Piezoelectricitate - studopediya

In 1946, A. munca P.G.Pozdnyakovym Sternberg A. și a început în creștere cristale de cuarț, iar în 1951, primele cristale cântărind aproximativ 40 g (cristale cultivate pe sămânță ca o placă AT-cut) au fost obținute. strat supradezvoltat aproximativ 5 mm a permis o grosime rezonatoare fabrica de probe și arată că parametrii lor nu sunt diferite de parametrii rezonatoare de cristale naturale. De asemenea, au produs și investigate primele probe de titanat de bariu ceramica piezoelectrice.

În conformitate cu Regulamentul privind TsNIILPe, principala sa sarcină este studiul de ansamblu a fenomenelor de piezoelectricitate și introducerea realizărilor practice ale economiei naționale în domeniul instrumentelor și dispozitivelor, bazat pe principiul piezoelectric, precum și metodele de fabricație avansate de materiale piezoelectrice și pezoelementov Piezopribor.

În TsNILPe în 1949-1954 gg. sub conducerea domnului Pozdnyakov și A. A. Shtenberga efectuat cercetări asupra sintezei de cuarț. S-au obținut cristale de cuarț cu o greutate de până la 150 de grame până la 1 litru la o presiune de 1000 de atmosfere. și la temperaturi de până la 370 °.
În 1954. Rezoluția URSS a fuzionat TSNILP de laborator cuarț NII-20 și magazin de îmbogățire a I0 principal Departamentul de Ministerul industriei electronice a URSS, pe baza unui laborator №1 ceea ce a fost creat VNIIPO (unional Institutul de Cercetări Științifice de cuarț piezoelectrice).
Pe parcursul anilor 1954-1955 sub greutate direcția A. A. Shternberga calitate de cuarț cristale do1,5kg au fost preparate în flacoane de 12 litri, la o presiune de până la 400atm. si temperaturi de pana la 340 C. Aceste studii au demonstrat cultivarea quartz posibilitate în vase, la presiuni mai mici. În plus, laboratorul №1 metoda de gravare a plăcilor de semințe în perioada de intrare a autoclavei a fost dezvoltat într-un mod care a avut o influență decisivă asupra calității recepției cristalelor de cuarț.

Crystal Oscilatoare:
pe baza tehnologiei de laborator gereratorov VV Bashmakova (1958-1961gg.) A creat echipamente tehnologice Departamentul de Dezvoltare sub supravegherea Kozhemyakina KG și Șuvalov VV În 1961-1969 ani a dezvoltat o serie de generatoare de tehnologie, inclusiv un GDK-3. În 1964-1969gg. sub direcția VV Șuvalov au fost elaborate teorii și metode de calcul a oscilatoare de cristal.
Aceste lucrări creează o bază puternică teoretice și practice pentru dezvoltarea și producția de oscilatoare de cristal.

Standardizarea și armonizarea produselor
Institutul numit organizația de bază cu privire la standardizare. Organizat de către departamentul de standardizare. Standardizarea a fost privită ca un mijloc de control al calității. Sub îndrumarea EP lucrări de cercetare Zolotov au fost efectuate, care au fost folosite pentru a dezvolta un număr de parametri, dimensiuni, a efectuat kvartsederzhateley de unificare, tăiat de cristal.

Ordinul comun al președintelui SERC și GKET №183 din 4 mai anul 1961 a indicat privind transferul trimiterii la jurisdicția SERC GKET un număr de organizații de cercetare și instalații pilot, inclusiv Institutul de Cercetare de stabilizare cuarț și pezotehniki NII-484.
Pe parcursul acestor ani, extinderea producției de piezoelectrice și baza sa științifică. În 1961 a început construcția unei fabrici în orașul Yuzhno-Uralsk pentru cultivarea comercială a piezo-cuarț.

În 1962, prima fabrică specializată URSS pentru producția de rezonatoare de cuarț aranjate în Voljskii.

În 1966 a început în Volgograd Construcția fabricii
ceramica piezoelectrice și produsele lor.
Aceste companii și organizații au început crearea de sub-sectoare ale industriei electronice - pezotehniki.

