Способ определения характеристик акустического пьезоэлектрического преобразователя Советский патент 1988 года по МПК G01N29/00 

ю со к

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано при определении характеристик акустического пьезоэлектрического

преобразователя, в частности при контроле работоспособности ультразвуковых (УЗ) преобразователей, используемых в дефектоскопии.

Целью изобретения является повыше™ ние производительности и точности за Счет определения параметров излуче- йия и приема преобразователей в раз- ичных точках его поверхности и ин- ферсной фильтрации этих параметров, 1 На чертеже представлена блок-схема |гстройства, реализующего способ опре- Деления характеристик акустического йьезоэлектрического преобразователя.

Способ определения характеристик акустического пьезоэлектрического йреобразователя заключается в следующем.

Преобразователь устанавливают на Акустической нагрузке и возбуждают 4го электрическим сигналом. В плос- 4ости, параллельной рабочей поверхности преобразователя, принимают Прошедшие материал нагрузки колебания Н измеряют акустическое давление

р1 (X,y,t) дискретно во времени t в к|аждой точке плоскости приема с ко- фдинатами X,Y. Затем поочередно в озбуждают импульсы акустических ко- л)ебаний в каждой точке плоскости прие|ма с координатами X,Y и принимают преобразователем импульсы этих колебаний, прошедшие через материал на- гэузки. В ходе приема измеряют на цуеобразователе электрическое напря- жёние U(X,Y) дискрет чо во времени if После этого посредством инверсной ф шьтрации и (X,Y, D) и P(X,Y,t) П4 лучают распределенные передаточные функции приема и излучения контроли- роемого преобразователя и по ним оп- р еляют характеристики преобразова- т4г1я.

Устройство, реализующее способ от еделения характеристик акустичес- кфго пьезоэлектрического преобразова тфля, содержит последовательно соеди измерительный генератор 1, кбммутатор 2, амплитудно-временной кйантователь 3, буферньй запоминающи блок 4, модуль 5 дискретного преобразования Фурье, блок 6 памяти, цифро- вйй инверсный фильтр 7, цифровой вычислитель 8, например микроэвм типа

ДВК-1, и блок 9 индикации. Устройство также содержит блок 10 управления, выход которого соединен с вторыми входами коммутатора 2, буферного запоминающего блока 4, блока 6 памяти, цифрового вьпшслителя 8 и блока 9 индикации, и генератор 11 импульсов возбуждения, выход которого соединен с третьим входом коммутатора 2. Кроме того, устройство содержит акустическую нагрузку 12, выполненную в виде толстой пьезокерамичег.кой пластины, толщина Н которой выбирается из условия H ----.;f , где С - скорость рас/ -L t f,

пространения акустических колебаний в

материале пластины, -Ср- длительность импульсов на выходе генератора 11. Позицией 13 на чертеже обозначен контролируемьй преобразователь. Диаметр пластины нагрузки 12 выбирают в 2-3,5 раза большим максимального диаметра испытуемых преобразователей 13. На пьезопластине нагрузки 12 имеется один электрод, соединенный с земляной шиной и расположенный со стороны рабочей поверхности преобразователя 13. С противоположной стороны пье- зопластины нагрузки 12 имеется другой электрод, разделенный на участки, например, размерами 1,5x1,5 мм на расстоянии 1 мм друг от друга, электрически соединенные с остальными входами коммутатора 2.

Способ определения характеристик акустического пьезоэлектрического преобразователя реализуется следующим образом. t

Преобразователь электрически соединяется с выходом генератора 11 и устанавливается на акустической нагрузке 12. Генератор 11 возбуждает испытуемый УЗ-преобразователь 13, ко- торьй формирует акустическое поле в нагрузке 12. С выводов нагрузки 12 рельеф акустического поля в виде напряжения в функции времени последовательно с каждого элемента нагрузки 12 через коммутатор 2 подают на амплитудно-временной квантователь 3, где аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму, после чего запоминается блоком 4. Затем этот сигнал в цифровой форме поступает в модуль 5 дискретного преобразователя Фурье, на выходе которого получают комплекспую матрицу, значения которой запоминаются блоком 6. Эти значения представляют собой дискретные выборки среза для излучения испытуемого УЗ- преобразователя 13 на заданной частоте. После этого коммутатор 2 по сигналу блока 10 последовательно подключает измерительный генератор 1 к каждому элементу акустической нагрузки 12, а выход преобразователя 13 - к амплитудно-временному квантователю 3, где аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму. Преобразованный сигнал запоминается блоком 4 и подвергается дискретному преобразованию Фурье в модуле 5, на выходе которого получают еще одну комплексную матрицу, также запоминаемую блоком 6. Значения полученных матриц, подвергают гщфровой инверсной двумерной фильтрации в фильтре 7, на выходе которого получают распределенные передаточные функции преобразователя 13. I

