Пьезоэлектрические преобразователи.

  Для пьезоэлектрических преобразователей, используемых при неразрушающем контроле, можно выделить следующие основные характеристики: передаточные функции акустического поля, электрическое сопротивление, временные и общетехнические.
  Такие характеристики свойственны не только пьезоэлектрическим, но и преобразователям других типов.
Передаточной функцией называется отношение сигнала на выходе преобразователя к сигналу на его входе при определенной электрической или акустической нагрузке. Передаточные функции различают для режимов излучения, приема, двойного преобразования.

  Акустическим полем преобразователя является область среды, в которой упругие колебания связаны с действием преобразователя.
Существуют понятия полей излучения, приема, излучения-приема.
Структуру поля можно представить в виде лучей, расходящихся из точки, которая является эффективным акустическим центром. Основной характеристикой акустического поля является диаграмма направленности с ближними и дальними зонами.

  Электрическое сопротивление преобразователя представляет собой комплексное- отношение электрического напряжения на преобразоаателе к силе тока в функции частоты, измеренное в режиме излучения при определенной акустической нагрузке. Общетехнические характеристики определяют требования к конструкции преобразователя, его надежности, устойчивости к внешним воздействиям.
Математическое описание пьезоэффекта в общем случае достаточно сложно, так как он многосторонне связан с другими свойствами материала.
Поскольку в нашу задачу не входит изучение самих материалов, обладающих пьезоэффектом, то ограничимся только общими сведениями о пьезозффекте.

  Наибольшее распространение для пьезоэлектрических преобразователей получили сегнетоэлектрические материалы, к которым относятся ниобат лития, тантанат лития, сульфоидат сурьмы и пьезоэлектрические текстуры в виде пьезокерамики ЦТС (цирконат титонат свинца).
  Пьезокерамика ЦТС выгодно отличается от других материлов более высокими пьезоэлектрическими коэффициентами и точкой Кюри.
Расчет пьезопреобразователя в режиме излучения сводится к нахождению распространения механических напряжений (деформаций) на его поверхности, обращенной к изделию при известном электрическом напряжении, приложенном к преобразователю.
  В режиме приема решается обратная задача - нахождение электрического отклика преобразователя при создании на его поверхности известного распределения механических напряжений (деформаций). Расчет реального пьезопреобразователя в значительной степени зависит от его конструкции, акустической нагрузки, демпфера. В качестве акустической нагрузки может выступать объект контроля или элемент конструкции преобразователя. Демпфер служит для подавления инерционных свойств пьезоэлемента. При расчетах, как правило, принимают допущения, что акустическую нагрузку и демпфер рассматривают как полубезграничные среды, в которых ультразвуковые сигналы, излученные в них пьезоэлементом, обратно к нему не возращаются.

  При работе с пьезопреобразователями необходимо в зону контакта его рабочей поверхности с контролируемым изделием наносить акустическую смазку, в качестве которой может использоваться технический вазелин, зубная паста, незатвердевшая эпоксидная смола.
  Были сделаны попытки разработать катучие пьезопреобразоватепи, позволяющие контролировать изделие методом сканирования без применения смазки. Идея очень заманчивая, однако, разработанные конструкции не совершенны и не нашли практического применения.