Componența ONG-urilor „fononice“ sunt incluse:
1. Institutul de Cercetare pezotehniki (NIIPT) București, cu o sucursală în Zelenograd - cap.
2. Sucursala NIIPT Dușanbe
3. Plant "meteorit", în NIIPT g.Buharest
4. Plant "Piezo" în Zelenograd NIIPT
5. Instalația de la ramura NIIPT Dușanbe
6. Plant "Almos" la filiala NIIPT Leninabad
7. dispozitive electronice de plante Volgograd „Meteor“ Voljskii
8. South Ural Plant "Crystal"
9. plante Volgograd Produse piezoceramice Volgograd.

Pentru prima dată în Uniunea Sovietică la „Meteor“ este proiectat, fabricat și instalat producția linia de transport de rezonatoare de cuarț.
În timpul 1971, în ONG „Phonon“ include patru întreprinderi independente.

În 70 de ani, Uniunea Sovietică a format o nouă direcție pezotehniki - pezoelektronika, al cărui aspect se datorează cerințelor miniaturizarea componentelor, inclusiv rezonatoare, precum și necesitatea de a crea module funcționale complete, care sunt compatibile cu componentele dispozitivelor microelectronice.
Metodele microelectronică penetrează tehnologia de fabricație cristal.
În acest deceniu, am fost dezvoltate și puse în producție în ONG microcavități „fononului“ pentru ceasuri electronice, filtre monolit, Microgeneratori și filtre SAW.

Dezvoltarea de dispozitive piezoelectrice pentru sistemul cardiovascular de diagnosticare, cercetarea și crearea de traductoare micromovings pompa versiune implantabil unei inimi artificiale.
Sub conducerea lui VF Konopkin în timpul 1972-1987 ani a dezvoltat o serie de senzori pentru a crea o serie unificat de SCE pentru emițătorii de ultrasunete terapeutice, monitorizarea tensiunii arteriale și a altor echipamente medicale.

În 1971-1973 în ramura NIIPT în Zelenograd au fost dezvoltate și puse în producție primele produse acoustoelectronics, și anume:
- piezoceramic linie multiplă întârziere SAW (pentru aceasta ramură angajații de dezvoltare (Britsyn KI Karpeev DV) Decrete acordate și medalii);
- filtru cu cristale monolitic de 18,5 MHz;
- Filtre bandpass SAW la 300 MHz;
- frecvență microblocks selective în gama de frecvențe de 1-100 MHz.

Pe parcursul perioadei 1971-1975 producția de ceramica piezoelectrice a fost pus pe o bază industrială, a început echipamente de fabricație, care vizează îmbunătățirea nivelului tehnologic de producție a proprietăților piezoceramice și puterea de ceramica piezoelectrice: a adoptat o instalație piezoelectric în Volgograd pentru producția de serie de materiale piezoceramice și elemente ale acestora

În 1975, un gol pentru prima oară în URSS în NIIPT dezvoltat o tehnologie de presare-combustibil de ceramica piezoelectrice (UTS-33) pentru produsele la SAS. Acest design a fost distins cu URSS Economia națională: Aurul (Jabotinsky, VA), un argint și patru de bronz.

În 1970, angajații NIIPT Samsonov YA Tikhomirov LG Samsonov NI A fost distins cu Premiul Lenin comsomolului pentru dezvoltarea și studiul filtrelor piezoelectrice activi.

NII "Phonon" București
filiala din Moscova Institutul de Cercetare a „fononică“ Zelenograd (NII „ELPA“)
filiala Dushanbe a Institutului de Cercetare "Phonon" Dushanbe (NII "Elto")
Plant „Meteorit“ la Institutul de „Phonon“ g.Buharest
Uzina de la Institutul „fonon“ g.Buharest
Plant „Elpa“ la filiala din Moscova a Institutului de Cercetare „fonon“ g.Leninabad
Plant "ION" regiunea g.Kryukovo Moscova
Plant "Morion" Leningrad
SKB la fabrica „Morion“ Leningrad
Fabrica de "Aurora" Volgograd
SKTB la fabrica „Aurora“ Volgograd
Plant "Meteor" Voljskii
Plant "Crystal" Yuzhno-Uralsk
Komunarskiy electromecanică Plant g.Kommunarsk
Plant "Impuls" Cherkasy
Plant „Bazalt“ Buguruslan orașului
OKBM „Malachit“ la fabrica „bazalt“ Orașul Buguruslan

Toate întreprinderile care au făcut parte din ONG „fononului“, în plus față de planta la Institutul „Phonon“ au management independent, se bucură de drepturile persoanelor juridice și conduse de un director.

