Способ определения предварительного сжимающего напряжения в преобразователе и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК H04R29/00 

Фиг.З

повышения точности без разборки преобразователя 1 операцию его механического нагружения проводят, прикладывая к активным элементам монотонно увеличивающуюся сжимающую нагрузку, создавая в нем механические напряжения О в диапазоне (0,5-1,6)G(, где (j, - ограниченный предел выносливости материала активных элементов, делают выдержку времени не более 15 мин. После нагружения регистрируют текущие значения диэлектрических

свойств и механические напряжения G блоком 5 измерения механических напряжений, по которым определяют пред- 1варительное сжимающее напряжение с учетом эталонной зависимости. Особенностями способа является возможность определения предварительного сжимающего напряжения в преобразователь 1 по точке перегиба зависимости диэлектрических свойств от циклических механических напряжений. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам определения пред- Jварительных сжимающих напряжений в электроакустических преобразователях, работающих в условиях воздействия интенсивных циклических нагрузок и разрушающихся от усталости.,С делью

Изобретение относится к обла сти конструирования мощных электроакус- тических преобразователей энергии, а именно к способам определения предварительных сжимающих (армирующих) напряжений в мощных электроакустических преобразователях энергии.

Целью изобретения является повышение точности определения предварительного сжимающего напряжения за счет контроля напряженного состояния в условиях ограниченного доступа баз разборки преобразователя.

Способ определения предварительного сжимающего (армирующего) напряжения в преобразователе основан на зависимости между действующим на пре- образователь механическим напряжением и его диэлектрическими свойствами Ј„

Величину армирующего напряжения обычно выбирают равной Сэ, , но ввиду существующих принципиальных слож- ностей в технологическом процессе обеспечить требуемую точность невозможно. Экспериментально установлено, что значения армирующего напряжения в преобразователе лежат в пределах (0,6-1,5), поэтому создаваемые в преобразователе дополнительные напряжения для определения (J должны лежать в диапазоне (0,5-1,6) G., для достижения напряжения, позволяющего определить экстремум диэлектрических свойств.

Выдержка во времени необходима при измерении диэлектрических свойств для окончания процессов перестройки доменной структуры при действии механического сжатия на материал активных элементов.

При монотонном росте механической нагрузки на преобразователь происходит монотонное изменение диэлектрических свойств. Используя экстремум этой зависимости или текущие значения диэлектрических свойств, можно определить действующие в преобразователе армирующие напряжения.

Для приближения условий испытаний к эксштуа ационным нагружение производят монотонно возрастающими механическими нагрузками, прикладывая к электродам преобразователя электрическое напряжение резолаксной частоты которая вызывает в преобразователе появление монотонно возрастающих ме- ханлческих циклических напряжений. Длигельность1нагружения Т на одной амплитуде составляет 1 2 - 11Г3от базы испытаний материала при напряжении ограниченного предела выносливости , - Указанная длительность на сужения при данном напряжении вы- бираетьа из того,, что она еще не вызывает развития в материале усталостных повреждений, но уже достаточна для фиксации изменений в диэлектрических свойствах пьезопреобразозателя. При достижении циклическим напряжением (j напряжения армиров ния на зависимости 6((j) наблюдается точка перегиба, поскольку лри прохождени через ту точку мэ ериал активных элементов перехоркт Р сжатого состояния в растянутое.

На фиг. 1 представлена амплитудная зависимость диэлектрических свойств от циклических напряжений на фиг.2 - зависимость диэлектрических свойств от напряжений предварительного сжатия поеобразователя; на Фиг. 3 - блок-схе5 161

ма устройства для определения предварительного сжимающего напряжения.

В устройстве для определения предварительного сжимающего напряжения в преобразователе исследуемый преобразователь 1 стержневого типа, выполненный из пьезокерамики ЦТБС-3, первым входом электрически соединен с вы- }содом генератора 2 радиоимпульсов, первым входом блока 3 измерения диэлектрических свойств, выход которого электрически соединен с первым входом графопостроителя 4, второй вход которого соединен с блоком 5 измерения механических напряжений С , а выход - с анализатором 6 степени нелинейности. Второй вход преобразователя 1 соединен с вторым входом блока 3 измерения диэлектрических свойств, третий вход которого связан с первым выходом блока 7 коммутации, вход которого соединен с выходом блока 5 измерения механических напряжений, оптически связанного с преобразователем 1, а второй выход блока 7 коммутации соединен с входом блока 8 формирования временных интервалов, выход которого соединен с входом генератора 2 радиоимпульсов,

Способ осуществляют следуошим образом.

