Устройство для градуировки пьезоприемников сигналов акустической эмиссии Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

со

00

00

00

ел

Изобретение относится к неразрушающему контролю методом акустической эмиссии (АЭ) и может быть использовано при градуировке пьезоприемников сигналов АЭ,

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и точности градуировки благодаря осуществлению градуировки в широком диа- пазоне амплитудных, спектральных и . временных параметров калибровочных сигналов и снижению влияния радиальных колебаний и интерференционных эфдержит корпус 12, вмещающий цилиндр 3, пластину 1 и пьезодатчик 8, открывающий доступ пьезоприемнику 6 к рабочей поверхности протектора 7.

Устройство для градуировки пьезоприемников сигналов АЭ работает следующим образом.

Электрический сигнал с выхода генератора 2, например генератора импульсов Г5-56, поступает на пластину 1 из пьезоматерйала ЦТС-19, Пьезопла- стина 1 конфигурацией по контуру напоминает овал с максимальным размером

Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом акустической эмиссии (АЭ), Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и точности градуировки за счет обеспечения градуировки в широком диапазоне спектральных и временных параметров и снижения влияния сигналов помех вследствие выполнения пластины из пьезоматериала И акустически связанного с ней линдра специальной формы. Устройство содержит эллипсовидную пьезопластину Iсо скошенным краем и с поляризованной центральной частью и акустически связанный с ней цилиндр 3. Коническое углубление 10 и круговые канавки I1рассеивают излучаемые с помощью генератора 2 пластиной 1 ультразвуковые колебания, а слой 5 поглощает их. Контрольный пьезодатчик В и блок 9 обработки сигнала констатируют ста- бильность работы устройства. Градуируемый пьезоприемник 6 сигналов АЭ устанавливают на акустически связанный с пластиной 1 протектор 7. 1 ил. а S (Л

фектов на амплитудно-частотную харак- 15 45 мм и минимальным - 30 мм, толщи30

35

теристйку (АЧХ) устройства.

На чертеже схематично представлено устройство для градуировки пьезоприемников сигналов АЭ.

Устройство для градуировки пьезо- 20 приемников сигналов АЭ содержит пластину 1 из пьезоматерйала, электрически связанный с ней генератор 2, твердотельный цилиндр 3, акустически связанный одним из торцов 4 с пласти- 25 Hoh 1, и нанесенньй на боковую поверхность цилиндра 3 слой 5 материала, поглощающего акустические колебания Позицией 6 на чертеже обозначен градуируемьй пьезоприемник сигналов АЭ, Устройство также содержит электропроводный протектор 7, акустически, связанный со свободной поверхностью пластины 1 и предназначенньй р,пя размещения градуируемого пьезоприемника 6, пьезодатчик 8 с резонансной частотой, равной центральной частоте рабочего диапазона частот, установленный на боковой поверхности цилиндра 3, и блок 9 обработки контрольного сигнала-, электрически связанньй с пьезо- датчиком 8 о Пластина 1 вьшолнена эллипсовидной со скошенным краем и толвщной, не превьшающей четверти длины акустической волны на верхней частоте рабочего диапазона частот. Центральная круговая часть пластины 1 поляризована. Диаметр цилиндра 3 превьшает максимальный размер пластины 1, на свободной торцовой поверх- д ности цилиндра 3 вьтолнено осесиммет- ричное коническое углубление 10, а на гфотивоположной торцовой поверхности 4 цилиндра, ограниченной его на- ружньм диаметром и контуром пластины 1, выполнены круговые канавки 11 с, постепенным нарастанием их глубины в направлении от центра к наружному диаметру. Кроме того, устройство со40

45

ной 0,4 мм, а диаметр ее пьезоактив- ной зоны-равен 20 мм. Цилиндр 3 диаметром 75 мм и высотой 110 мм выполнен из свинца. Протектор 7 выполнен из латуни толщиной менее 0,2 мм. Сое динение пластины 1 с поверхностью 4 цилиндра 3 и протектором 7 осуществляется пайкой сплавом Розе с толщиной скрепляющего слоя примерно 0,02 мм. Материалы пластины 1, цилиндра 3, протектора 7 и скрепляющих их слоев выбраны таким образом, чтоб их удельные акустические сопротивления были близки друг к другу. Пьезодатчик 8 выполнен экранированным из ЦТС-19 размерами 2x2x2 мм с протектором из пластины из ЦТС-19 толщиной 0,15 мм. Пьезопластина 1 преобразует электрический сигнал в акустический. Акустический сигнал распространяется с одной стороны через поверхность 4 в твердое тело цилиндра 3, рассеиваясь и затухая в нем на углублении 10 канавках 11 и слое 5 и частично попа дая на. пьезодатчик 8, а с другой - в протектор 7 на его рабочую поверхность. Пьезодатчик 8 с низкой доброт ностью, например 2-4, преобразует акустический сигнал в электрический, который поступает в блок 9 обработки сигнала, по выходному сигналу которо го судят о стабильности работы устройства. На рабочую поверхность протектора 7 через -слой акустической . контактной среды устанавливают граду ируемый пьезоприемник, который преоб разует акустические колебания в элек трический сигнал. Измеряя этот сигна соответствующим блоком (не. показан)., например анализа тором спектра или осциллографом, градуируют пьезоприемник 6 по различным частотным, вре- меннным и амплитудным характеристикам. Указанный пример выполнения уст

