Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия), страница 144

2,е Э. п, — излучатель удобно характоривовать величиной мехаиодвижущей силы рмд, равной произведению («л, и внутренним мехавич. сопротивлением: )~мех)=гмп~ (+Ч«, (««) где ч«мех — добротность механич, колебательной системы, «о — ее резонансная частота.

Харайтер ивменевия ~Ямех( определяет частотные характерйстиклз излучателя и возможвость его согласования с акустич, нагрузкой. Кпд резонансного излучателя существенно вависнт от активной компоненты сопротивления нагрузки гв и от величин гмд и Взд, где Взяв активная компонента сопротивления влектрич. потерь Я д (рис. 2,а). В соответствии с этой схемой величину з)э«зл на резонансе можно определитгп г„я*н„„ Эначеяие гмп удобно оценивать по ф-лег глзп = юоМзке«()~ех определив предварительно резонансную частоту юе и величину Дмех иэ частотной характеристики Э.

и. Конструкции Э. и. существенно зависят от их назначения и применения и поэтому весьлза разнообразны. При расчете и проектировании Э. и. большой мощяости необходимо учитывать ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОЕ ЭХО возможность возникновения нелинейности в рааличных звеньях Э. пл нелинейность злектрич. сопротивлении, электромеханич. связи, механич. Колебательной системы. а также среды. В водной среде, напр., при малых гидростатич. дввленнпх нелинейность, вызываемая явлением кавитаЧии, ограничивает интенсивность непрерывного излучения величиной 0,3 — Огб В71смх. Излучаемая мощность огравичивэетсн также пределами злоктрич.

и ыеханич. прочности Э. п., а иногда нагреванием его элементов из-за болыпой величины потерь. Лит.. Ф у р д у е в В. В., Электроакустикз,м.— Л.,1948; Харкезия 1. А., Теория преобрззоеателез, М, — Л., 1949; М з т з у щ е к И., Ультразвуковая технзгй ка,пер. с нем...м., 1962; Ультрззвуковые .преобразователи, йер.

с аигл., М., 1972; Г у т и к Л. Я., Избр. труды, Л., 1977. Б. С. Аранов, Р. Е. Лагкзгков. Э ЧЕКТРОАКУСТИЧ ЕСКОЕ ЭХО (фонное, или поляризацио н н о е, э х о) — появление дополнительных радиоимпульсов при воздействии на пьезоэлектрик двух или более радиоимпульсов. Э. з.— иелинейный аффект, наблюдаемый в пьезоэлектрич. монокристаллах, иногда в порошках пьеаоэлектрич. кристаллов.

Различают двухпмпульсное и трехимпульсное Э. з. Для наблюдения двухимпульсного Э. э. исследуемый кристалл 2 (рис. () помещают в емкостный аааор СВЧ- ревонатора или между обкладками конденсатора 1, включенного в контур ВЧ генератора ЯМР-спектрометра 4, в зависимости от выбранного диапазона частот. В момент времени 1 = 0 на образец подастся сигнал — радноим- 12 3 Рис,. 1. Схема наблюдения зяектроакустического зха в пьезозлектрическои кристалле, помещением з зяектрическое поле: 1 — конденсатор; г — кристалт; з— акустические волны; 4 — импульсный ЯМР-спектрометр. пульс с частотой заполнения ю, а черев промежуток времени т —.

второй импульс с частотой 2ю. Эффект Э, э. состоит в появлении дополнительного сигнала (отклика) с частотой ы череа время т после подачи второго нмпуль- са. Этот отклик может быть задержан на любой, достаточно большой, промежуток времени, не кратный времени прохождения звуковой волны в кристалле. Механизм эффекта двухимпульсного Э. э, состоит в следующем.

Радиоимпульс в момент 1 =- 0 (рис. 2,а) возбуждает с поверхности пьезокристалла УЗ-вые волны, к-рые распространяются в глубь кристалла. Частота зпгх волн — го, волновой вектор— й, а аьшлпгудв ааиисит от анизотропни пьезоэлектрпч. свокств и упругости кристалча, ого ориентации в злектрич. лоле конденсатора, качества обработки поверхности п амплитуды вовбудившего их электрич.поля. Поле радиоимпульса с частотой 2ю,подаваемого в момент времени т, взаимодействует нелинейно с системой бегущих УЗ-вых воли (см.

Нелинейное езапло- зхо т 2т урехиялуяьо О т 2т у ует Рис. 2. Временное распредетеиие импульсов деухиинульсного 7а) и трбхиккульсно- го 4б) электронного эха. действие), Это взаимодействие обусловлено нелипейностью пьезоэффекта, т. е. членами вида: сзг зшта1кв1Еи Вт — етЯЬ1 кц пш в ур-нных состояния пьезоэлектрич, кристалла (О0 — тензор механич. напряжений, В, — вектор электрич. индукции, и,- — тенэор деформации, Ео — вектоР электРич. полЯ„ еи041— тенаор нелинейных пьевоэлектрич. коэффициентов). Как видно из дисперсионвой диаграммы (рис. З,а), взаимодействие пряыой акустич. волны (ы, 2) и внешнего электрич. поля (2ы, 0) приводит к генерации обратной волны (юг — й).

