Способ определения характеристик пьезоэлектрического преобразователя

 

Изобретение относится к области измерительной техники. Цель изобретения - определение частотных характеристик преобразователя. Блоком 5 измеряют электрическое сопротивление пьезоэлектрического преобразователя 4 в воздухе, затем с помощью крепежного приспособления 3 пьезоэлектрический преобразователь помещают в объем с рабочей средой 1 и прижимают к поверхности среды 2. В каждом случае измеряют модуль электрического сопротивления и фазу. Измерения производят на разных частотах. 1 ил. С/: CD О СО О5 X I

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„80„„1316096 А1 (дц 4 Н 04 В 17/00, G 01 N 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4004129/24-10 (22) 02. 01.86 (46) 07.06.87. Бюл. Ф 21 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Физико-механического института АН УССР (72) В.В.Кошевой, Е.В.Кривин и Н.M.Ðåêóí (53) 534.232(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 11111133773377, кл. С 01 N 29/04, 1984.

Боббер Дж.P. Гидроакустические измерения.-M.: Мир, 1974, с. 115-117. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к области измерительной техники. Цель изобретения — определение частотных характеристик преобразователя. Блоком

5 измеряют электрическое сопротивление пьезоэлектрического преобразователя 4 в воздухе, затем с помощью крепежного приспособления 3 пьезоэлектрический преобразователь помещаloT в объем с рабочей средой 1 и прижимают к поверхности среды 2. В каждом случае измеряют модуль электрического сопротивления и фазу. Измерения производят на разных частотах.

1 ил. а1! + а!г

Е

>Zh Rh + а1г

i = 1,2,3 (4) а!1 а г а га21 1

Z, - Z,(f) . а

11 аг, 35 аг гг

; (5) Ч=2S

2$ ч „К +а (2)

1 V =

SZ (6) причем

Х

1 х, =

М

Rp

S(ahh к р + Ckz) (3) 1 131609

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано для определения характеристик пьезоэлектрических преобразователей, например, применяемых в медицинской аппаратуре.

Цель изобретения — повышение качества контроля за счет дополнительного определения фаэочастотных характеристик преобразователя. f0

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Определяется электрическое сопротивление образцового преобразователя

Е. в трех средах с различным удельным 15

BQJIH0BbIM o QTH e!hHe 0. (i = 1,2,3) .

4 1

Для того, чтобы связать результаты измерений с характеристиками преобразователя, используется представление его в виде линейного обратимого 20 четырехполюсника, описываемого уравнением

) (И р!/! ) ! (!! 2! где U, I — комплексные амплитуды напряжения и тока на электрических выводах преобразонателя;

F, V — комплексные амплитуды силы и скорости на его рабочей грани

d — комплексные функции часЕ1 тоты, определяемые внутренними параметрами преобразователя.

Характеристики преобразователя связаны с элементами матрицы !d peal следующим образом.

Чувствительность в режиме приема под которой понимают модуль отношения напряжения на электрических выводах преобразователя к давлению 45 плоской УЗ волны, падающей перпендикулярно к его рабочей поверхности, Чувствительность в режиме излучения, под которой понимают модуль

hh отношения давления в изучаемой УЗ волне к напряжению на электрических выводах преобразователя, равна

6 2

По измеренным значениям электрического сопротивления преобразователя в трех средах с различным удельным волновым сопротивлением, используя уравнение (1), составляют систему уравнений, для определения элементов матрицы I d« I где R, P S, à Z; является функцией частоты f

Измерение электрического сопротивления преобразователя производится в следующих средах: в воздухе о. О, в рабочей среде р = рр, в дополнительной среде р р .

