ÏÜÅÇÎÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÒÂÎ
Îäèí èç ñïîñîáîâ êîíòðîëÿ îòâåòñòâåííûõ äåòàëåé ìåõàíèçìîâ è ìàøèí — óëüòðàçâóêîâàÿ äåôåêòîñêîïèÿ. Ïðîöåññ ïîèñêà äåôåêòîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ óëüòðàçâóêîâîãî äåôåêòîñêîïà — ÓÇÄ (ðèñ. 1). Ãëàâíûé ýëåìåíò òàêîãî ïðèáîðà — êâàðöåâàÿ ïëàñòèíêà. Êîãäà íà íåå ïàäàåò îòðàæåííàÿ äåôåêòîì çâóêîâàÿ âîëíà, êâàðö ñæèìàåòñÿ è ðàñòÿãèâàåòñÿ ñ ÷àñòîòîé êîëåáàíèé çâóêîâîé âîëíû è íà åãî ãðàíÿõ âîçíèêàåò ïåðåìåííîå ýëåêòðè÷åñêîå íàïðÿæåíèå. Ýòî — ñëåäñòâèå ïðÿìîãî ïüåçîýëåêòðè÷åñêîãî ýôôåêòà. Åãî ñóùíîñòü ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïîä äåéñòâèåì ìåõàíè÷åñêîãî íàïðÿæåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè êâàðöà è íåêîòîðûõ äðóãèõ äèýëåêòðèêîâ âîçíèêàåò ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä â ðåçóëüòàòå ïîëÿðèçàöèè äèýëåêòðèêà.
Åñëè æå íà îáêëàäêè êâàðöåâîé ïëàñòèíû ïîäàòü èìïóëüñ ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ, òî êâàðöåâàÿ ïëàñòèíà íà÷èíàåò êîëåáàòüñÿ ñ ÷àñòîòîé v ïîäàâàåìîãî íàïðÿæåíèÿ è ñòàíîâèòñÿ èñòî÷íèêîì àêóñòè÷åñêèõ êîëåáàíèé òîé æå ÷àñòîòû. Òàêîå âîçíèêíîâåíèå ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé â êðèñòàëëå ïîä äåéñòâèåì ïðèëîæåííîãî ê íåìó ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ íàçûâàþò îáðàòíûì ïüåçîýëåêòðè÷åñêèì ýôôåêòîì.
Ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò ïðèñóù òîëüêî êðèñòàëëàì, ýëåìåíòàðíûå ÿ÷åéêè êîòîðûõ íå èìåþò öåíòðà ñèììåòðèè. Ýòî èîííûå êðèñòàëëû, ñîñòîÿùèå êàê áû èç äâóõ èëè íåñêîëüêèõ «âäâèíóòûõ» îäíà â äðóãóþ ïðîñòûõ ðåøåòîê, êàæäàÿ èç êîòîðûõ ïîñòðîåíà èç èîíîâ îäíîãî çíàêà — ëèáî ïîëîæèòåëüíûõ, ëèáî îòðèöàòåëüíûõ. Ïðè äåôîðìàöèè êðèñòàëëà ýòè ïðîñòûå ðåøåòêè ñäâèãàþòñÿ îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà. Ïðè ýòîì èçìåíÿåòñÿ ýëåêòðè÷åñêèé ìîìåíò êðèñòàëëà: íà åãî ãðàíÿõ ïîÿâëÿåòñÿ ýëåêòðè÷åñêîå íàïðÿæåíèå. Ïîëÿðèçàöèÿ ïüåçîýëåêòðèêà â ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå ïðèâîäèò ê åãî äåôîðìàöèè — îáðàòíîìó ïüåçîýëåêòðè÷åñêîìó ýôôåêòó.
×òîáû ïîëó÷èòü ïðèãîäíûå äëÿ ãåíåðàöèè óëüòðàçâóêîâûõ êîëåáàíèé êâàðöåâûå ïëàñòèíêè, èõ âûðåçàþò èç êðèñòàëëà êâàðöà ñ âûñîêîé òî÷íîñòüþ îðèåíòàöèè îòíîñèòåëüíî êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ îñåé (ðèñ. 2). Ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå ñâîéñòâà ãîðàçäî ñèëüíåå, ÷åì ó êâàðöà, âûðàæåíû ó ñåãíåòîâîé ñîëè. Òîëüêî åå õðóïêîñòü è íåáîëüøèå ðàáî÷èå òåìïåðàòóðû îãðàíè÷èâàþò ïðèìåíåíèå ýòîãî ïüåçîýëåêòðèêà.  ñèëüíîé ñòåïåíè ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò ïðîÿâëÿåòñÿ â êðèñòàëëàõ òè-òàíàòà ñâèíöà, åãî ïðîèçâîäíûõ è ó äèãèäðîôîñôàòà àììîíèÿ. Òàêèå êðèñòàëëû — îñíîâà ïüåçîýëåêòðè÷åñêèõ ìèêðîôîíà è òåëåôîíà; îíè ïðåîáðàçóþò äàâëåíèå â ýëåêòðîäâèæóùóþ ñèëó â ìàíîìåòðàõ, ñëóæàò äëÿ ñòàáèëèçàöèè ÷àñòîòû ðàäèîïåðåäàò÷èêîâ, èçìåðåíèÿ ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé è âèáðàöèé.