 |
Генератор для пьезоэлектрического преобразователя
|
|
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
(СПбГЭТУ)
Факультет информационно-измерительных и биотехнических систем
Кафедра электроакустики и ультразвуковой техники
Направление «Приборостроение»
Магистерская программа «Акустические приборы и системы»
МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ ПРОЕКТ
На тему:___________________________________________________________
___________________________________________________________
Выполнил_______________________________/ _______________ /
(Ф.И.О. студента, № группы)
Руководитель____________________________/ _______________ /
Санкт-Петербург
201_ г.
| Факультет ИБС Кафедра: ЭУТ | «УТВЕРЖДАЮ» Руководитель программы ______________ /Аббакумов К.Е./ |
| Направление: Приборостроение | "____" ___________ 201_ г. |
Техническое задание
на выполнение междисциплинарного проекта
по программе «Акустические методы исследования свойств твердых тел»
1. Исполнитель: (ФИО, № группы)_____________________________________
2. Руководитель: _____________________________________________________
_____________________________________________________________________
3. Тема МДП: ______________________________________________________
Особые условия выполнение проекта___________________________________
(Указываются особенности выполнения проекта, например: Тема проекта является частью общей темы _____________________________________, выполняемой совместно студентами_________________________________)
4. Исходные данные (технические требования): ________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
5. Содержание работы:_______________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
|
|
|
6. Вид отчётных материалов:__________________________________________
_____________________________________________________________________
| Дата выдачи задания | Дата представления МДП к защите |
| "____" __________ 201_ г. | "____" ___________ 201_ г. |
Исполнитель: _______________________ /___________________ /
Руководитель: ______________________ /___________________ /
Консультант ________________ /__________________ /
Консультант ________________ /__________________ /
Реферат.
Отчет 22 с, 5 источников
Тема: Расчёт генератора для пьезоэлектрического преобразователя
Основные термины: Ультразвук, пьезоэлектрический эффект, импеданс,
Оглавление
Оглавление. 4
Введение. 7
Постановка задачи. 9
Генератор для пьезоэлектрического преобразователя. 10
Область техники, к которой относится изобретение. 11
Уровень техники. 11
Раскрытие изобретения. 13
Краткое описание чертежей. 13
Осуществление изобретения. 15
Формула изобретения. 19
Расчет напряжения холостого хода для пьезоэлектрического преобразователя. 21
Заключение: 23
Список литературы: 24
Перечень сокращений, условных обозначений и терминов.
УЗИ- ультразвуковое исследование
ВМЗР - Внутриутробное отставание развития плода
ПСД - Потоковая спектральная допплерография
ЭД – Энергетическая доплерография
Введение.
Ультразвук – это высокочастотные звуковые волны или упругие колебания в среде с частотой за пределом слышимости человека. Обычно под ультразвуком понимают частоты выше 20 000 Герц. Хотя о существовании ультразвука известно давно, его практическое использование достаточно молодо. В наше время ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. В медицинской диагностике применяют ультразвук в диапазоне частот от 2 до 10 МГц под процедурой УЗИ Физическая основа УЗИ — пьезоэлектрический эффект. При деформации монокристаллов некоторых химических соединений (кварц, титанат бария) под воздействием ультразвуковых волн, на поверхности этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды — прямой пьезоэлектрический эффект. При подаче на них переменного электрического заряда, в кристаллах возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно то приёмником, то источником ультразвуковых волн. Эта часть в ультразвуковых аппаратах называется акустическим преобразователем, трансдюсером или датчиком.[1]
|
|
|
Ультразвуковые преобразователи (пьезоэлектрические и магнитострикционные) работают от источника питания электрической энергии. Эту задачу выполняют ультразвуковые генераторы, которые подразделяются на машинные и ламповые (полупроводниковые). К ультразвуковым генераторам предъявляются следующие основные требования: стабильность частоты, возможность плавного регулирования частоты и выходной мощности, надежность в работе, небольшие габариты.
Машинные генераторы, а точнее машинные преобразователи (умформеры), рассчитаны на работу с частотой до 20 килогерц и мощностью до 150 киловатт. Они просты по устройству и в обслуживании, экономичны, имеют большой коэффициент полезного действия (кпд), надежны в работе. Однако они не получили широкого распространения из-за низкой стабильности частоты и сложности ее регулирования, а также из-за трудности получения частоты более 20 килогерц без дополнительных устройств-множителей.