Решение системы уравнений имеет вид

RpRp(Zg — Ег) Rp(Zh Е ) + К (Ег Е1) Подставляя d в (2) и (3), получаем соответствейно значение чувствительности в режиме приема и излучение через измеряемые величины

Z Z -2Z,Е, соз(ч -ч );

Z +Z -2Е Е соз(Ч Ч )1

Ет +Е 2Е Е зсоз (Ч Чэ) 1316096 (7) („= 2$М

М

Кв-Re

h SZ

2 (8) где М, +Z 2Е,Е, 40

Zz т,8 ) cos q („= 2ЯМ

R -Ra а п $Е1 где Z . — модуль электрического со1 противления преобразователя в среде, Ч, — фаза.

Подставляя в выражения (6) и (7) значения Х„ Х и Х, получают формулы для амплитудно-частотных характеФаэо-частотная характеристика в 15 режиме приема arg „ вычисляется по формуле:

arg у — -(ф +Ф вЂ” ф ) (9)

1 а 2. 1 2 3 20

Фаэочастотная характеристика чувствительности arg y„ преобразователя в режиме излучения вычисляется по формулам: 25

Zò 91п Ч -Zz sin Чг, 30 где ф„arc tg- — — — — -- — — — - >

Z1cos Ч Zхcos Ч2

Ег s in -Zs sin Ч ф - arctg — — — — — — ----E сов Е) соз (3

35 ю

Z1 s in Ч -Z s in q> ф = arctg

Е созц Е cos Ч3

Коэффициент полезного действия в режиме излучения вычисляется по формуле где — удельное волновое сопротивгР ление рабочей среды.

С помощью предлагаемого способа можно определить другие параметры преобразователя, например интенсивность излучения. 50

Установка для реализации предлагаемого способа (фиг. 1) состоит из объема 1 с рабочей средой, объема 2 с дополнительной средой, крепежного приспособления 3, пьезоэлектрического преобразователя 4 и блока 5 из4 ристик чувствительности преобразователя в режиме приема и излучения мерения его электрического сопротивления.

Установка работает следующим образом.

Блоком 5 измеряется электрическое сопротивление пьезоэлектрического преобразователя 4 в воздухе, saтем с помощью крепежного приспособ- ления 3 пьезоэлектрический преобразователь помещается в объем 1 с рабочей средой (например, в воду) и далее прижимается к поверхности дополнительной среды 2 (стальной цилиндр) . В каждом случае измеряется модуль электрического сопротивления

Z. и фаза q .. Измерения производятся

I 1 на разных частотах.

Формула изобретения

Способ определения характеристик пьезоэлектрического преобразователя, включающий измерение его электрических сопротивлений в воздухе и рабочей среде с другим волновым сопротивлением, отличающийся тем, что с целью повышения качества контроля за счет дополнительного определения фазочастотных характеристик преобразователя, дополнительно измеряют электрическое сопротивление в третьей среде, волновое сопротивление которой отлично от волновых сопротивлений первых двух сред, и амплитудно-частотные характеристики в режимах приема и излучения определяют с помощью формул:

1316096 д М fZ +Z -2Z cos(Vq-Ч Ц(Я+Я-2Zg Zgcos(Vy. -Vs)1

ZÐ+Z -2Z Z>cos(V, -Ч ) 1

arg V — -(ф +ф +ф ) - (1 s

R — волновое сопротивление рабоФ чей среды;

R — волновое сопротивление треР тьей среды, Z — модуль электрического со1 противления пьезоэлектрического преобразователя в среде, причем i 1,2,3; — фаза сопротивления, S — площадь рабочей грани преобразователя, а фаэочастотные характеристики в укаэанных режимах определяют с помощью формул ц„ — фаза чувствительности преобразователя при приеме; — фаза чувствительности

tl преобразователя при излучении; где arg

arg

Z, s in -Zq sinV

arctg

Z cosV -Z cos4

Ф, =

ZzsinV Zq sinV<

Ф1 - arctg

Zg соэ V2 Zp соа V

Zisin V -Z sinQ ф = arctg

Z,cos Ч,-Z cosV

КЧ. 2

Составитель М.Шахов

Редактор Н.Лазаренко Техред Л.Олийнык

Корректор А.Зимокосов

Заказ 2373/57 Тираж 638

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4