Поэтому второй импульс с частотой 2ю в момент т меняет направление распространения всех акустич. волн на обратное, а еще через один промежуток времени т эти волны приходят в исходные точки, т. о. на поверхность пьезоэлектрич. присталла, причем в момент прихода все вол- злкктродиилмичкскик изл хчлткли (ы Обв вэя «) ркв. 3. двслврвиаккыв дввгракиы, пввскяыкме образование двуввикульсвога (а) к трзхкмвуавскегв (б) вввктровкувтквескего эха. ны вновь .находятся в фазе. На поверхности кристалла происходит преобразование акустич.

волн (ы, У) в электрич. сигнал частотой ы, к-рый и восприяимается приемной сне~смой спектрометра как отклик, т. е. сигнал Э. е. Амплитуда последнего зависит от эффективности преобразовання по- ременного полн в УЗ-вые колебания и обратно, от затухания УЗ-вых волн в кристалле, а также от степени нелинейности. Форма импульса определяется анизотропией линейных и нели- нейиых пьезоэлектрич. коэффициентов. При увеличении времени задержки т амплитуда импульса Э. э.

уменьшается, т. к. увеличивается время пробега УЗ-вого импульса и его затухание в кристалле. В принципе, величина т может быть аначительно больше времени пробега звука в кристалле в одном направлении, т. е. УЗ-вая волна до поворота ее вторым импульсом может исшзтывать многокрапвые отражения. Такой эффект наблюдается в пьезоэлектрич. порошках.

Г(снижение темп-ры снпжает поглощение УЗ-вых волн и, следовательно, увеличивает сигнал Э. з. Трехимпульсяое эхо яаблюдается примерно по такои же схеме, но в этом случае, помимо второго импульса в момент т (рис. 2,6), на кристалл подается еще третий импульс в момент Т с частотой 2аь При этом отклик наблюдается в момент Т+ т. Временяая структура наблюдаемых в этом случае сигналов более сложна. При атом, как и раньше, первый импульс возбуждает с поверхности пьезоэлектрика УЗ-вые волны, распространяющиеся по всем направлеяиям з глубь кристалла. Второи иипульс з ыомент т производит две операции: возбуждает, как и первый, УЗ-вые волны п меняет на обратное направление распространения акустнч. волн, возбужденных первыи импульсом.

Т. о., в кристалле навстречу друг другу распространяются прямые и обратные волны, нелинейное взаимодействие к-рых приводит к появлению в пространстве взаимодействия постоянной составляющей, как это следует из дисперсиокной диаграмиы (рис. З,б). При наличии в кристалле прииесей постоянная составляющая выводит их из состояния равновесия, и таким образом в пространстве фиксируется информация о взаимодействии прямой н обратной волн. Третий импульс в момент времени Т воздействует на неоднородные в пространстве примесные состояния и вовбуждает акуы') стич.

волну, к-рая от этих прия кисей распространяотся к поверхности кристалла, где благодаря пьезоэффекту восстанавливается в виде электрик. сигнала. При этом время Т должно быть меньше времени релаксации, в течение к-рого восстанавливается равновесное распределение примесей, нарушенное взаимодействием волн, При низких темп-рах время Т может достигать — 1 месяца. С физич. точки зрения эффекты двух- импульсного и трехимпульсного эха подобны явлениям генерации обратной волны и акустич. памяти (см.

А вуствэлевтрвн ива). Однако детальная картина Э. э. значительно сложнее. Эксперименты по Э. э. проводят на частотах от нескольких десятков МГц до нескольких ГГц. В пьезозлектрич. порошках сигнал отклика возрастает на реаонансных частотах частиц порошка. Эффект Э. э. типичен для акустоэлоктроники в том смысле, что преобразование электрич.

сигналов осуществляется посредством акустич. волн. Он может найти применение в системе обработки радиосигналов. в. к. л, ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ вЂ” элввтрваиувтичевдив иреэбраэвэаэвели для возбуждения акустич. колебаний авуковых и УЗ-вых частот, принцип действия к-рых основан на взаимодействии переменного злектрич. тока с магнитным полем. Основа конструкции Э. и. — помещенный в постоянное магнитное поле проводник (в виде витка или катушки), ЗЛЕКТРОДИИАМИЧЕСКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ 885 по к-рому протекает переменный ток. Переменнан сила, возникающая при атом, вызывает колебания с частотой тока подвижной системы Э. и. В подвижную систему, помимо проводника с током, входит связанное с ним излучающее устройство в ниде диафрагмьз нли твердого тела к.-л.

другой формы. 1Пирокополосные 3. и. выполняются в виде звуковой катушки из нескольких деснтков витков, помещенной в радиальный зазор магнита и свнзанной с бумажным диффузором (в конусных громкоговорителях) клл с металлич. мембраной (в рупорных громкоговорителях). Такие Э. и.

широко используются в радиовешанки и других системах передачи слышимого звука. Н УЗ-ной технике применяются более ьющные Э. и., работающие на частоте резонанса подвижной системы. Резонансные Э. я. бывают двух типов: с подвижной катушкон н с неподвижной. Первые по конструкции аналогичны пгирокополосным громкоговоритоляч. С целью увеличения резонансной частоты с 50 — 200 Гц (у диффузорных Э. и.) до 20 — 25 кГц используются защемленные металлич. диафрагмы, к к-рым принлеивается звуковая катушка.