Ламповые генераторы имеют более широкое применение для возбуждения в преобразователях механических колебаний звуковой и ультразвуковой частоты. Особенностью таких преобразователей является то, что они позволяют изменять частоту в широких пределах, имеют больший по сравнению с машинными кпд и могут быть выполнены в широком диапазоне мощностей.
В Советском Союзе разработаны и широко используются ультразвуковые генераторы различных мощностей и размеров. Мощность, частота и размеры генератора выбираются в зависимости от его назначения. Например, в ультразвуковых установках, предназначенных для механической обработки твердых сплавов и очистки деталей, нужны генераторы большой мощности (до 10 киловатт), а для медицинских установок ультразвуковой физиотерапии - генераторы сравнительно небольшой мощности (10-20 ватт).
|
|
|
Для промышленных целей в основном широко применяются ультразвуковые генераторы серии УЗГ (УЗГ-2.5М, УЗГ-6М, УЗГ-10М, УЗГ-10У, УЗГ-2-10, УЗГ-10-22 и др.). Они используются в таких технологических процессах, как очистка и обезжиривание перед гальваническими и другими покрытиями, травление и удаление окалины после термообработки, снятие заусениц с деталей, сварка металлов и пластмасс, пропитка электроэлементов и отливок, механическая обработка сверхтвердых и хрупких материалов, дегазация алюминиевых расплавов, ускорение химических процессов, эмульгирование, распыление и т. д. В промышленности применяются также генераторы типов УМ 1-4, УМ2-10, УМ2-25, предназначенные для питания ультразвуковых технологических установок.
Научно-исследовательскими и проектно-технологическими организациями созданы новые ультразвуковые генераторы УЗГС-4, УМЗ-2, УЗГЗ-1,6, УЗГ5-1Д УЗГ-1-4, УЗГ-2-4, УЗГ-З-0,4 и др. Они выгодно отличаются от генераторов предшествующих выпусков, так как имеют выдвижные блоки, что обеспечивает свободный доступ к отдельным элементам. Кроме того, у таких генераторов предусмотрена плавная регулировка мощности от 50 до 100 процентов. В последние годы разработаны и изготовляются ультразвуковые малогабаритные настольные генераторы на полупроводниках мощностью 100-600 ватт. Такие генераторы имеют большую надежность в работе, практически неограниченный срок службы и могут использоваться в различных технологических процессах. Это, например, такие генераторы, как УЗГ4-0,1, УЗГ1-0,4, УЗП-0,1 и др.
Постановка задачи.
Пьезоэлектрический эффект– явление, характеризующее возникновение электрической поляризации (индукции) под действием механических напряжений или возникновение деформации под действием электрического поля в некоторых веществах (пьезокристаллах). Если пьезоэлектрическую пластину, вырезанную определенным образом, подвергнуть действию механических напряжений (сжатию, растяжению, сдвигу), то на ее поверхности появляются электрические заряды, обусловленные поляризацией, – это так называемый прямой пьезоэффект; при внесении такой пластинки в электрическое поле возникает ее деформация, линейно зависящая от напряженности электрического поля, – обратный пьезоэффект.
|
|
|
Механизм прямого пьезоэффекта объясняется возникновением или изменением дипольного момента элементарной ячейки кристаллической решетки в результате смещения зарядов под действием механических напряжений. При действии электрического поля на элементарные заряды в ячейке приходит их смещение и как следствие изменение средних расстояний между ними, т.е. деформация (обратный пьезоэффект).
Генератор для пьезоэлектрического преобразователя
Изобретение относится к области пьезоэлектрических преобразователей. Сущность: генератор содержит два трансформатора (11А, 11В), каждый из которых содержит первичную обмотку (L1) и вторичную обмотку (L2), и четыре выключателя (19А, 19В, 21А, 21В), приводимых в действие генератором сверхзвуковой частоты. Два (21А, 21В) из четырех выключателей соединяют поочередно вторичную обмотку каждого трансформатора с пьезоэлектрической нагрузкой (5). Два других выключателя (19А, 19В) соединяют поочередно две первичные обмотки с источником питания (17). При этом в течение первого полупериода, называемого «положительным полупериодом», первичная обмотка одного из указанных трансформаторов заряжается энергией, в то время как вторичная обмотка другого трансформатора отдает мощность на пьезоэлектрическую нагрузку. В течение второго полупериода, называемого «отрицательным полупериодом», вторичная обмотка одного трансформатора отдает мощность на пьезоэлектрическую нагрузку, в то время как первичная обмотка другого трансформатора заряжается энергией. Технический результат: обеспечение постоянства мощности в интервале изменения импеданса. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
|
|
|
