Высокочастотный широкополосный пьезопреобразователь
Изобретение относится к устройствам акустоэлектроники и может быть применено при измерениях акустических параметров материалов, в ультразвуковой дефектоскопии, в практике медицинской диагностики. Цель изобретения - повышение долговечности и увеличение динамического диапазона напряжений возбуждения высокочастотного широкополосного пьезопреобразователя - достигается за счет расположения между рабочими поверхностями пластины, вырезанной из монокристалла иодата лития перпендикулярно гексагональной оси, и металлическими электродами диэлектрических слоев. Диэлектрические слои ограничивают диффузию ионов лития и блокируют инжекцию электронов. Толщину диэлектрических слоев определяют из соотношения, в которое входят акустические параметры кристалла иодата лития, диффузия ионов линия в материале диэлектрического слоя, долговечность пьезопреобразователя и диапазон рабочих частот 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при измерениях акустических параметров материалов, в ультразвуковой дефектоскопии, при создании ультразвуковых линий задержки, в практике медицинской диагностики. Цель изобретения повышение долговечности и динамического диапазона в режиме излучения. На чертеже схематично представлен высокочастотный широкополосный пьезопреобразователь. Он включает в себя пластину 1 монокристалла иодата лития, ориентированную перпендикулярно гексагональной оси монокристалла, металлические электроды 2 и диэлектрические слоя З, расположенные между рабочими поверхностями пластины 1 и металлическими электродами 2. Работает высокочастотный широкополосный пьезопреобразователь следующим образом. К металлическим электродам 2 подается высокочастотное напряжение (в диапазоне частот 1-100 МГц). За счет обратного пьезоэффекта с учетом вида тензора пьезомодулей монокристалла иодата лития и выбранной ориентации пластины 1, в ней возбуждается продольная ультразвуковая волна, распространяющаяся перпендикулярно рабочим поверхностям. Диэлектрические слои 3 ограничивают диффузию ионов лития из пластины 1 к металлическим электродам 2 и блокируют инжекцию электронов из металлических электродов 2 в объем пластины 1 За счет этого повышается долговечность и увеличивается динамический диапазон напряжений возбуждения пьезопреобразователя. Физическая сущность процессов, определяющих изобретение, состоит в следующем. Для электроакустического преобразования энергии электрического поля в механическую в пьезоэлектрических кристаллах с ионной проводимостью, к каким относятся монокристаллы иодата лития, существенно важными процессами являются ионный и электронный обмен между металлическими электродами и кристаллом. При этом в приэлектродных областях образуются крупномасштабные проводящие неоднородности, которые в случае кристаллов иодата лития представляют собой литиевые дендриты или фракталы. Эти неоднородности приводят к неоднородным распределениям внутрикристаллических полей и значительно влияют на механизм электроакустического преобразования. Степень влияния внутренних неоднородных полей, возникающих и изменяющихся за счет процессов диффузии ионов лития и инжекции электронов под действием внешнего электрического поля, тем выше, чем меньше толщина пьезопреобразователя. С уменьшением толщины пластины из монокристалла иодата лития увеличивается широкополосность пьезопреобразователя и снижается электрическая прочность, что ведет к уменьшению долговечности и снижению динамического диапазона напряжений возбуждения пьезопреобразователя. Кроме того, образование микроканалов и трещин при механической обработке пластины создает благоприятные условия для диффузии ионов лития и приводит к возможности локальных электрических пробоев через такие микродефектные области, т.е. к уменьшению долговечности работы пьезопреобразователя. Следует принять также во внимание и электростимулированную инжекцию электронов с непосредственно контактирующих с рабочими поверхностями пьезопластины металлических электродов, которая дестабилизирует сложившиеся неоднородности внутри кристаллического электрического поля и в результате приводит к изменению со временем рабочих параметров пьезопреобразователя вплоть до спонтанного выхода из строя. Ограничение диффузии ионов лития на границе рабочая поверхность пьезопластины металлический электрод и блокирование процессов инжекции электронов, т. е. достижение стабилизации распределения внутренних электрических полей, осуществлено за счет расположения между рабочими поверхностями пластины из монокристалла иодата лития и металлическими электродами диэлектрических слоев, что приводит к повышению долговечности и увеличению динамического диапазона напряжений возбуждения пьезопреобразователя. Для сохранения неизмененными основных параметров пьезопреобразователя - рабочей полосы частот, уровня потерь на двойное преобразование, повышения долговечности и увеличения динамического диапазона в режиме излучения выбрана толщина наносимого на рабочие поверхности диэлектрического слоя из указанного соотношения.
Формула изобретения
Высокочастотный широкополосный пьезопреобразователь, содержащий пластину монокристалла иодата лития, гексагональная ось которого перпендикулярна большим поверхностям пластины, на которых расположены металлические электроды, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности и динамического диапазона в режиме излучения, между пластиной и каждым электродом расположен диэлектрический слой, толщина d которого выбирается из условия
где с скорость ультразвуковой волны вдоль гексагональной оси монокристалла иодата лития; 
макс максимальная частота спектра электроакустического преобразования; D коэффициент диффузии ионов лития в диэлектрическом слое; Т долговечность пьезопреобразователя.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000
Извещение опубликовано: 20.10.2000
