Способ динамической градуировки пьезоэлектрических преобразователей
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН, (311 4 Н 04 R 29/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4095207/24--1:". (22) 22,07„86 (46) 07.11,88. фол,;ti 41 (71) Научно-исследовательск;-.й институт электронной ttíòpoñêoèttH при Томском политехническом институте им. С Л.Кирова (72) А..В,Каргапольцев, В,И. Симанчук и В.П.Стариков (53) 534.232(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
N - 1076792, кл. G 01 L 27/00, 1984. (54) СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРАДУИРОВКИ
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (57) Изобретение. относится к контрольно-измерительной технике, предназначено для динамической градуировки пьезопреобразователей и может быть использовано для калибровки ультразвуковых измерительных приборов. Цель изобретения — повьппение точности динамической градуировки пьезоэлектрических преобразователей и непосредственное определение передаточной функции градуируемого пьезопреобразователя. Способ заключается в том, что испытательное давление
„„SU„„1436283 А1 с.":, tti:г .:.:.::: но, ач . н:i i ot:ïð«t:tt ::t ющ «й элi .i ен ньезопреобp."\çÎÁÿòi .ttë импульс а тока заряжен . ых частиц, регистрн уют выходной сигнал пьезопре образователя и вариацией параметров импульса тока заряженных частиц добиваются совпадения спектра выходного сигнала .:ьезопреобразователя со спеtiòt..:.:.t tïóëü:"à тока заряженных част! . „p iñсчнтывают пространственный с:«; к гр распределения поглощенной эце1.;-нн заряженных частиц в материале восвp=i;.имающего элеменга ньезопресбразователя, а передаточную функцию градунруемого пьезоэлектрического преобразователя определяют из соотЫ ° 1 ношения H(l„(- =tD0 (— )), где
$с
ig
D (-,-) — пространСтвенный спектр С:: б 8 распределения поглощенной энергии заряженных частиц в материале воспри- = нимающего элемента пьезопреобразователя; Ы вЂ” частота; S — скорость про1юн4 дольных звуковых волн в материале Ь воспринимающего элемента пьезопредб- М разователя, 1 ил. ©Ъ 1436281
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к методам динамической градуировки и калибровки ультразвуковых измерительных приборов.
Цель изобретения — повьппение точности динамической градуировки.
Способ осуществляют следующим образом 10
Импульсным пучком заряженных частиц, излучаемых ускорителем, облучают поверхность материала воспринимающего элемента пьезопреобразователя. При взаимодействии импульсного 15 пучка заряженных частиц с веществом воспринимающего элемента пьезопреобразователя энергия частиц практически мгновенно поглощается в локальном объеме, определяемом глуби- 20 ной проникновения заряженных частиц в вещество и поперечными размерами пучка, так как время диссипации энергии быстрой заряженной частицы в кон- ff денсированной среде составляет 10 — 25
10 с. Это приводит к формированию поля термоупругих механических напряжений, разгрузка которых идет путем излучения из зоны возбуждения акустического импульса, пространственно- 30 временная структура которого однозначно определяется макроскопической функцией D(r,t) (r " радиус-вектор, — время), являющейся плотностью поглощенной энергии в веществе вос" принимающего элемента пьезопреобразователя. Малан величина времени диссипации энергии быстрой заряженной частицы по сравнению с длительностью импульса тока ускорителя заря-4 женных частиц, которая в зависимости от типа ускорителя составляет
10 -10 с, позволяет разделить пространственные и временные переменные в функции D(r,t) и представить ее в следующем виде:
D (r, е,f = 11 (2) 1 Z (C ) d i,, (1) о где 0 (r) — пространственное распределение плотности поглощенной энергии в материале воспринимающего элемента пьезопреобразователя;
I(t) - функция, описывающая изменение импульса тока ускорителя во времени.
При этом спектр импульса давления, возбуждаемого пучком заряженных частиц в материале воспринимающего элемента пьезопреобразователя равен произведению спектра импульса тока ускорителя заряженных частиц и пространственного спектра распределения поглощенной энергии
У((,)) = Т(и)Р () (2) где X(u)) — спектр импульса тока ускорителя;
4/
D (--) — пространственный спектр
$ распределения поглощенной энергии в материале воспринимающего элемента преобразователя, определяемый пространственным интегралом
Фурье от функции D,(r), а именно: — (f,F )
D (-) = t Р (е)е Бе dV, (3)
v"
Интеграл в выражении (3) берется по объему источника, т,е. по объему зоны возбуждения.
