Способ контроля качества поверхности пьезоэлектрика Советский патент 1991 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к исследованию материалов с помощью техники поверхностных акустических волн (ПАВ) и может быть использовано вультразвуковой дефектоскопии.

Цель изобретения - повышение информативности за счет возможности контроля качества на локальном участке исследуемой поверхности

На чертеже изображена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство состоит из исследуемого пьезоэлектрика 1, на поверхности которого размещены преобразователи 2 и 3 поверхностных акустических волн и параметрические электроды 4 и 5

Сущность способа заключается в том что на поверхности пьезоэлектрика в двух точках возбуждают поверхностные акустические волны распространяющиеся навстречу друг другу В этой области пьезо- электрика где происходит взаимодействие поверхностны ч акустических волн на парз- метршегкил электродах наводится переменно Р э л е ( т р и ч е с к о е напряжение, соответствующее свертке сигналов возбуждающих поверхностных акустических оолн

Амплитуду напряжений сигнала UCB свертки определяют по формуле

10

со ел

;Ю

i

N fC hn

№1

И ч гч п- у

UCH - гГ г.-, ,т и

2 Л 4/e(ZOгде N - нелинейный коэффициент, зависящий от электромеханических свойств пьезо- эпектрика;

К - волновое число;

hn - толщина поверхностного слоя пье- зоэлектрика, в котором генерируется нелинейная индукция (близкая к длине поверхностной акустической волны);

а-- логарифмический декремент затухания поверхностной акустической волны;

d - длина локального участка исследуемой поверхности;

m - отношение ширины акустического пучка к ширине параметрического элемента;

U - амплитуда входной волны; Z ц - сопротивление нагрузки; е реактивное сопротивление выходной цепи;

к - диэлектрическая проницаемость пьезоэлектрика.

По величине амплитуды напряжения сигнала свертки в различных локальных уча- стках судят о качестве исследуемой поверхности.

Способ осуществляют следующим об- плзом.

В поверхностном слое исследуемого пьезоэлектрика 1 с помощью преобразователей 2 и 3 возбуждают поверхностные акустические волны. Результат взаимодействия ПАВ в виде амплитуды сигнала свертки снимается с параметрических электродов 4 и 5.

Длина локального участка, на котором происходит взаимодействие ПАВ, а следовательно, наводится переменное электрическое напряжение сигнала свертки, зависит от длительности г ультразвуковых импульсов с высокочастотным заполнением (радиоимпульсов) и скорости v ПАВ в пьезо- электрике и определяется выражением

d г /v .

Место расположения контрольного участка на исследуемой поверхности пьезоэлектрика задается путем выбора необходимого временного режима работы преобразователей. Если на оба преобразователя ПАВ радиоимпульсы подаются одновременно, то локальный участок поверхности будет находиться точно в центре между преобразователями на одинаковом расстоянии от каждого из них.Если необходимо сместить локальный участок от центра к одному из преобразователей, то для этого достаточно осуществить задержку одного радиоимпульса относительно другого. При этом возбуждение ПАВ преобразователями будет происходить в разное время, следовательно, пути, которые пройдут ПАВ до момента их встречи, также будут разными. Если на один из преобразователей подается радиоимпульс с относительной задержкой t,

то центр контрольного участка исследуемой поверхности будет отстоять от этого преобразователя на расстоянии h (l-vt)/2, где I - расстояние между преобразовате0 лями.

Изменяя относительную задержку между радиоимпульсами, подаваемыми на преобразователи ПАВ, можно изменять место размещения локального участка на поверх5 ности пьезоэлектрика в промежутке между двумя преобразователями.

В качестве исследуемых материалов использовались, например, пластины ЦТС пьезокерамики, исходными компонентами

0 которых были,%:

РЬзСМ 66,14; ТЮ2 5,91;

Zr0224.18; Mg (OH)2 0,4;

PbCrCM 0,87; Sn02 1,7:

МпСОзО.39: 5Ь20з M.

5ПАВ частотой 29 МГц возбуждались

встречно-штыревыми преобразователями с апертурой 2 мм, содержащими по семь пар одиночных электродов, преобразователи размещались на поверхности пьезокерами0 ческой пластины на расстоянии 40 мм друг от друга. Сигнал свертки регистрировался параметрическими металлическими электродами, расположенными между встречно- штыревыми преобразователями на

5 поверхности пьезокерамических пластин с противоположных сторон. Длительность радиоимпульсов, подаваемых на встречно- штыревые преобразователи, составляла от 0,3 до 15 мкс. что дало возможность полу0 чить контрольные участки на поверхности пьезокерамики длиной от 0,66 мм до 33 мм, при этом ширина контрольных.участков определялась апертурой преобразователей и составляла 2 мм. За счет изменения относи5 тельной задержки радиоимпульсов в диапазоне 0-10 мкс была использована вся поверхность пьезоэлектрика, расположенная между встречно-штыревыми преобразователями, т .е. на длине 40 мм.

0

Формула изобретения

Способ контроля качества поверхности пьезоэлектрика. заключающийся в том, что 5 в исследуемой поверхности возбуждают ультразвуковые импульсы поверхностных акустических волн, принимают импульсы поверхностных акустических волн, измеряют параметры принятых импульсов, по которым судят о качестве исследуемой поверхностм, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности путем обеспечения возможности контроля качества на локальном участке исследуемой поверхности, для каждого локального участка с длиной d вдоль направления распространения поверхностных акустических волн навстречу друг другу излучают первый и второй ультразвуковые импульсы с высокочастотным заполнением, с длительностью г , равной

.

где v - скорость распространения поверхностных акустических волн в пьезоэлектри0

5

ке, и задержкой t второго импульса относительно первого, равной

t (l-2h)/v ,

где I - расстояние между точками возбуждения ультразвуковых импульсов;

h - расстояние между центром локального участка и точкой возбуждения первого ультразвукового импульса, принимают результирующий сигнал свертки на удвоенной частоте заполнения, обусловленный нелинейным взаимодействием двух ультразвуковых импульсов, а в качестве параметра принятого сигнала используют амплитуду результирующего сигнала свертки на удвоенной частоте заполнения.

Изобретение относится к исследованиям материалов с помощью техники поверхностных акустических волн и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии Целью изобретения является повышение информативности за счет возможности контроля качества на локальном участке ис следуемой поверхности На поверхности пьезоэлектрика в двух точках возбуждают поверхности ie акустические волны, рас пространяюшнеся навстречу одна другой В локальной области пьезоэлеь трика i де про исходит взаимодействие поверхностных акусгичео-и волн ни параметрических электродах наводится переменное электри ческое напряжение соответствующее свертке сигналов возбуждающих поверхностны акустических волн и характеризующее качество локального участка исследуемой поверхности 1 ил СО С