Способ динамической градуировки пьезоэлектрических преобразователей Советский патент 1988 года по МПК H04R29/00 

(21)4095207/24-10

(22)22.07,86

(46) 07,11.88. 5юл, № 41

(71)Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при Томском политехническом институте

им. С.М.Кирова

(72)А..В.Каргапольцев5 В,И Симанчук и В.П.Стариков

(53)534.232(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 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 пьезо- преобразователя. Способ заключается

в том, что испытательно давление .

с.из. аюг nvi eM |Одачи Н з воспртип- : - ои1.ий пьезоп11еобразователя 1 мпульса тока заряжези ых частиц, ре- гистрзтоувт вь;ходиой сигнал Пьезопре- образователя и вариацией параметров импульса тока заряженных частиц добиваются еоЕпадешш спектра выходного льезопреобразователя со спектром лмпульса тока заряженных частиц, рассчптьшают пространствен спектр распределгння поглощепной энергии заряженных частиц в материале воспринимающего элемента ньезопре- образователя, а передаточную функцию градуируемого пьезоэлектрического преобразователя определяют из соотношения H(LO) с)1 Д Ьс.

D (--) нространйтвенный спектр

распределения поглощенной энергии . заряженных частиц в материале воспринимающего элемента пьезопреобразова- теля; U) - частота; S скорость продольных звуковых волн в материале воспринимающего элемента пьезопрес5Ь- разователя, 1 ил.

S

Ф

ьэ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к методам динамической градуировки и калибровки ультразвуковых изме- рительных приборов.

Цель изобретения - повьшение точности динамической градуировки.

Способ осуществляют следующим образом.

Импульсным пучком заряженных частиц, излучаемых ускорителем, облучают поверхность материала воспринимающего элемента пьезопреобразова- теля. При взаимодействии импульсного пучка заряженных частиц с в.еществом воспринимающего элемента пьезопре- образователя энергия частиц практически мгновенно поглощается в локальном объеме, определяемом глуби- ной проникновения заряженных частиц в вещество и поперечными размерами пучка, так как время дис.сипации энергии быстрой заряженной частицы в конденсированной среде составляет 10- . Это приводит к формированию поля термоупругих механических напряжений, разгрузка которых идет путем излучения из зоны возбуждения акустического импульса, пространственно- времершая структура которого однозначно определяется макроскопической функцией D(r,t) (г - радиус-вектор, t - время), являющейся плотностью поглощенной энергии в веществе вос принимающего элемента пьезопреобра- зователя. Малая величина времени диссипации энергии быстрой-заряженной частицы по сравнению с длительностью импульса тока ускорителя заря женных частиц, которая в зависимости от типа ускорителя составляет , позволяет разделить пространственные и временные переменные ; в ф ункции D(r,t) и представить ее в следующем виде:

D(r,t) Do(r) Jl(i:)d€, (1) о

де Dp(f)

50

I(t) пространственное распределение плотности поглощенной энергии в материале воспринимающего эле- мента пьезопреобразова- теля;

функция, описывающая изменение и тульса тока ускорителя во времени.

При этом спектр импульса давления, возбуткдаемого пучком заряженных частиц в материале воспринимающего элемента пьезопреобразователя равен произведению спектра импульса тока ускорителя заряженных частиц и пространственного спектра распределения поглощенной энергии

Ч: S.

.Р(ы) I(W)DO(-),

(2)

f5 20 25 зо ,-

35

0

где I(ai) - спектр импульса тока ускорителя;

D (j-) - пространственный спектр .распределения поглощенной энергии в материале воспринимающего элемента преобразователя, определяемый пространственным интегралом Фурье от фуржции Dg(r), а именно:

ос) , |,

Sp(f S D,(f) dV . (3)

v .

Интеграл в выражении (3) берется по объему источника, т.е. по объему зоны возбуждения.

С учетом выражения (2) и учитьтая то, что градуируемый пьезопреобразо- ватель является линейной электроакустической системой с передаточной функцией Н(со), электрический сигнал на выходе пьезоэлектрического преобразователя можно представить в следующем виде:

f

F(a)) I(w). DO()-H(W), (4) e

где F(ti;) - спектр выходного сигнала

пьезопреобразователя. Из выражения (4) видно, что, если обеспечить выполнение условия

D(j(--) - Н(с()) 1, спектр электрическоSc

го сигнала на выходе пьезопреобразователя (выходного сигнала) равен спектру импульса тока ускорителя (входного сигнала). Это делает возможным непосредственное определение передаточной функции пьезопреобразователя Н(со), которая равна функции, обратной пространственному спектру распределения поглощенной

энергии, т.е. H(w) Ор() ,

е

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ динамической градуировки пьезопреобразователей,

Р1мпульсным пучком заряженных частиц, излучаемых ускорителем I, 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 3 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 мате- риалом воспринимающего элемента пье- зопреобразователя 2 возбуждается акустический 1-1мпульс, который приходит на чувствительный элемент (пьезо пластина) пьезопреобразователя 4, 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 спектро- анализаторов 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 гр адуируе0

5

0

5

0

5

мого пьезоэлектрического преобразователя. При совпадении спектров, рассчитьшается пространственное распределение поглощенной энергии в материале воспринимающего элемента пьезопреобразователя, затем с помощью соотношения (3) рассчитьшается пространственный спектр распределения поглощенной энергии и по формуле Н(и)) CD5(--) определяется

е передаточная функция градуируемого

пьезопреобразователя.

Формула изобретения

Способ динамической градуировки пьезоэлектрических преобразователей давления путем воздействия на воспринимающий элемент пьезопреобразователя испытательным давлением и регистрации выходного сигнала пьезопреобразователя, отличающийся тем, что,.с целью повьшения точности градуировки, испытательное давление созда1от путем подачи на воспринимающий элемент пьезопреобразователя импульса тока заряженных частиц, добиваются совпадения спектра выходного сигнала пьезопреобразователя со спектром импульса тока заряженных частиц, рассчитьшают пространственный спектр распределения поглощенной энергии заряженных частиц в материале воспринимающего элемента пьезопреобразователя, а передаточную функцию пьезопреобразователя определяют из соотношения

40

H(w) ) , Ье

где „(--)

ы 5„

пространственный спектр распределения поглощенной энергии в материале воспринимающего элемента пьезопреобразователя; частота;

скорость продольных звуковых волн в материале воспринимающего элемента пьезопреобразователя.