Чудесные кристаллы - [20]
В последнее время получили распространение пьезоэлектрические приборы для так называемой безножевой хирургии. Эти приборы создают ультразвуковые колебания такой высокой интенсивности, что с их помощью можно поражать участки живой ткани без нарушения соседних участков. На рис. 51 изображен кварцевый фокусирующий излучатель, применяемый для этих целей. Излучатель состоит из четырех кварцевых фокусирующих пластин, создающих ультразвуковые пучки очень высокой интенсивности.
Для лечения зубов созданы ультразвуковые бормашины. Зубная эмаль хорошо обрабатывается ультразвуком, причем менее болезненно, чем обычной бормашиной.
Существуют пьезоэлектрические приборы, позволяющие устанавливать диагноз заболеваний. При помощи ультразвуковых колебаний можно, например, исследовать бьющееся сердце и определить характер его заболевания. Применив высокие частоты и тонкие ультразвуковые лучи, можно даже проследить за колебаниями отдельных участков сердца.
В последнее время методы ультразвукового просвечивания живых тканей стали дополнять широко распространенные методы рентгенографии. Эти методы с успехом применяются в животноводстве для определения степени упитанности животных. Были предприняты успешные попытки использовать метод ультразвукового просвечивания злокачественных опухолей. Полученные результаты позволяют надеяться, что при помощи этого метода можно будет устанавливать наличие злокачественных опухолей на ранних стадиях их развития.
Нашли применение в медицине и методы ультразвуковой локации. Созданы, например, миниатюрные локаторы, позволяющие слепому ориентироваться относительно окружающих его предметов. Этот прибор состоит из ультразвукового излучателя и смонтированного вместе с ним ультразвукового пьезоэлектрического приемника. Батареи питания помещаются на поясе или в кармане, а излучатель и приемник человек держит в руке. Эхосигналы, отраженные от предметов, на которые направляется ультразвуковой луч, прослушиваются в телефонах. Таким способом слепой может обнаружить предметы, находящиеся на расстоянии до 10 метров.
НОВЫЕ УСПЕХИ
В нашем рассказе мы коснулись лишь немногих примеров практического применения пьезоэлектрических явлений. Но и они позволяют судить о том, какое большое влияние оказало пьезоэлектричество на развитие науки и техники, как это физическое явление помогло решить разнообразные актуальные задачи.
На этом можно было бы и закончить знакомство с пьезоэлектричеством. Но наш рассказ будет неполным, если мы не сообщим о некоторых новых областях применения и о будущем пьезоэлектрической техники.
Большие успехи достигнуты в разработке приборов, использующих пьезоэлектрический эффект в радиоэлектронике. Помимо многочисленных генераторов, стабилизаторов, преобразователей, фильтров, в настоящее время, по данным зарубежной печати, успешно разрабатываются пьезоэлектрические трансформаторы напряжений.
Трансформатор напряжения — устройство, позволяющее повысить или понизить подводимое к нему электрическое напряжение. Обычные трансформаторы напряжений — довольно тяжелые и громоздкие приборы, размеры которых растут по мере повышения рабочего напряжения.
Пьезоэлектрический трансформатор напряжения лишен этих недостатков. Он состоит из двух стержней с разными пьезоэлектрическими свойствами (рис. 52). На электроды одного из них (входного) подается переменное электрическое напряжение. Механические колебания, возникающие в этом стержне, передаются выходному стержню. Поскольку пьезоэлектрические свойства стержней различны, то снимаемое с выходного стержня напряжение будет отличаться от подводимого. Обычно требуется повышать подводимое напряжение. Поэтому выходной стержень изготовляют из материала, обладающего значительным пьезоэлектрическим эффектом.
Еще большее усиление у так называемых гибридных трансформаторов. Здесь в качестве входного устройства используют магнитострикционный сердечник с обмоткой, на которую подается входное напряжение. Выходным устройством является пьезоэлектрический стержень с двумя электродами (рис. 53). Входное напряжение вызывает магнитострикционные колебания сердечника, которые передаются стержню. Такие трансформаторы могут обеспечить усиление подводимого напряжения в несколько сот раз.
Особенно велики успехи пьезоэлектричества в технических отраслях, связанных с использованием ультразвука. Здесь пьезоэлектричество применяется на каждом шагу. Без него не обойтись в излучателях и приемниках ультразвука, в фокусирующих линзах, в фильтрах и стабилизаторах частоты.
Области применения пьезоэлектричества продолжают расширяться. Помимо гидролокаторов и эхолотов, пьезоэлектрические приборы стали применяться и в других устройствах. В частности, пьезоэлектрические акселерометры являются основной частью инерциальной навигационной системы, устанавливаемой на подводных лодках зарубежных флотов. Считается, что такая система обеспечивает самую высокую точность определения места корабля в море. Система надежна в работе, не подвержена влияниям магнитных бурь, метеорологических условий и маневрирования корабля.