В цифровом вычислителе 8 с использованием математической модели акустического тракта УЗ-дефектоскопа получают необходимые вторичные характеристики преобразователя 13, например

10

рического преобразователя, что повыг шает производительность контроля за счет экономии времени измерений, полученной с одной установки испытуемо го УЗ-преобразователя на одну акусти ческую нагрузку, что характеризуется стабильным акустическим контактом, уменьшением влияния разброса результатов измерений и обеспечивает доста точно высокую точность контроля рабо тоспособности УЗ-пьезоэлектрИческих преобразователей.

15 Формула изобретения

Способ определения характеристик акустического пьез оэлектрического преобразователя, заключающийся в том что устанавливают преобразователь на акустической нагрузке, возбуждают преобразователь электрическим сигна-

20

25

лом, принимают акустические колебани прошедшие материал нагрузки, измеряю параметры принятых колебаний и с их помощью определяют характеристики преобразователя, отличающи с я тем, что, с целью повьппения про изводительности и точности, прием

диаграмму направленности, коэффициент 30 акустических колебаний производят в

плоскости, параллельной рабочей поверхности преобразователя, измеряют акустическое давление дискретно во времени в каждой точке плоскости приема, затем дополнительно возбужда ют поочередно в каждой точке плоскос ти приема импульсы акустических коле баний, принимают преобразователем дополнительно возбужденные импульсы, в ходе приема дополнительно возбуж-г денных импульсов измеряют электричес кое напряжение дискретно во времени на преобразователе, по измеренньш величинам фиксируют распределенные передаточные функции приема и излуче ния, по которым определяют характеристики преобразователя.

преобразований и т.п. Результаты измерений и обработки фиксируются блоком 9, например печатающим устройством, в виде паспорта испытуемого пьезоэлектрического преобразователя 13.

Погрешность восстановления распределенных передаточных функций излучения и приема по данным измерения среза поля равна 0,9, где - погрешность измерения среза поля, а по- грешность вычисления вторичных параметров равна 0,99Е. Измерение первичных параметров (распределенных передаточных функций излучения и приема) УЗ-преобразователей позволяет вычис- лить все необходимые вторичные параметры и характеристики пьезоэлект

рического преобразователя, что повыг шает производительность контроля за счет экономии времени измерений, полученной с одной установки испытуемого УЗ-преобразователя на одну акустическую нагрузку, что характеризуется стабильным акустическим контактом, уменьшением влияния разброса результатов измерений и обеспечивает достаточно высокую точность контроля работоспособности УЗ-пьезоэлектрИческих преобразователей.

15 Формула изобретения

Способ определения характеристик акустического пьез оэлектрического преобразователя, заключающийся в том, что устанавливают преобразователь на акустической нагрузке, возбуждают преобразователь электрическим сигна-

лом, принимают акустические колебания, прошедшие материал нагрузки, измеряют параметры принятых колебаний и с их помощью определяют характеристики преобразователя, отличающий- с я тем, что, с целью повьппения производительности и точности, прием

акустических колебаний производят в

плоскости, параллельной рабочей поверхности преобразователя, измеряют акустическое давление дискретно во времени в каждой точке плоскости приема, затем дополнительно возбуждают поочередно в каждой точке плоскости приема импульсы акустических колебаний, принимают преобразователем дополнительно возбужденные импульсы, в ходе приема дополнительно возбуж-г денных импульсов измеряют электрическое напряжение дискретно во времени на преобразователе, по измеренньш величинам фиксируют распределенные передаточные функции приема и излучения, по которым определяют характеристики преобразователя.

( f(

10