Способ контроля степени заполяризованности пьезокерамических образцов

 

СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ЗАПОПЯРИЗОВАННОСТИ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ путем приложения к образцам переменного напряжения и .регистрации электрических параметров, отличающийся тем, что, с ЦЕЛЬЮ ускорения контроля и обеспечения возможности измерения на образцах любых форм и размеров, измеряют амплитуду второй гармоники напряжения в цепи образца, по значению которой судят о степени заполяризованности . .г

СОЮЗ COBETCHHX

С И

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 3

Н *9 TOP OHONIV СЗМДЕТВЛЬСТВМ

4 д р и, рею

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fIO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (21) 1615573/18-21 (гг) 08.02.71 (46) 07. 11.84. Бюп.941 .. (72). В.И.Петров, В.И.Минаев и ВМ.Черков (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени институт стали и сплавов (53) 541. 135. 6 (088.. 8) (56) 1. Материалы пьезокерамические., Методы испытаний. ГОСТ 12370-66.

М., 1967, с. 8-11. г. Авторское свидетельство СССР

jlt169567, кл. Н 03 Н 3/02, 1963 (прототип).,SU.„ÄÄßÄßßÄ А

3(д) Н 03 Н 3/02"; Н 01 Ь 41/18 (54) (57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ

ЗАПОПЯРИЗОВАННОСТИ ПЬЕЗОКЕРАИИЧЕСКИХ

ОБРАЗЦОВ путем приложения к образ.цам переменного напряжения и регистрации электрических параметров, отличающийся тем, что, с целью ускорения контроля и обеспечения возможности измерения на образцах любых Форм и размеров, измеряют амплитуду второй гармоники напря« жения в цепи образца, по значению которой судят о степени заполяризованности.

1 1123

Изобретение относится к радиоэлектронной промышленности и может быть использовано при производстве изделий из пьезокерамики, например резонаторов, фильтров, гидроакустических антенн и т.д.

Известен способ оценки степени заполяризованности пьезокерамики, заключающийся в измерении пьезомодуля, в статическом режиме, при этом 10 степень эаполяризованности пьезокерамики оценивается .путем измерения заряда на электродах образца в мо- . мент снятия механической нагрузки(1).

Однако этот способ не пригоден 15 для оценки эаполяризованности образцов в форме полусфер, конусов и т.д., и связан с воздействием на изделие больших усилий.

Наиболее близким к изобретению 20 является способ контроля степени заполяриэованности пьезокерамичес ких образцов путем приложения к образцам переменного напряжения и регистрации электрических парамет- 25 ров (2).

Однако известным способом можно проводить измерения лишь на пьезоэлементах определенной формы и раз меров. Кроме того, этот метод тру- 3п доемок и не удобен для контроля изделий при массовом производстве, так как требует измерения нескольких

I величин.

Степень заполяризованности пьезоэлемента может быть измерена таКже по пиротоку при переходе через точку Кюри, по смещению петли гистерезиса и т.д. Однако все эти методы ведут к полной или частичной рас- 4р поляризации изделия и поэтому практически не применяются.

Целью изобретения является ускорение контроля и обеспечение воз1 можности измерения на образцах любых 45

У форм и размеров.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу контроля степени заполяризованности пьезокерамических образцов путем приложения .50 к образцам переменного напряжения и регистрации электрических параметров, измеряют амплитуду второй гармоники напряжения в цепи образца, по значению которой судят о степени 55 заполяризованности.

На фиг.1 показана блок-схема установки для контроля степени запо095 ляризованности предлагаемым способом; на фиг.2 — градуировочная кривая — зависимость амплитуды напряжения второй гармоники / от пьезой модуля о „ для образца пьезокерамики.