30

5

20 25 д

0

5

ной 0,4 мм, а диаметр ее пьезоактив- ной зоны-равен 20 мм. Цилиндр 3 диаметром 75 мм и высотой 110 мм выполнен из свинца. Протектор 7 выполнен из латуни толщиной менее 0,2 мм. Соединение пластины 1 с поверхностью 4 цилиндра 3 и протектором 7 осуществляется пайкой сплавом Розе с толщиной скрепляющего слоя примерно 0,02 мм. Материалы пластины 1, цилиндра 3, протектора 7 и скрепляющих их слоев выбраны таким образом, чтобы их удельные акустические сопротивле ния были близки друг к другу. Пьезодатчик 8 выполнен экранированным из ЦТС-19 размерами 2x2x2 мм с протектором из пластины из ЦТС-19 толщиной 0,15 мм. Пьезопластина 1 преобразует электрический сигнал в акустический. Акустический сигнал распространяется с одной стороны через поверхность 4 в твердое тело цилиндра 3, рассеиваясь и затухая в нем на углублении 10, канавках 11 и слое 5 и частично попадая на. пьезодатчик 8, а с другой - в протектор 7 на его рабочую поверхность. Пьезодатчик 8 с низкой добротностью, например 2-4, преобразует акустический сигнал в электрический, который поступает в блок 9 обработки сигнала, по выходному сигналу которого судят о стабильности работы устройства. На рабочую поверхность протектора 7 через -слой акустической . контактной среды устанавливают градуируемый пьезоприемник, который преобразует акустические колебания в электрический сигнал. Измеряя этот сигнал соответствующим блоком (не. показан)., например анализа тором спектра или осциллографом, градуируют пьезоприемник 6 по различным частотным, вре- меннным и амплитудным характеристикам. Указанный пример выполнения уст3138

ройства позволяет получить частотный диапазон от 0,1 до 2,0 мГц при неравномерности не более 3 дБ, амплитудный диапазон (при подключении серийных генераторов) - в пределах от 10 до м, диапазон длительностей сигна- лов - в пределах от 0,5 до 5 мкс при частоте следования от долей герца до 100 кГц (задаваемых от серийных генераторов) при неравномерности АЧХ не более 1 дБ.

За счет выполнения пластины толщиной менее четверти длины волны и согласования удельных акустичес1|:их соп- ротивлений материалов пластины, цилиндра и протектора входное акустическое сопротивление устройства со стороны рабочей площади протектора постоянно в широком диапазоне частот и АЧХ коэффициента электроакустического преобразования пластины по ее толщинным колебаниям равномерна в этом, же широком диапазоне частот. Увеличенная площадь пластины по срав- нению с площадью рабочей площадки позволяет сдвинуть частоты паразитных радиальных колебаний ниже за пределы рабочего диапазона частот и эффективнее их подавить, так как площадь от- вода этих колебаний в тело мерЫ по пути их распространения увеличины (амплитуда радиальных колебаний уменьшается пропорционально радиусу пластины) . Уменьшение толщины излучающей

пьезопластины на ее краях, например, скос под углом 40-45 , также уменьшает влияние радиальных колебаний на АЧХ устройства. Выполнение пластины с переменным размером в плоскости устраняет яркую частотную выраженность радиальных колебаний. Поляризация пластины только по центральной ее части, равной рабочей площадке, позволяет уменьшить энергию колебаний, излучаемых в цилиндр, что снижает погрешность, обусловленную интерференционными эффектами Расположение пьезоизлучакяцей пластины в непосредственной близости к рабочей площадке повьппает отношение сигнал/шум.

Использование контрольного пьезо- датчика позволяет вовремя заметить и исключить возможные ошибочные измеВНИИПИ Заказ 1180/39

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0 5 о

5

0

5

0

рения. Коническое углубление, например, глубиной в половину высоты цилиндра, рассеивает УЗ-колебания, вошедшие в цилиндр, в направлении поглощающего слоя. Круговые канавки при минимальной глубине первой канавки, не превьш ающей половину длины волны верхней части рабочего диапазона, позволяют осуществить диффузное рассеяние поверхностных и подповерхностных колебаний в тело цилиндра.

Формула изобретения

Устройство для градуировки пьезо- приемников сигналов акустической эмиссии, содержащее пластину из пье- зоматериала, электрически связанный с ней генератор, твердотельный цилиндр, акустически связанный одним из торцов с пластиной, и нанесенный на боковую поверхность цилиндра слой материала, поглощающего акустические колебания, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и точности градуировки, оно снабжено электропроводным протектором, акустически связанным со свободной поверхностью пластины и предназначенным для размещения градуируемого пьезоприемника, пьезо- датчиком с резонансной частотой, равной центральной частоте рабочего диапазона частот, установленным на боковой поверхности цилиндра, блоком обработки контрольного сигнала, электрически связанным, с пьезодатчи- ком, пластина выполнена эллипсовидной со скошенным краем и толщиной, не превышающей четверти длины акустической волны на верхней частоте рабочего диапазона частот, центральная круговая часть пластины поляризована, диаметр цилиндра превьшает мак- симальный размер пластины, на свободной торцовой поверхности цилиндра выполнено осесимметричное коническое углубление, а на противоположной торцовой поверхности цилиндра, ограниченной его наружным диаметром и контуром пластины, выполнены круговые канавки с постепенным нарастанием их глубины в направлении от центра к наружному диаметру.

Тираж 847 Подписное