Механическая добротность
Cтраница 4
Ход зависимости QH от ап, представленный на рис. 7 для феррита 21, типичен для всех магнитострикционных ферритов: при оптимальном подмагничивании наблюдается быстрое падение добротности с ростом ап; при сильном подмагничивании, вблизи насыщения, добротность падает значительно меньше. Зависимость QH от ап при оптимальном подмагничивании выражена тем сильнее, чем больше величина К материала. Этот факт можно объяснить большой крутизной кривых намагничивания этих ферритов, вследствие чего они насыщаются быстрее других, так что при HQ - 300 э их добротность близка к собственной механической добротности керамики, в которой заторможены доменные процессы. [47]
Поэтому PZT ( ЦТС) является наилучшим материалом для излучателей. Обе приведенные здесь марки PZT различаются в основном диэлектрической проницаемостью и механической добротностью. В зависимости от размера излучателя и частоты выбирают разновидность PZT, электрическая емкость которого хорошо согласовывалась бы с импедансом прибора. Влияние механической добротности на поведение излучателя далее поясняется на примере метаниобата свинца. Как по соображениям механического демпфирования, так и для обеспечения акустического контакта желательно иметь низкое звуковое сопротивление преобразователя. Так как при излучении в жидкость, как например при жидком акустическом контакте с твердым телом, эффективное звуковое сопротивление составляет всего несколько миллионов Н - с / м3, керамика PZT и титанат бария оказываются недостаточно эффективными; высокая их чувствительность не может быть использована. Метаниобат свинца, сульфат лития и поливинилиденфторид оказываются намного более эффективными. Это относится и к тому случаю, когда один и тот же кристалл является одновременно и излучателем, и приемником. [48]
Ее небольшое волновое сопротивление облегчает акустическое согласование с иммерсионной жидкостью. Радиальные колебания близки к нулю, механическая добротность очень низкая. [49]
Разные по составу виды пьезокерамики имеют различное время старения. Наименьший эффект старения имеют составы на основе ЦТС ( цирконат-титанат свинца), наибольший - составы на основе титаната бария. На рис. 7.7 приведены характеристики изменения параметров пьезоэлементов из пьезокерамики ЦТС. Как видно из характеристик после поляризации происходит уменьшение диэлектрической проницаемости е и коэффициента электромеханической связи Кр. Резонансная частота fp и механическая добротность 5м увеличиваются. [50]
При этом создается механическая поляризация за счет напряженного состояния керамики. Верхнюю накладку выполняют из алюминия, а нижнюю - из стали. Обычно используют два диска из пьезокерамики, расположенные так, чтобы их одноименные полюса выходили к внешним накладкам. Это позволяет заземлять излучатель. Предварительно напряженные многослойные преобразователи имеют низкую механическую добротность: ширина полосы частот на уровне 0 5 при средней частоте 20 кгц составляет 4 кгц. [51]
Метаниобат свинца имеет и еще одно важное преимущество для контроля изделий. Для получения коротких импульсов собственные механические колебания пластины должны быть хорошо демпфированы демпфером, прикрепленным с задней стороны. Этот демпфер должен не только демпфировать кристалл, но также полностью поглощать в возможно более тонком слое все волны, излучаемые с обратной стороны, и, кроме того, использоваться как механический держатель для хрупкого кристалла. Поэтому для кристаллов с высоким звуковым сопротивлением изготовить демпфер не так просто, поскольку требуемые свойства на практике обычно являются взаимоисключающими. Поэтому и в этом случае сульфат лития и метаниобат свинца тоже являются наиболее эффективными. Однако второй из этих материалов и сам по себе имеет такую низкую механическую добротность ( Qm 15), что для многих целей он может быть использован и без дополнительного демпфирования, что в свою очередь повышает чувствительность. [52]
 |
Качающийся крутильный ваттметр для низких уровней мощности ( порядка милливатт. [53] |
Крутильные ваттметры ( см., например, 3 - 5 - 1) пригодны для мощностей в несколько ватт, но не пригодны для милливатт. На рис. 3 - 5 - 4 показан качающийся крутильный ваттметр, пригодный для измерения мощностей в несколько милливатт. В приборе используется электрический и механический резонансы. Размеры диполя, резонатора и отверстия связи выбраны относительно рабочей длины волны так, что резонатор оказывается согласованным с волноводом и настроенным в резонанс, когда диполь образует угол 45 с линиями поля. Когда диполь, будучи в покое, находится в этом положении, включается источник измеряемой мощности. Диполь стремится расположиться вдоль результирующего электрического поля в резонаторе, но поворачиваясь, расстраивает резонатор и уменьшает этим крутящий момент, действующий на него, до весьма малой величины. Когда диполь достигнет предела в ( измеряемого от положения 45) источник мощности выключается ( автоматически) и диполь поворачивается обратно под влиянием кварцевой нити до предельного положения в. В утой точке источник включается. Мощность не оказывает немедленного действия, поскольку резонатор почти полностью расстроен, но когда диполь переходит снова через положение 45, он получает импульс, который увеличивает амплитуду его колебаний. При продолжении процесса амплитуда механических колебаний диполя возрастает до такой величины, что небольшая доля подводимой мощности с. Таким образом, механический резонанс используется для увеличения чувствительности прибора, а электрический резонанс - для обеспечения автоматической синхронизации импульса с. Амплитуда качаний растет пропорционально корню из мощности. Электрическую добротность резонатора нет необходимости знать, если она достаточно велика. Механическая добротность, будучи мерой потерь мощности механических колебаний, должна быть определена с возможно большей точностью. Это измерение, являющееся по существу измерением декремента крутильного маятника, очень просто. [54]
Страницы: 1 2 3 4