Способ определения дефектов в активном элементе пьезокерамического преобразователя

 

вс .О П И Н.И-ЕИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскии

Социалистических е есяублии (11) QQ+33. 8

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву Ж(22) Заявлено 06.05.74(21) 2022461/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано25,02.76„бюллетень № 7 (45) Дата опубликования описания 15.03.76 (51) И. Кл. 2

Н 04 к 29ЖО

Гооударатвенный номнтет

Совета Мнннотраа СССР оа делам изобретений и открытий (53) УДК

621. 317. 7 9 (088. 8) М. К. Бушер, E. Г. Гранат, Г. A. Лаврисевич и M. M. Марьинский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (S4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В АКТИВНОМ

ЭЛЕМЕНТЕ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКОГОiПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, Изобретение касается контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля. качества пьезокерами ческих преобразователей в процессе их изготовления. 5

Известен способ контроля механической целостности активного элемента пьезокерамического преобразователя, основанный на

:возбуждении его электрическим напряжением, которым заряжают преобразователь до пт заданного потенциала, а затем путем разряда (за счет обратного пьезоэффекта) возбуждают в преобразователе свободные механические колебания и регистрируют переходный процесс колебаний, например, на экра- 15 не осциллографа, По форме кривой затухания этого напряжения судят о целостности .: преобразователя.

Однако таким способом нель=-л определить месторасположение механического де- 20 фекта в активном элементе и невозможно обнаружить нарушение электрического контакта между токовводамп и пьезоэлемента» ми, из которых набран активный элемент, В результате с помошью такого способа М нельзя устранить дефект в процессе изго товления преобразователя, Целью изобретения является определение месторасположения и вида дефекта, Это достигается тем, что преобразователь возбуждают переменным напряжением

1 н& резонансной частоте, а О наличии дефето»

I та судят по величине и фазе кривой влек ,трического напряжения на выходе датчика,,расп лагаемого в электромагнитном поле активного элемента преобразователя и вы, полненного, например, в виде отрезка кою ксиального кабеля„один конец которого подключен к усилителю, а другой (разомкнутый) пере;тешается вблизи поверхности преобразователя, Так как рабочая повер хность датчика мала (поверхность сечения коаксиального кабеля, ограниченная экраном) и он располагается близко к поверх ности активного элемента преобразователя (1-5 мм), величина воспринимаемого дат чиком потенциала характеризует потенциал внутри керамики в достаточно малой области.

Ьй

3.50431В

На фиг. 1, изображена;дефектограмма, записанная на самописце; на фиг. 2 - фигуры Лиссажу, соответствующие обнаружению механического дефекта (трещины); на фиг. 3 - фигуры Лиссажу, соответствующие элек грическому дефекту.

Если в активном элементе отсутствуют дефекты, при возбуждении его переменным напряжением на резонансной час готе величина переменного электрического потенциала каждого пьезоэлемента равномерно па дает до нуля от положительного к отрицательному электроду (заземленный элек трод) см. фиг. 1 точки 1 и 2.

В случае нарушения сплошности конструкции в области дефекта возникает неод» нородность электрического поля, обусловленная изменением диэлектрической проницаемостя в области дефекта и возникновением вторичного электрического напряжения, обусловленного пьезоэффектом и концентрацией механических напряжений.

Если имеет место нарушение электри ческого контакта, отключенный электричео» ки пьезоэлемент в силу прямого пьезоэф фекта начинает работать как генератор электрического напряжения. При этом на отключенном электроде такого пьезоэле« мента, по сравнению с подводимым напряжением, резко измейяется величина и фаза. напряжения.

Величина потенциала, регистрируемая датчиком в районе дефекта по сравнению с эталонным погенциалом (прн отсутствии дефекта) в зависимости от характера дефекта,увеличивается до 20-30 раз. Сигнал с датчика1наблюдают на экране осцил лографа в виде фигур Лиссажу или записы вают дефектограмму на самописце.