Установка (фиг. 1) включает генератор 1 синусоидальных колебаний, фильтр 2 нижних частот, измеряемый пьезокерамический образец 3, фильтр

4 верхних частот и индикатор 5. Генератор 1 должен иметь амплитуду выходного напряжения не менее 1-2 В и частоту (f) 1 кГц — 1000 ИГц (например, типа ГЗ-41, ГЗ-33, ГСС-6, Г4-31 и т.д.) . Рабочая частота f выбирается, исходя из емкости изделий: например, при емкс.ти 100 пФ- 1«10 ИГц, 1000 пФ - f-" "О, 1-10 ИГц и т.д.

Фильтр 2 низких частот должен пропускать без ослабления сигнал частоты генератора f и не пропускать гармоники 2 Г, 3 f ..., имеющиеся на выходе генератора. Пьеэокерамический образец 3 включается на выходе фильтра 2 и на входе фильтра

4. Фильтр 4 верхних частот должен пропускать беэ ослабления сигнал второй гармоники с частотой 2 f u не пропускать основную частоту f на индикатор 5. В качестве индикатора используется селективный микровольтметр (например, В6-1, В6-2), или измерительный приемник (например, П5-1, П5-2), настроенный на частоту(23

Способ реализуют следующим образом.

На пьезокераиический образец подают синусоидальное напряжение частотой 1 . Если образец неэаполяризо-. ван, то в результате диэлектрической нелинейности будут генерироваться только нечетные гармоники 3 1, 5 1,... так как зависимость емкости С от напряжения Ц симметрична относительно нуля. Заполяризованный пьезокерамический образец имеет максимум емкосЪ ти С не при У =0 и генерирует как нечетные, так и четные гармоники.

Амплитуда второй гармоники пропорциональна dC /dY и таким образом, пропорциональна остаточной поляризованности Р о, так как внутреннее напряжение смещения / пропорционально

Р . Заполяризованный пьезоэлемент генерирует ток второй гармоники, который проходит через фильтр 4 верхних частот и создает на сопротив1Х Ю юг

Составитель M. Земляницын

Редактор П. Коссей Техред 3.Палий Корректор В. Гирняк

Заказ 8154/43 Тираж 861 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

f13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент ", г. Ужгород, ул. Проектная, 4.3 1123

1 ленни нагрузки напряжение /, измеряемое вольтметром. Амплитуда этого напряжения пропорциональна степени заполяризованности пьезокерамического образца (фиг ° 2).

Измерения проводились на образцах пьеэокерамики ЦТС-19 в виде дисков диаметром 10 мм и толщиной 1 мм.

Генератор 1,типа ГЗ-41 работает на частоте 13 МГц. Фильтр 2 нижних 10 частот ЬС-типа имеет затухание на частоте =13 МГц менее 2 дБ, а на частоте 2 1 =26 МГц - более 120 дБ.

Фильтр 4 верхних частот обладает затуханием более 100 дБ на частоте

13 МГц и усилением на 10 дБ при частоте 26 Мгц. В качестве. индикатора используется резонансный микровольтметр В6-1, настроенный на частоту

26 МГц. 20

Образцы пьеэокерамики поляризуются в различных режимах: напряженность поляризующего электрического поля меняется от 0,5 до 1,8 кВ/мм, температуре от комнатной до 150 С, время 25 выдержки под напряжением 1-60 мин.095 4

Известным методом резонанса— антиреэонанса (1) измеряется пьезомодуль „образцов с разной степенью поляризованности. На каждом образце также измеряется амплитуда напряжения второй гармоники Ц с использованием описанной установки (фиг.1).

По значениям и Ц строится градуировочная кривая для данной партии образцов (фиг.2) . Результаты показывают, что напряжение второй гармоники прямо пропорционально пьезомодулю и может служить характеристикой степени заполяриэованности образца.

Достоинством предлагаемого спосо" ба является его исключительная прос1 тота и универсальность. Для определения степени заполяризованности достаточно измерения одного параметра tf<, отсчитываемого непосредственно но акале индикатора 5. Ha asделие при измерении воздействует лиаь слабое измерительное поле, не приводящее к расцоляриэации.