С помощью блока 7 коммутации включают блок 8 формирования временных интервалов, и импульс с него подается на генератор 2 радиоимпульсов, который вырабатывает радиоимпульсы с частотой заполнения, равной резонансной частоте преобразователя, и длительностью Т 10 циклов, поскольку база испытаний N для пьезокерамики ЧТБС-3 при (J, 20 МПа равна 10 циклов Эти радиоимпульсы поступают на первый вход преобразователя 1 и возбуждают в нем циклические напряжения G , которые определяются блоком 5 измерения механических напряжений. Начальное значение G составляет 0, После окончания действия радиоимпульса и выдержки во времени, равной для пьезокерамики ЦТБС-3 5 мин, блок 7 коммутации подключает к преобразователю 1 блок 3 измерения диэлектрических свойств, который измеряет диэлектрические свойства преобразователя. Сигнал, пропорциональный величине диэлектрического свойства, с блока 3 подается на первый вход графопостроителя 4, на второй вход которого по5

дается сигнал с блока 5 измерения механических напряжений, и граЛопостро- итель 4 строит зависимость В(б).

После измерения диэлектрических

свойств блок 7 коммутации отключает блок 3 от преобразователя 1 и включает блок 8 формирования временных интервалов.

Затем блок 8 формирования временных интервалов подает на генератор 2 радиоимпульсов импульс большей амплитуды той же длительности, что и в первом случае. При этом на преобразователь 1 с генератора 2 поступает радиоимпульс, который возбуждает в нем циклическое напряжение (jz-sGi измеряемое блоком 5, и вся процедура испытаний повторяется. В результате

с графопостроителя 4 получают зависимость Ј(СО, которая анализируется анализатором 6 степени нелинейности. При получении на зависимости Ј((j) точки перегиба определяют механическое напряжение (j% , соответствующее точке перегиба и равное искомомуОГ,. Ступени возрастания G выбирают равными 0,1 (J-i , а после прохождения точки перегиба при возвращаются

к C i-i и ступени выбирают равными

0,03 (, . При этом точности определения Jn равнаi 0,01 1 5СГ, . Тпкая точность определения (jn опре; йлч тся точностью измерения циклическич напряжений G блоком 5.

Формула изоСрете:, и я

точности измерений за счет контроля его напряженного состояния в условиях испытаний, максимально приближенных к -эксплуатационным, сжатие пьезо- элементов производят монотонно увеличивая нагрузку на них в пределах механических напряжений С (0,5 - 1,6), путем приложения к электродам пьезоэлементов переменного электрического напряжения резонансной частоты с значением количества циклов нагружения Т (0,001-0,002)N при фиксированных механических напряжениях, где N - база испытаний при напряжении ограниченного предела

выносливости С, материала пьезоэле- ментов, после нагружения производят выдержку в течение не более 15 мин, регистрируют текущие значения величин диэлектрических свойств материала пьезоэлементов Ј и механических напряжений Cj , строят кривую зависимости диэлектрических свойств материала пьезоэлементов от величины цикличес- ких механических напряжений С , а величину предварительного сжимающего напряжения определяют по точке перегиба на кривой.

Фиг.1

мерения диэлектрических свойств, графопостроитель, анализатор степени нелинейности, блок формирования временных интервалов, блок коммутации, причем первый электрический вход преобразователя связан с выходом генератора радиоимпульсов и первым входом блока измерения диэлектрических свойств, выход которого подключен к первому входу графопостроителя, причем второй вход графопостроителя связан с блоком измерения механических напряжений, а выход - с анализатором нелинейности, второй электрический вход преобразователя связан с вторым входом блока измерения диэлектрических свойств, третий вход которого подключен к первому выходу блока коммутации, входом соединенного с выходом блока измерения механических напряжений, оптически связанного с преобразователем, а второй выход блока коммутации соединен с входом блока формирования временных интервалов, выход которого соединен с входом генератора радиоимпульсов.

J5 6,МПа

tf,H

WWits11,3 r 11,1

wt

10 15

20 25 Фиг.2

30 35 6,МПа