МАСТЕР КИТ
Человеческий орган слуха путем длительной эволюции приобрел вполне определенную АЧХ, зависящую
от конкретного индивидуума, но в среднем имеющую вид полоснопропускающ его фильтра с нижней грани-
цей среза на 20 Гц и верхней
-
на 20 кГц.
Область пропускания уха относит ся к звуку, колебания ниже 20 Гц - к инфразвуку, а выше 20 кГц - к
ультразвуку. Общеизвестно, что чем выше частота волн (любой природы) и, соответственно, ниже длина
их волны, тем больше возможность локализации в пространстве в виде направленных пучков и меньше раз-
меры излучателей и приемников. Однако с ростом частоты растет поглощение волн, а мощность излуча-
телей и чувствительность приемников имеют естественные физиологические или физические ограниче-
ния, поэтому существует оптимальная область частот для передачи и приема информации. Природа и
человечество изобрели немало способов выхода из этой коллизии в зависимости от конкретных проблем.
Поскольку ульт развук неслышен человеческим ухом, то с его помощью можно скрытно передавать ин-
формацию объекту, обладающ ему обратными свойствами. Этот факт впервые интуитивно открыли без-
вестные средневековые браконьеры. Охотясь
в
заповедных королевских лесах, они подавали неслышимые
людям звуки своим натасканным собакам, и те послушно приносили хитроумным хозяевам подстреленную с
помощью бесшумного же оружия (лук и стрелы) заветную дичь. Браконьерский свисток со временем прошел
через техническую эволюцию: превратился в свисток милицейский (с переходом в звуковую область ввиду
противоположной задачи), а также в технологические ультразвуковые устройства, интенсифицирующие
разнообразные процессы.
Акуст ические сигналы (в виде упругих волн с частотой более 20 кГц) используются в пультах дистанци-
онного управления, барьерах охранной сигнализации, гидролокации, линиях задержки, для неразрушающего
контроля материалов и т.п. Мощные ультразвуковые колебания (интенсивностью более 1Вт/см2) исполь-
зуют в технологии: для пайки алюминия, обезжиривания деталей, размерной механической обработки твер-
дых материалов и т.п. Ультразвук применяется также
в
медицине как для диагностики и терапии, так и
в
хирургии. Источниками или приемниками ультразвука служат в большинстве случаев электроакустические
преобразователи на основе пьезокерамических или магнитострикционных материалов.
Ведущий - д. т. н„ профессор Г. КАРДАШЕВ
Н
е с л ы ш и м ы е
з в у к и
“МУХТАР, КО МНЕ!”
ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ
Большинство первых технических приложений ульт-
развука было выполнено на основе пьезоэффектов (пря-
мого и обратного) в специально обработанных кварце-
вых пластинках. Преобразователи на основе природно-
го кварца обладают исключительно высокой добротно-
стью и используются в настоящее время в основном в
разного рода резонаторах. Многие другие показатели
лучше у искусственно созданных пьезокерамик, потому
именно их широко применяют для создания излучате-
лей и приемников ультразвука.
Основным элементом пьезокерамического излучате-
ля является пластинка пьезокристалла (или соответству-
ющее покрытие на специальных пленках, мембранах, ди-
афрагмах). Пластинка, как правило, имеет металлиза-
цию (обкладки, электроды) с двух сторон и специальный
тип крепления. При подаче на обкладки электрического
напряжения происходит деформация пластинки (по тол-
щине, изгибная и т.п.). Характер этой деформации опре-
деляется свойствами материала, способом закрепления
и приложенным напряжением. При переменном напря-
жении определенной частоты пластинка колеблется на
этой частоте (или на ее гармониках), излучая звуковые/
ультразвуковые волны в окружающее пространство. (По-
мимо двухэлектродных систем используют также и тре-
1
.
Заседание №19
хэлектродные, в которых третий электрод играет роль
датчика для организации обратной связи.)
Амплитуда этих вынужденных колебаний пьезоизлу-
чателя зависит от амплитуды и частоты приложенного
напряжения, геометрии, свойств материала пластинки
и характера ее закрепления. Постепенно увеличивая ча-
стоту внешнего возбуждения можно обнаружить, что АЧХ
механических колебаний имеет резонансный характер,
аналогичный кривой АЧХ последовательного электри-
ческого контура.
Поэтому максимальная интенсивность излучения бу-
дет соответствовать возбуждению преобразователя на
его резонансной частоте.
Модель пьезопреобразователя, как элемента элект-
рической цепи, можно представить в виде сложного И-
Б-С контура. Для этого обратимся к программе Е\Л/В. Вы-
шеизложенное позволяет выбрать в электрической схе-
ме замещения
(рис. 1)
величины индуктивности Ц , мо-
делирующей механическую инерцию (зависящую от мас-
сы колеблющейся пластинки, соединенных с ней эле-
ментов и “присоединенной массы” воздуха), колебатель-
ной емкости Сз, моделирующей упругость пластинки при
ее колебаниях, и сопротивления И,., связанного с внут-
ренними потерями при циклических деф орм ациях.
Здесь, как принято, индексом э отмечены параметры
26
12/2003
предыдущая страница 27 Радиолюбитель 2003-12 читать онлайн следующая страница 29 Радиолюбитель 2003-12 читать онлайн Домой Выключить/включить текст