Из этой
формулы следует, что из-за большой скорости звука в пьезокерамическом
материале ЦТС, сравнимой со скоростью звука в металлах, резонансная длина
в области частот 20—25 кГц составляет 60—70 мм. Для поляризации таких
стержней, а также для создания оптимальной напряженности по длине в
процессе работы необходимо слишком высокое напряжение. Поэтому
использовать пьезокерамику на низких ультразвуковых частотах, применяемых
для сварки пластмасс, практически невозможно. В связи с этим
современные преобразователи с . пьезокерамическими элементами
строятся по принципу «пакета Лаижевена» (рис. 11.2,6).
Такой пакет
представляет собой пьезопластину толщиной 5— 10 мм, к металлизированным
обкладкам которой подается переменное электрическое напряжение.
Пьезопластина соединяется с пассивными металлическими (стальными или
алюминиевыми) часто-то п о и и ж а ю щ и м и накладками.
Толщина
накладок выбирается так, чтобы на заданной частоте высота пакета в целом
была равна половине длины волны. Основными преимуществами такою
пакетного преобразователя являются конструктивная простота,
отсутствие необходимости в высоком напряжении поляризации, сравнительно
малый объем пьезоактив-пого материала. Максимальный к. п. д. при
достижении одной и той же акустической мощности излучения у
пьезокерамических преобразователей выше, чем у магиитострикциониых
металлических, а система охлаждения гораздо экономичнее или вообще не
требуется. Недостатки указанной конструкции преобразователя связаны,
в основном, с размещением пьезоэлемеита в зоне максимальных амплитуд
механического напряжения, т. е. наибольших потерь. Кроме того, в режиме
больших амплитуд наблюдается нестабильность получении, нагрев
иьезоэлемеитов, деполяризация и выход преобразователей их из строя
[1/0].
С точки
зрення получения высоких к. п. д. пьезоэлсмент в пакете Лаижевена
размещается в невыгодной зоне. Теоретическое и экспериментальное
исследование этого вопроса показало, что оптимальные зоны размещения
пьезоэлемеита в стержневом однородном резонансном преобразователе
располагаются между средним и обоими крайними его сечениями. На основании
этого исследования был сконструирован преобразователь, в котором
использовались две пьезопластины (по одной в каждой оптимальной зоне),
расположенные одинаковыми знаками предварительной поляризации
навстречу друг другу; наружные накладки были заземлены, а к среднему
вкладышу подводилось переменное напряжение. К. п. д. таких
преобразователей, измеренный при излучении в воду в линейном режиме
по круговым диаграммам, составил 45—60%. При этом преобразователь работал
без принудительного охлаждения в течение 1—2 ч.
Для
увеличения к. п. д. преобразователя предложена другая схема [170],
содержащая следующие основные узлы: две плоские пьезопластины; разделяющий
их средний вкладыш, состоящий для
