Способы получения ультразвуковых колебаний

Электродинамический и электромагнитный вибраторы, как излучатели звука, применяются в слышимом диапазоне частот, и практически не используются в УЗ области, т.к. вследствие своей инерционности они не могут обеспечить работу на УЗ частотах. В связи с этим используют пьезоэлектрические и пьезомагнитные вибраторы. Для того чтобы возбудить излучатель, необходим генератор переменного напряжения высокой частоты.

Возникновение электрических зарядов на гранях кварцевой пластины при ее деформации называется прямым пьезоэлектрическим эффектом, и наоборот, если к кварцевой пластине приложить напряжение, то она изменит свои геометрические размеры (обратный пьезоэлектрический эффект).

Для получения УЗ колебаний возможно использование ударного возбуждения пьезопластины.

1) Ударное возбуждение можно получить с помощью генератора зондирующих импульсов, который содержит два основных элемента: колебательный контур, включающий в себя излучающий пьезопреобразователь, и электронную схему, обеспечивающую генерацию коротких импульсов заданной формы. В колебательном контуре параллельно или последовательно пьезоэлементу включены индуктивность и активное сопротивление. Можно также применять трансформаторную связь (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Схема генератора ударного возбуждения

Конденсатор С заряжают до высокого напряжения. На управляющий электрод тиристора VD подается отпирающее напряжение, и через открытый тиристор происходит разряд конденсатора, следовательно, возбуждаются колебания в контуре. Фронт ударного импульса определяется временем заряда конденсатора. Ему соответствуют высокочастотные составляющие спектра импульса, выходящие за пределы пропускания пьезопреобразователя. В результате излучаемый в среду акустический импульс имеет форму, близкую к колоколообразной.

2) Возбуждение излучателя радиоимпульсами переменного напряжения с частотой, соответствующей собственной частоте пьезопластины, приводит к тому, что пьзопластина генерирует механические колебания с собственной частотой (явление резонанса). Возбужденная радиоимпульсом пластина будет свободно колебаться до тех пор, пока не растратит сообщенную ей энергию на внутреннее трение и передачу энергии в виде УЗ волн. Частота затухающих колебаний практически остается равной собственной частоте не затухающих колебаний, и только при большом коэффициенте затухания возникают изменения частоты.

В настоящее время существуют попытки возбуждения пьезоизлучателя с использованием лазера.

3) Лазерное возбуждение заключается в следующем: при облучении энергией светового потока какого-либо участка тела другие участки этого тела приобретают повышенную температуру не сразу, а спустя некоторое время. Неравномерное распределение температуры приводит к неравномерному тепловому расширению тела, и как следствие, к термомеханическим напряжениям. Т.к. эти напряжения меняются во времени, то в результате возникают акустические волны, излучаемые слоем с изменяющейся температурой.

Амплитуда акустического импульса линейно зависит от энергии лазерного импульса. Из-за нерешенной проблемы приема сигналов и отсутствия твердотельных лазеров, отвечающих необходимым требованиям по частоте посылаемых импульсов и их надежности, лазерное возбуждение мало распространено. Однако, такой способ перспективен, учитывая большую амплитуду (в 50–100 раз больше, чем у пьзопреобразователей), малую чувствительность к помехам, малую длительность (единицы нс) зондирующего импульса.

Поиск по сайту: