряженных частиц, ионизация газов, борьба со статическим электричеством

2.2



Измерение механических усилий, давления, ускорения

1.1,

3.4


Индикация трещин в хрупких телах, улавливание различных шумов

3.3,

3.4,

3.5

Преобразование механических колебаний в электрические

3.1,

3.2


Микроперемещения

4.1



Преобразование электрических колебаний в механические, звуковоспроизведение, генерирование УЗ-колеба- ний

4.2,
4.5

4.3,

4.4,

Компенсация сил трения

4.6



Преобразование электросигналов: задержка во времени, фильтрация, трансформация

5.1,
/>5.2,
5.3


<< | >>
Источник: А. Б. Селюцкий. Дерзкие формулы творчества. 1988

Еще по теме Главная специальность — колебания, вибрация:

  1. 3.2.2 Вибрации и акустические колебания
  2. Перемещение — главная специальность феполей
  3. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ВИБРАЦИЯ И ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
  4. Методы защиты от вибрации. Нормирование
  5. 7.3. КОЛЕБАНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИЙ
  6. КОЛЕБАНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО ПОТЕНЦИАЛА РЕАКЦИИ
  7. 2.2. Производственная вибрация и ее воздействие на человека
  8. ДЕЙСТВИЕ ШУМОВ И ВИБРАЦИЙ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
  9. 10. Обеспечение защиты от производственных вибраций
  10. Более слабые колебания климата
  11. Колебания Западного фронта. Барановичи