Traductori piezoelectrici

1. Piezoelectricitate, cristale piezoelectrice

Piezoelectricitatea este fenomenul de aparitie a unor sarcini elecrice de polarizare pe fetele unor materiale cristaline, atunci cand se exercita asupra lor o actiune mecanica. In fenomenul invers, prin aplicarea unui camp electric materialului piezoelectric, acesta se deformeaza.

 

Sensul sarcinilor electrice depinde de sensul deformarii( comprimare sau intindere) si urmare a acestui fapt, daca se supune un astfel de material unui camp electric alternative, materialul vibreaza cu o anumita frecventa si amplitudine.

Deoarece  fenomenulde piezoelectricitate este fenomen mecano-electric teoria trebuie sa tina seama de constantele elastice si dieletrice ale mediului.

In defectoscopiea ultrasunetelor se utililizeaza ca traductori electromecanici placute taiate din cristale de cuartz sau alte cristale piezoelectrice si placute de ceramica piezoelectrice (titan de bariu BaTiO3).

Materialele utilizate ca traductori ultrasonici trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii :

1.sa prezinte caracteristici piezoelectrice satisfacatoare ;

2.sa fie omogene ;

3.sa poata fi prelucrate in forma si marimea dorita ;

4.proprietatile lor sa aiba variatii mici cu temperatura ;

5.sa aiba frecari interne cat mai mici ;

6.sa fie stabile dpdv. fizic si chimic ;

7.sa-si pastreza proprietatile piezoelectrice in tot domeniul de temperaturi in care vor fi utilizate ;

Frecventa proprie de oscilatie a unei placute piezoelectrice se determina din conditiile de rezonanta. In acest caz grosimea < d > va trebui sa cuprinda un numar intreg de semilungimi de unda. Pentru frecventa fundamentala

  d= λ / 2

  d= Ve / 2f  dOL= 5820 / 2 f0                     =>        f0 = 2910 / d

 

Metode si tehnici de defectoscopie cu ultrasunete

In defectoscopia cu ultrasunete a materialelor metalice, sunt curent utilizate in practica urmatoarle trei metode :

  3.1 Metoda prin impuls refectat

  3.2 Metoda prin transmisie

  3.3 Metoda prin rezonanta

 

  3.1 Metoda prin impuls refectat

  a)  Metoda prin impuls refectat cu un ecou ( fig 1.4)

 

a.piesa

b.defect

c.fascicul ultrasonic

d.cuplant

e.palpator emisie-receptie

f.cablu

g.osciloscop

h.ecou initial

i.ecou de defect

j.ecou de fund

b)  Metoda prin impuls refectat cu ecouri multiple ( fig 1.5)

Metoda prin impuls refectat cu ecouri multiple

1. piesa

2.fascicul ultrasonic

3.cuplant

4.palpator emisie-receptie

5.cablu

6.osciloscop

7.ecou initial

8.ecou de fund

9.ecou de fund

3.2 Metoda prin transmisie  (fig 1.6)

1.piesa

2.fascicul ultrasonic

3.cuplant

4.palpator emisie

5.palpator receptie

6.cabluri osciloscop

 

                 Fig 1.6

 

 

 

Fig. 1.7

 

 

 

 

3.3. Metoda prin transmisierezonanta  (fig 1.7)

1.piesa

2.fascicul ultrasonic

3.cuplant

4.palpator emisie- receptie

5.cablu

6.osciloscop

 

Traductorul piezoelectric –Palpatorul

Datorita fenomenului de difractie si  interferenta in zona campulul apropiat amplitudinea este puternica atenuata, iar in zona campului departat atenuarea depinde de : diametru palpator Dp, respectiv suprafata acestuia S si lungimea de unda ᵞ (landa).