С учетом выражения (2) и учитывая то, что градуируемый пьезопреобразователь является линейной электроакустической системой с передаточной (функцией Н(()}, электрический сигнал на выходе пьезоэлектрического преобразователя можно представить в следующем виде: (()) = (()}. Dî(S ) Н())э (4) где F() - спектр выходного сигнала пьеэопреобразователя, Из выражения (4) видно, что, если обеспечить выполнение условия (4
По(— ). H((d)) = 1, спектр электрическо8с го сигнала на выходе пьезопреобразователя (выходного сигнала) равен спектру импульса тока ускорителя (входного сигнала). Это делает возможным непосредственное определение передаточной функции пьезопреобразователя Н(М}, которая равна функции, обратной пространственному спектру распределения поглощенной энергии, т.е. Н(()) = (D (— )) 8е
1436281
На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ динамической градуировки пьезопреобразователей.
Импульсным пучком заряженных частиц, излучаемых ускорителем 1, облучают воспринимающий элемент (рабочую среду) 2, являющийся одновременно коллектором тока заряженных частиц.
Амплитуда и временная зависимость импульса тока поглощенных в материале воспринимающего элемента заряженных частиц регистрируется измерителем Э тока, который совместно с коллектором 2 функционально составляют цилиндр Фарадея. Электрический сигнал с выхода цилиндра Фарадея поступает на вход широкополосного быстродействующего спектроанализатора 6, где анализируется спектр импульса тока заряженных частиц. При взаимодействии пучка заряженных частиц с материалом воспринимающего элемента пьезопреобразователя 2 возбуждается акустический импульс, который приходит на чувствительный элемент (пьезопластина) пьезопреобразователя 4, I
Электрический сигнал, являющийся реакцией пьезопреобразователя на приход акустического импульса, с выхода пьезопреобразователя поступает на вход широкополосного быстродействующего спектроанализатора 5, где анализируется спектр выходного сигнала градуируемого пьезопреобразователя. Сигналы с выходов спектроанализаторов 5 и 6 поступают на вход схемы 7 сравнения спектров импульса тока ускорителя заряженных частиц и выходного электрического сигнала градуируемого пьезопреобразователя. При несовпадении спектров выходного сигнала пьезопреобразователя и импульса тока заряженных частиц электрический сигнал с выхода схемы 7 сравнения спектров поступает на вход схемы 8 управления режимом работы ускорителя. Регулирование режимом работы ускорителя (вариации длительности импульса тока, его формы, энергии частиц и т.д.) продолжается до тех пор, пока спектр импульса тока ускорителя не совпадет со спектром выходного сигнала градуируемого пьезоэлектрического преобразователя, При совпадении спектров, рассчитывается пространственное рас5 пределение поглощенной энергии в материале воспринимающего элемента пьезопреобразователя, затем с помощью соотношения (Э) рассчитывается пространственный спектр распределе1р ния поглощенной энергии и по формуле H(cd) = C 50(— ) J определяется
8е передаточная функция градуируемого пьезопреобразователя.
Формула изобретения
40 пространственный спектр распределения поглощенной энергии в материале воспринимающего элемента пьезопреобразователя; частота; скорость продольных звуковых волн в материале воспринимающего элемента пьезопреобразователя, 4 где Ьо()
Бе
8е
Способ динамической градуировки пьезоэлектрических преобразователей
2р давления путем воздействия на воспринимающий элемент пьезопреобразователя испытательным давлением и регистрации выходного сигнала пьезопреобразователя, отличающийся
25 тем, что,.с целью повышения точности градуировки, испытательное давление создают путем подачи на воспринимающий элемент пьезопреобразователя импульса тока заряженных частиц, добиваются совпадения спектра выходного сигнала пьезопреобразователя со спектром импульса тока заряженных частиц, рассчитывают пространственный спектр распределения поглощенной энергии заряженных частиц в материале воспринимающего элемента пьезопреобразователя, а передаточную функцию пьезопреобразователя определяют из соотношения
1436281Составитель С. Юдин
Техред М.Дндык Корректор О. Кравцова
Редактор Н. Рогулич
Тираж 660 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Заказ 5659/56
Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