Procesul a permis producerea de materiale (cuarț sintetic, de înaltă puritate materiale sintetice piezoelectrice ceramică și alte piezoelectrice puternice), produse electronice opt direcții, producția proprie de echipamente tehnologice speciale, de măsurare și echipamente de testare. Durata ciclului de producție, luând în considerare toate zonele au variat de la 9 luni la 1,2 ani. ONG „Phonon“, caracterizat prin fragmentare teritorială mare, afacerile sale au fost localizate în trei țări și nouă regiuni ale URSS.

Multe proprietăți unice și utile au cristale. Poate cel mai remarcabil dintre ele fac parte din proprietățile piezoelectrice.

Proprietățile piezoelectrice ale cristalelor caracterizate prin foarte multe, dar nu toate, ci are doar o anumită simetrie. Aceste cristale sunt, în particular, turmalina, zahăr, cuarț.

In Figura 35 descrie un cristal de cuarț. Axa principală a cristalului - axa de simetrie al treilea ordin. În planul perpendicular pe trei axe de ordinul al doilea.

Fig. 35. O modalitate de a tăia placă de cuarț piezoelectric a unui cristal de cuarț.

Indicat în figură o cale de ieșire din placa de cristal tăiat aproximativ 2 cm grosime. Putem vedea că este perpendicular pe axa principală și ordinea de 2 axe se află în planul său.

Apoi, din această placă groasă perpendicular pe una din axele de ordinul 2 sunt tăiate plăci subțiri de aproximativ 0,5 mm grosime. Din placa tonkoypezokvartsevoy astfel obținută (pe dreapta este deplasat în jos) poate produce experimente interesante.

Abandonarea placa de-a lungul direcției A perpendiculară pe axele de simetrie, și de suprafețele laterale ale plăcii învecina electrometru - un dispozitiv de detectare a sarcinii electrice (pentru avion era necesară pentru argint la contactul electric). Se pare că, sub acțiunea compresiei există taxe pe marginile plăcii de ravnyeraznoimonnye. Dacă compresia este folosit în loc de stretching, taxele schimba semne: în cazul în care comprimarea există o sarcină pozitivă, în timp ce se produce tensiune negativă, și vice-versa. Aici este un fenomen - apariția unor sarcini electrice sub presiune sau tensiune, și a devenit cunoscut sub numele de piezoelectricitate.

dispozitiv de cristal de cuarț este extrem de sensibil: aparate electrice ne permit să măsoare taxele care apar pe cuarțul la forța cea mai neînsemnată care, în alte moduri prin care nu se poate măsura. cuarț piezoelectric este, de asemenea, posibilitatea de a sărbători schimbările foarte rapide de presiune, care nu este disponibilă pentru alte instrumente de măsurare. Prin urmare, ne-am descris fenomenul este de o mare importanță practică, ca un mijloc de înregistrare electrică a tuturor tipurilor de acțiuni mecanice, inclusiv sunete. Este destul de ușor să arunce în aer pe placa piezoelectric pentru a răspunde aparat electric.

plăci de cristal de cuarț folosite în medicină - ascultă zgomotul în inima omului. De asemenea, acestea sunt utilizate în inginerie, mașini de testare funcționează: dacă există „suspecte“ zgomot. Dar, dimpotrivă, piezoquartz pot măsura presiuni foarte mari. placă de cristal de cuarț sunt de mare folos în artilerie - acestea pot fi folosite pentru a măsura variația presiunii în timpul mișcării proiectilului în țeava pistolului. Folosind ca o măsură atât de mici și mari, încet și se schimbă rapid evacuari de presiune, care ne poate da piezoquartz.

Trebuie să ne concentrăm acum pe aceleași proprietăți mecanice ale plăcii de cuarț piezoelectric. Ca orice corp solid, în placa de cuarț piezoelectrice are frecvența de oscilație, așa cum se spune, frecvența naturală.

Trageți sau comprima un arc și apoi eliberați: sarcina este suspendat pentru această primăvară, va oscila cu o anumită frecvență naturală. Devia pendulul; după ce îl eliberați, acesta va fluctua, de asemenea, cu frecvența naturală.

