2014-02-02
2066
Пьезоэлектрический преобразователь является основным функциональным устройством дефектоскопа, поэтому следует более подробно рассмотреть его принцип действия. Активной составляющей преобразователя является пьезоэлемент, обладающий пьезоэлектрическими свойствами. В основе работы ПЭП используется явление пьезоэффекта. Пьезоэффект обратим: т.е. он может быть как прямым, так и обратным. Пьезоэффектом называется процесс преобразования электрической энергии в акустическую на электродах пьезоэлемента и обратно (рисунок 56).
Обратный пьезоэффект. Излучение УЗВ происходит за счет обратного пьезоэффекта. При подведении к электродам пьезоэлемента знакопеременного электрического напряжения от генератора импульсов возбуждения пьезоэлемент совершает вынужденные механические колебания (растягивается и сжимается) с частотой подаваемого электрического напряжения. Характер деформации (растяжение или сжатие) определяется полярностью приложенного электрического напряжения, а величина – приложенной силой. Если его подачу прекратить, то пьезоэлемент еще некоторое время будет совершать "свободные" колебания под влиянием собственных упругих сил с частотой резонанса и возбуждать колебания в контролируемом изделии, т.е. отдавать этой среде энергию своих колебаний. Так как пьезоэлемент, совершая свободные колебания, обладает ограниченным запасом механической энергии, то со временем запас этой энергии уменьшается. Поэтому амплитуда свободных колебаний пьезоэлемента быстро затухает. Это явление используется в ультразвуковой дефектоскопии для формирования и излучения очень коротких ультразвуковых импульсов, которые подаются с определенной частотой следования. Укорочение длительности импульсов приводит к повышению лучевой разрешающей способности дефектоскопа, что в свою очередь ведет к повышению точности определения координат залегания отражателей в контролируемом изделии. Для укорочения длительности зондирующих импульсов пьезопластину дополнительно демпфируют. В качестве демпфера, к которому приклеивают пьезопластину, используют материалы с высоким поглощением УЗК (эпоксидную смолу с наполнителями). Такое демпфирование позволяет уменьшить длительность зондирующего импульса и приблизить его к длительности импульса электрического напряжения.
Обратным пьезоэффектом называется процесс преобразования электрических колебаний, подаваемых с ГЗИ дефектоскопа на электроды пьезоэлемента в его механические колебания (или другими словами – это возникновение механической деформации в пьезоэлементе под действием приложенного к ней электрического поля; причём величина механической деформации пропорциональна напряжённости электрического поля).
| Сжатие или растяжение кварцевой пластины толщиной 1 мм под напряжении 100 В происходит всего лишь на 2,7× 10 - 7 мм от ее спокойного состояния, что объясняется высокой жесткостью пластины |
Прямой пьезоэффект. Прием УЗВ происходит за счет прямого пьезоэффекта. Сущность прямого пьезоэффекта состоит в том, что сжатие или растяжение пьезоэлемента под воздействием упругих механических колебаний приводит к тому, что часть внутренних зарядов вытесняется на поверхность, образуя на противоположных гранях пьезоэлемента избыточные заряды разных знаков (электрические импульсы переменного напряжения), которые подаются на усилитель.
Таким образом, прямой пьезоэффект – это процесс возникновения электрических зарядов на поверхности пластины при ее деформации под воздействием механических колебаний. Сущность пьезоэффекта показана на рисунке 56.