Месторасположение дефекта определяют по дефектограмме или непосредственно по положению датчика относительно поверхности преобразователя в момент обнаружения дефекта, О характере дефекта судят по степени, отклонения от эталонной величины фазы и амплитуды напряжения на выходе датчика при расположении его в районе дефекта, На фиг. 1 изображена снятая дефекто грамма преобразователя, на оси абсцисс которой расстояние между точками 1 и 2 соответствуют ширине пьезоэлемента. Ординаты точек 1 и 2 на дефектограмме показывают величину потенциалов соответственно положительного и отрицательного электродов пьезоэлементов, не имеющих юфектов.

Пики 3 и 4 соответствуют механическим дефектам-трещинам в пьезоэлементе, перпендикулярным к электрическому полю.

Если имеет место нарушение электричес,кого контакта, отключенный электрически пьезоэлемент работает как генератор электрического напряжения. Величина и фаза напряжения на отключенном электроде такого пьезоэлемента резко изменяется (пики 5, 6, 7 иа фиг. 1). Дефект, соответствующий пику 5, является нарушением электрического контакта между электро а дом и пьезоэлементом. Дефекты, соответствующие шкале 6 и 7, свидетельствуют о нарушении электрического контакта между токоподводящимн шинами и электродами (дефект 6 - электрод отключен от минусо15 вой шины, дефект 7 - электрод отключен от плюсовой шины).

Контроль на экране осциллографа удобно проводить с помощью фигур Лиссажу. На вертикально отклоняющие пластины чодают сигнал с датчика, а на горизонтально откла няюшие пластины — сигнал (опорный), которым возбуждают активный элемент преобразователя. На фиг. 2 показаны наблюдаемые на экране осциллографа фигуры Лиссажу при

25 обнаружении датчиком механического дефекта, соответствующего пику 4 дефектограммы фиг. 1. Как видно из дефектограммы, рассматриваемый механический дефект расположен в пределах одной призмы (между сосед30 ними точками 2 и 1). Фигуры Лиссажу 8, 9 и 10, 11 (фиг. 2) относятся к точкам

1 и 2 (соответственно положительный и отрицательный элементы), расположенным соответственно слева и справа от пика 4 фиг, SS 1. Фигуры указывают на отсутствие дефектов в этих пьезоэлементах. ф

Фигуры Лиссажу 12, 13, 14 соответст вуют экстремальным точкам пика 4 дефек»

40 тограммы, причем фигура Лиссажу 13 соответствует расположению датчика напротив трещины. На фиг. 3 показаны наблюдаемые на экране осциллографа фигуры Лиссажу при обнаружении нарушения электрического кон© такта, соответствующего пику 6 дефектограммы. Электрический дефект расположен между точками 1 и 1, ординаты которых соответствуют потенциалам положительных электродов, Фигуры Лиссажу 15, 16 и 17, 18 (на фиг, 3) соответствуют точкам 2 и 1 дефектограммы слева и справа от пика 6 (фиг, 1) и указывают на отсутствие дефекта. Фигу ра Лиссажу 19 соответствует расположению 5 датчика напротив отключенного электрода, Таким образом, способ позволяет обна ружить нарушения электрического контакта и механические дефекты в активных элементах преобразователей (трещины, раковины) как выходящие на поверхность, так и скрыI

504318

Составитель E. Артамонова

Редактор E. Кравцова Техред М, Левицкая Корректор Л. Тромбола

Тираж 864 Подпис ное!

ШИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 6„ г

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 тые внутри, т. е позволяет определять месторасположение и вид дефекта, Формула изобретения

Способ определения дефектов в активном и

;элементе пьезокерамического преобразова теля, основанный на возбуждении преобра зователя электрическим напряжением и наблюдении выходного сигнала, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью опр деле ния месторасположения и вида дефекта, пре образователь возбуждают на резонансной частоте, исследуют электромагнитное поле вблизи поверхности активного элемента дат чиком и судят о дефекте по изменению ам« .плитуды и фазы сигнала на выходе датчика.