Flip vaza de cristal ceva, veți auzi un jingle. După cum se știe, sunetul - o vibrație în aer cauzată de mișcarea rapidă a obiectelor invizibile care emit un sunet. Crystal vaza dupa ce l-am lovit, am începe să oscileze cu o frecvență naturală.

placă de cuarț, de asemenea, va începe să oscileze - lungit și scurtat - cu o frecvență naturală, în cazul în care acesta este lovit. Putem calcula că grosimea plăcii de 1 cm, se va face aproximativ 300.000 de cicluri pe secundă. urechea noastră poate percepe numai sunetul la o frecvență de aproximativ 16 până la 20.000 de cicluri pe secundă. În consecință, Piezocuarț radiază „sunete imperceptibile“ sau se spune ultrasunetelor [6].

Cu toate acestea, vom face un simplu click al plăcii piezoquartz fluctuează numai pentru un moment. Piezoquartz proprietate remarcabilă de conversie a energiei mecanice în energie electrică, și vice-versa, o face destul de ușor de a crea oscilații susținute ale plăcii de cuarț. În experimente a stabilit că piezoquartz conectarea la placa de alimentare este ușor lungit sau contractate în direcția A - în funcție de locația sursei de poli.

Atunci când plăcile de cuarț piezoelectrice într-un circuit de curent alternativ se extinde și scurtează, adică intră într-o stare de oscilație cu frecvența curentului. În cazul în care modificările actuale de direcție de 10 000 de ori pe secundă, iar placa va oscila cu aceeași frecvență. Dar aceste fluctuații sunt mici, deoarece nu se produce cu o frecvență a laminei propria nu „rezonează“.

Cum mai bine rock leagăn? Desigur, pentru a le împinge în ritmul de oscilații naturale. Noi facem același lucru cu cuarț piezoelectric.

Va ridica frecvența AC astfel încât să fie egală cu frecvența naturală a plăcii, cu alte cuvinte, curentul electric a fost acționează în rezonanță cu oscilațiile naturale de cuarț piezoelectric. Placa vine cu vibrații puternice care radiază puternic undele ultrasonice.

Sursa de unde ultrasonice - piezoquartz - a găsit aplicarea pe scară largă în diverse domenii ale tehnologiei. Importanța excepțională a acestor valuri pentru detectarea subacvatice. Ele sunt mult mai ușor de undele sonore obișnuite, ca subiect mai direct. Mai mult decât atât, un semnal ultrasonic nu poate fi „trage cu urechea“ ureche.

La fel ca toate valurile, ecografia este reflectată de obstacole. Cu ajutorul ultrasunetelor se poate măsura adâncimea mării și, în general, determină depărtarea oricăror obstacole. În acest scop, este necesar doar să se cunoască viteza de propagare a ultrasunete pentru a determina timpul după care se va întoarce înapoi la semnalul trimis în direcția de obstacol. Este dificil de a supraestima rolul umil cristal de cuarț mici la soluția tuturor acestor probleme. Piezoquartz montate pe vehicul, emite în mod continuu cu ultrasunete. Dacă numai în calea unei nave are un obstacol subacvatic invizibil (rocă, iceberg), un val de ultrasunete reflectate și sa întors înapoi la „informa“ cu privire la necesitatea de a schimba cursul.

Undele ultrasonice sunt reflectate la și de la solide, dar, în parte, de asemenea, pătrunde în ele. Prin urmare, cu ultrasunete poate străluci prin corp si de a detecta defecte interne invizibile. O astfel de metodă a fost dezvoltată și aplicată cu succes de prof om de știință sovietic. SY Sokolov. Este foarte important ca utilizarea de cuarț piezoelectrice în electronică, în cazul în care ajută la a face mai stabil (stabilizare) a emițătorului.

Din cristale, având proprietăți piezoelectrice, în special utilizarea pe scară largă are și anume cuarț. Acest lucru se datorează rezistenței mecanice și chimice, precum și un cuarț destul de răspândită. Institutul de Fizică și Institutul de cristalografică Academia de Științe, sub conducerea câștigătorilor membru al Premiului Stalin corespunzător. Academia de Științe a URSS BM Lână și AV Shubnikova funcționează pe căutarea și obținerea altor cristale cu proprietăți piezoelectrice remarcabile. fizicienii sovietici realizat în acest domeniu realizări genial, guvern otsenonnye ridicat.