При помощи пьезоэлектрического манометра измеряют давление и на расстоянии. Для этого манометр устанавливают на исследуемом объекте и при помощи проводов соединяют с усилителем, находящимся на месте наблюдения. В случае необходимости электрические сигналы с усилителя могут быть преобразованы в радиосигналы и переданы на значительные расстояния!.

Пьезоэлектрические манометры удобны в обращении, прочны и невелики по размерам.

Все эти свойства обусловили широкое применение пьезоэлектрических датчиков давления в науке и технике. При помощи таких датчиков на железнодорожном транспорте измеряют давление, которое оказывает на рельсы проходящий поезд. Разработаны и широко применяются пьезокварцевые датчики для исследования рабочего процесса в двигателях внутреннего сгорания, в паровых и газовых турбинах, атомных реакторах.

Применяются пьезоэлектрические манометры и в военном деле. При изучении полета артиллерийского снаряда необходимо знать его поведение внутри ствола орудия в момент выстрела. Для этого в ствол монтируется пьезоэлектрический датчик давления, показания которого раскрывают процесс выстрела (рис. 49).

Необходимы пьезоэлектрические манометры и для определения силы ударной волны при испытательных взрывах зарядов взрывчатых веществ. В этом случае пьезоэлектрические датчики устанавливают на различных расстояниях от центра взрыва. Величины давлений, измеренные датчиками, будут характеризовать силу ударной волны и ее изменение с увеличением расстояния.

Среди пьезоэлектрических датчиков можно найти и пьезоэлектрический акселерометр — прибор для измерения ускорений. Сила инерции зависит от массы тела. Если тело движется, то сила инерции зависит и от ускорения, т. е. прироста скорости за единицу времени. Чем больше масса и ускорение тела, тем больше сила инерции. Если каким-либо образом измерить силу инерции, то, зная массу тела, можно определить ускорение.

Этот принцип и положен в основу устройства пьезоэлектрического акселерометра (рис. 50), В камере акселерометра на пружинах подвешен груз. Одна из пружин прикрепляется к электроду пьезокварцевой пластинки. Движение корпуса вызывает смещение груза, а следовательно, и давление на кварцевую пластинку. Величина электрических зарядов, возникающих на пластинке, пропорциональна смещению груза, а следовательно, и ускорению.

Пьезоэлектрическими акселерометрами можно измерять не только ускорения, но и вибрацию. Знать, как вибрируют те или иные детали и приборы при движении самолета, ракеты, корабля, очень важно. Дело в том, что при определенных условиях вибрация может достигнуть значительного размаха, и в результате прибор или деталь выйдут из строя.

Чтобы измерить частоту и размах вибрации, на исследуемый прибор устанавливают акселерометр. Под влиянием вибрации груз периодически сдавливает и растягивает кварцевую пластинку. В цепи пластинки возбуждается переменный ток, величина и частота которого пропорциональны вибрации.

Колебания пластинки можно записать на ленту, используя самопишущее устройство, подобное тому, которое применяется в ультразвуковом эхолоте. Такой прибор называется акселерографом. При высокой частоте вибрации эти колебания можно просмотреть на экране электронно-лучевой трубки.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО В МЕДИЦИНЕ

Казалось бы, как далека медицина от радиоэлектроники! Но сейчас все больше и больше радиоэлектронных приборов поступает на службу делу укрепления и сохранения здоровья человека. Среди них почетное место занимают и пьезоэлектрические приборы.

Волноводный щуп — металлический стержень, колебания которого передаются пьезоэлектрическому приемнику, с успехом применяется в качестве хирургического зонда. Колебания, возникающие при исследовании глубокого ранения, прослушиваются при помощи телефонов и позволяют судить о характере ранения.

Разработаны различные хирургические инструменты, оборудованные чувствительными пьезоэлектрическими устройствами. Например, пьезоэлектрический нож по характеру звука, слышимого в телефонах, дает возможность хирургу судить о том, какую ткань организма он разрезает.

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.