Измеритель коэффициента электромеханической связи пьезоэлектрических элементов Советский патент 1986 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к области испытаний пьезоэлектрических преобразователей и является усовершенствованием устройства по основному авт.св. № 756671.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже изображена функциональная схема измерителя коэффициента электромеханической связи пье- зоэлементов.

Измеритель содержит блок возбуждения пьезоэлементов, состоящий из генератора 1 радиоимпульсов, модулятора 2, индуктивности 3 и первого коммутатора 4, к которому подключен измеряемьй пьезоэлемент 5, блок регистрации, содержащий последовательно соединенные широкополосный пьезо- приемник 6, усилитель , детектор 8, второй коммутатор 9, измеритель 10 отношения напряжений, индикатор 11, второй измеритель 13 отношения напряжения, третий коммутатор 14, второй детектор 15, вход которого соединен с входом исследуемого пьезоэлемента.,Модулятор соединен с управляющими входами коммутаторов 4,9 и 14 и генератора 1 радиоимпульсов.

Устройство работает следующим образом.

Из генератора 1 радиоимпульсов через коммутатор 4 на исследуемый пьезопреобразрватель 5 и на второй детектор 13 подаются радиоимпульсы, частота заполнения, которых равна частоте резонанса исследуемого пье- зопреобразователя 5. Коэффициент передачи пьезоизлучателя 5 без переходного слоя на резонансной частоте при питании от генератора напряжения

К

1

где е - пьезоэлектрическая постоянная j

1 - толщина пьезоэлемента. Из пьезоизлучателя 5 через рабочую среду 12 акустические импульсы поступают на пьезоприемник 6. В пье- зоприемнике акустические импульсы преобразуются в радиоимпульсы и через усилитель 7 и пиковый детектор 8 поступают на вход коммутатора 9. При подключении пьезопреобразователя 5 к генератору 1 радиоимпульсов через перестраиваемую индуктивность 3, ве12480812

личина которой подбирается, исходя

из условий и,1 L

ДC

т.е. при

полной компенсации емкости Q зажатой пьезопластинки 5, коэффициентг передачи пьезоизлучателя с учетом добротности электроакустической цепи определяется выражением

где

4K|+HK2/Q

iJ 2 jrf - антирезонансная частота пьезоэлемента 5j

К,- - коэффициент электромеханической связи пьезоэлемента 5,

Z Kj - Z,, Z, - волновые акусти 01

ческие сопротивления соответственно пьезоэлемента и рабочей среды 12;

Q - добротность электроакустической цепи из последовательно соединенных индуктивности 3 и пьезоэлемента 5. . .

5

0

Модулятор 2 управляет работой -генератора 1 радиоимпульсов и коммутаторов 4,9 и 14 таким образом, что во время первого радиоимпульса 0 исследуемый пьезопреобразователь 5 подключается непосредственно к выходу генератора 1, а во время второго радиоимпульса - к выходу генератора через индуктивность 3. Соотношение амплитуд электрических сигналов в первом и втором случаях на выходе коммутатора 9 соответст-. вует соотношению коэффициентов передачи исследуемого пьезоэлемента,

Кпо V,

К„ V,

т.е.

Электрические сигналы V, с первого и V с второго выходов коммутатора 9 поступд.ют на измеритель 1 О отношений электрических

сигналов. Соотношение амплитуд

электрических сигналов V и V соответственно в первом и втором случаях на выходе коммутатора 14 обратно пропорционально добротности

электроакустической цепи, состоящей из исследуемого пьезоэлемента 5 и

индуктивности 3, т.е.

V- 1

V Q трические сигналы V с первого и V| с второго выходов коммутатора 14 поступают на второй измеритель 13 отношения напряжений. Из соотноше- ния амплитудных значений сигналов

и Tj определяется коэффициент

(

V,

Vo

электромеханической связи исследуемого пьезоэлемента с учетом доб- ротности электроакустической цепи

- /jnk (.YL.-),

f J 4 V 0

Из этого следует, что, если указан- ньй цикл работы предлагаемого измерителя повторяется периодически (частота , цикла измерения задается модулятором 2), то индикатор 11 электрического напряжения, подключенный первым входом к выходу первого .измерителя отношения напряжений 10, а вторым входом к выходу второго измерителя отношения напряжений 13, непрерывно регистрирует электричес. V кий сигнал

ется пропорциональным коэффициенту электромеханической связи исследуемого пьезоэлемента. Если в качестве рабочей среды применяется вода и измеряется К керамических (ЦТС-19) пьезопреобразователей, то в этом случае

Ь V, Ч.

который являРедактор М. Бандура

Составитель В. Кудрявцев

Техред И.Гайдош: Корректор С. Шекмар

4142/59

Тираж 624Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

0

5

0

Ч

К 0,198|

Таким образом, исключается погрешность измерения, коэффициента электромеханической связи пьезо- элементов, обусловленная влиянием добротности исследуемой электроакустической цепи. Это особенно важно при определении К керамическиг пьезопреобразователей с высокой степенью механического демпфирования.

Формула изобретения

Измеритель коэффициента электромеханической связи пьезоэлектрических элементов по авт. св. № 756671, о т- личающийся тем, что, с целью повьш ения точности измерения, в него дополнительно введены второй детектор, третий коммутатор и второй измеритель отношения напряжений, при- -чем выход первого коммутатора соединен через второй детектор с третьим коммутатором, управляющий вход которого соединен с выходом модулятора, а выходы соединены с входами второго измерителя отношения напряжений, соединенного своим выходом с входом индикатора.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения. Устройство содержит блок возбуждения пьезоэлемен- тов, состоящий из генератора 1 радиоимпульсов, модулятора 2, индуктивности 3 и коммутатора 4, к которому подключен измеряемый пьезоэлемент 5, блок регистрации, содержащий пье- зоприемник 6, усилитель 7, детектор 8, коммутаторы 9 и 14, измерители 10 и 13 отношения напряжений, индикатор 11 и детектор 15. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет исключить погрешность измерения коэффициента электромеханической связи пьезоэлементов, обусловленную влиянием добротности исследуемой электроакустической цепи . 1 ил. W ю 4 00 О 00