Электроника

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ     ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ,преобразователь электрич. энергии в механическую (и наоборот), действие к-рого основано на пьезоэлектрическом эффекте. Основу П. п. составляют один или неск. пьезоэлеменгоа, объединённых в группы, электрически и механически связанных между собой. Из пьезоэлектрич. материалов для П. п. преимуществ, распространение получила пьезо керамика, св-ва к-рой позволяют придать П. п. необходимую форму, использовать оптим. виды колебаний и тем самым обеспечить высокую эффективность преобразования. П. п. подразделяются: по виду пьезозффекта — на механоэлектрические (прямой пьезоэффект) и электромеханические (обратный пьезоэффект); по назначению (рис. 1) — на пьезоприемники, излучатели, генераторы, движители (устр-ва перемещения), трансформаторы (напряжения, тока, силы, скорости, давления), измерит. П. п.; по виду воздействующего сигнала — на статические (квазистатические), резонансные и широкополосные. В статич. или квазистатич. режиме механоэлектрич. П. п. используются в качестве пьезоприемников давления и генераторов электрич. энергии, электромеханические — в качестве движителей. В резонансном и широкополосном режимах механоэлектрич. П. п. служат пьезоприёмниками акустич. сигнала, электромеханические — излучателями.
Из измерит. П. п. (пьезоэлектрич. датчиков) наибольшее распространение получили преобразователи, действие к-рых основано на использовании прямого пьезозффекта (ППД) и пьезорезонансные (ПРД). В ППД под действием измеряемого механич. воздействия (напр., давления, ускорения, силы) на поверхности пьеэоэлемента (или пьеэо-элементов) возникают злектрич. заряды и соответственно эдс,  величина к-рой  пропорциональна этому воздействию. ППД используют в основном для измерения быстроменяющихся механич. воздействии; при измерении статич. (кваэистатич.) механич. воздействии возрастает погрешность иэмерений вследствие «стека ни я» электрич. заряда с пьезоэлемента в цепь нагрузки Уменьшение погрешности измерения обеспечивается включением на выходе ППД либо усилителя (напряжения или заряда) с большим входным сопротивлением (до 10 Ом), либо дополнит, конденсатора Осн. преимуществом ППД является большое механич. входное сопротивление (жёсткость) что в сочетании с малыми размерами обеспечивает измерение механич. воздействий в широких диапазонах рабочих частот (от долей Гц до сотен кГц) и темп-р (для пьезокварце-вык ППД от —196 до +350 С, а для пьезокерамических верх граница достигает 700 С) с достаточно высокой чувствительностью
Действие ПРД основано на изменении электрич. параметров (напр., резонансной частоты, сопротивления) чув-ствит. элемента преобразователя при воздействии на него измеряемого физ. параметра В ПРД в качестве чувствит элемента используют пьезоэлектрический резонатор (в основном из кварца), работающий в режиме резонансных колебаний (рис. 3). ПРД используются гл обр- для измерения статич., механич , тепловых, эл -маги и др. физ параметров в широком динамич диапазоне с высокой точностью (напр., при измерении механич воздействий в динамич. диапазоне до 140 дБ погрешность измерения не превышает 10~ %). Выделяют ПРД, в к-рых измеряемый физ. параметр изменяет частоту пьезоэлектрич. резонатора Осн. преимуществом ПРД является высокая чувствительность и линейность преобразования (налр., при измерении темп-ры чувствительность достигает 3 кГц град, а нелинейность преобразования в темп-рном диапазоне 0—100 С ие превышает 0,05 С), а также возможность передачи выходных сигналов иа достаточно большие расстояния Нанесение селективного сорбента на колеблющуюся поверхность пьезоэлектрич. резонатора ПРД обеспечивает использование ПРД для измерения толщины тонких плёнок, влажности, концентрации разл   хим. в-в и др
К осн параметрам П п относятся следующие. 1) Для излучателей, а) кпд, зависит от среды, в к-рой работает П. п., и согласования с ней; обычно лежит в пределах от долей процента (в воздушной среде) до 40—49% (в воде); б) удельная акустич мощность, зависит от конструкции П. п., рабочей частоты, прочностных характеристик пьезоэлектрич.    материала   и   др.,    обычно   составляет    10    — 10 Вт см ,- в) резонансная частота, зависит от конструкции пьезоэлемента; лежит в пределах от иеск. Гц до неск. ГГц. 2) Для пьеэоприемников- а) чувствительность; зависит от параметров пьезоэлектрич. материала, конструкции П п, степени согласования и т. д.; напр., чувствительность пьезокерамич. приёмников для измерений в воде лежит в пределах от неск. мкВ Па до неск. мВ Па; б) частотный диапазон, для широкополосных П п лежит в пределах от неск Гц до неск ГГц. 3) Для устр-в перемещения: а) чувствительность; для пьезокерамич. П. п. составляет (0,1—5)-10" мкм мВ; б) усилие, к-рое может развить П. п., лежит в пределах от долей г до 10 кг; в) величина перемещения; лежит в пределах от долей мкм до неск. мм. 4) Для пьезотрансформаторов: а) кпд; составляет 40—90%; б) коэф. трансформации; для высоковольтных пьезотрансформаторов составляет 50—10 .
П. п   применяют в гидроакустике, УЗ технике, медицине, лазерной технике и др.