Поверхностные акустические волны

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Типичное ПАВ устройство, в основе которого применяется встречно-гребенчатый преобразователь, используемое в качестве полосового фильтра[1]. Поверхностная волна генерируется слева через приложение переменного напряжения через проводники, изготовленные печатным методом. При этом электрическая энергия преобразуется в механическую. Двигаясь по поверхности механическая высокочастотная волна меняется. Справа — приёмные дорожки снимают сигнал, при этом происходит обратное преобразование механической энергии в переменный электрический ток, через нагрузочный резистор.

Пове́рхностные акусти́ческие во́лны (ПАВ) — упругие волны, распространяющиеся вдоль поверхности твёрдого тела или вдоль границы с другими средами. ПАВ подразделяются на два типа: с вертикальной поляризацией и с горизонтальной поляризацией (волны Лява).

К наиболее часто встречающимся частным случаям поверхностных волн можно отнести следующие:

  • Волны Рэлея (или рэлеевские), в классическом понимании распространяющиеся вдоль границы упругого полупространства с вакуумом или достаточно разреженной газовой средой.
  • Затухающие волны рэлеевского типа на границе твердого тела с жидкостью.
  • Незатухающая волна с вертикальной поляризацией, бегущая по границе жидкости и твердого тела
  • Волна Стоунли, распространяющаяся вдоль плоской границы двух твердых сред, модули упругости и плотности которых не сильно различаются.
  • Волны Лява — поверхностные волны с горизонтальной поляризацией (SH типа), которые могут распространяться в структуре упругий слой на упругом полупространстве.

Волны Рэлея[править | править вики-текст]

Волны Рэлея, теоретически открытые Рэлеем в 1885 году[2], могут существовать в твердом теле вблизи его свободной поверхности, граничащей с вакуумом. Фазовая скорость таких волн направлена параллельно поверхности, а колеблющиеся вблизи нее частицы среды имеют как поперечную, перпендикулярную поверхности, так и продольную составляющие вектора смещения. Эти частицы описывают при своих колебаниях эллиптические траектории в плоскости, перпендикулярной поверхности и проходящей через направление фазовой скорости. Указанная плоскость называется сагиттальной. Амплитуды продольных и поперечных колебаний уменьшаются по мере удаления от поверхности вглубь среды по экспоненциальным законам с различными коэффициентами затухания. Это приводит к тому, что эллипс деформируется и поляризация вдали от поверхности может стать линейной. Проникновение волны Рэлея в глубину звукопровода составляет величину порядка длины поверхностной волны. Если волна Рэлея возбуждена в пьезоэлектрике, то как внутри него, так и над его поверхностью в вакууме будет существовать медленная волна электрического поля, вызванная прямым пьезоэффектом.

Применяются в сенсорных дисплеях с поверхностными акустическими волнами. [3][нет в источнике 931 день]

Затухающие волны рэлеевского типа[править | править вики-текст]

Затухающие волны рэлеевского типа на границе твердого тела с жидкостью.

Незатухающая волна с вертикальной поляризацией[править | править вики-текст]

Незатухающая волна с вертикальной поляризацией, бегущая по границе жидкости и твердого тела со скоростью звука в данной среде.

Волна Стоунли[править | править вики-текст]

Волна Стоунли, распространяющаяся вдоль плоской границы двух твердых сред, модули упругости и плотности которых не сильно различаются.

Волны Лява[править | править вики-текст]

Волны Лява — поверхностные волны с горизонтальной поляризацией (SH типа), которые могут распространяться в структуре упругий слой на упругом полупространстве.

Поверхностные акустические волны в пьезоэлектриках[править | править вики-текст]

Поверхностные акустические волны в пьезоэлектриках (линейная среда) полностью характеризуются уравнениями для смещений Ui и потенциала φ[4]:

T_{ij}=C_{ijkl}S_{kl}-e_{kij}E_k,
D_i=\varepsilon_{ij}E_j+e_{ijk}S_{jk},
S_{kl}=\frac{1}{2}\left(\frac{\partial U_k}{\partial x_l}+\frac{\partial U_l}{\partial x_k}\right),
E_i=-\frac{\partial \phi}{\partial x_i},
\rho\frac{\partial^2 U_i}{\partial t^2}=\frac{\partial T_{ik}}{\partial x_k},

где T, S — тензоры напряжений и деформаций; E, D — векторы напряженности и индукции электрического поля; C, e, ε — тензоры модулей упругости, пьезомодулей и диэлектрической проницаемости соответственно; ρ — плотность среды.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Например, фильтры на поверхностных акустических волнах для электроники цветных стационарных телевизионных приёмников.
  2. Lord Rayleigh (1885). «On Waves Propagated along the Plane Surface of an Elastic Solid». Proc. London Math. Soc. s1-17 (1): 4–11.
  3. «Устройства на поверхностных акустических волнах в системах и средствах связи» А. Багдасарян
  4. А. В. Осетров, Нгуен Ван Шо Расчет параметров поверхностных акустических волн в пьезоэлектриках методом конечных элементов Вычислительная механика сплошных сред. – 2011. – Т. 4, № 4. – С. 71-80. [1]

См. также[править | править вики-текст]

Волны на воде

Датчики на поверхностных акустических волнах

Ссылки[править | править вики-текст]

  • Физическая энциклопедия, т.3 — М.:Большая Российская Энциклопедия стр.649 и стр.650.