Способ контроля качества поверхности пьезокерамики Советский патент 1993 года по МПК G01N29/04 

Изобретение касается исследования материалов с помощью техники поверхностных акустических волн (ПАВ) и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии.

Известен способ контроля качества поверхности пьезоэлектриков, в том числе и пьезокерамики, с помощью техники ПАВ, основанный на определении частотного сдвига автогенератора на ПАВ-фильтре. Способ заключается в том, что при прохождении ПАВ по неоднородной поверхности пьезоэлектрика происходит изменение скорости волны, что вызывает изменение частоты автогенератора, выполненного на фильтре из исследуемого пьезоэлектрика. Функциональные возможности данного способа ограничены из-за неоднозначной оценки размеров поврежденного участка и степени повреждения.

Наиболее близким к изобретению является способ контроля качества поверхности пьезокерамики, заключающийся в том, что для каждого локального участка исследуемой поверхности навстречу друг другу излучают ультразвуковые импульсы поверхностных акустических волн одинаковой частоты и длительности и с заданной задержкой, принимают результирующий сигнал свертки на удвоенной частоте, измеряют амплитуду сигнала свертки, по которой судят о качестве исследуемой поверхности,

Чувствительность данного способа, определяемая эффективностью нелинейного взаимодействия ПАВ в пьезокерамике, невысока. С уменьшением длительности ультразвуковых импульсов, что требуется для повышений разрешающей способности способа, амплитуда сигнала свертки уменьшается, а чувствительность способа снижается.

-ч ю XI

о

Цель изобретения - повышение чувствительности за счет изменения доменной структуры пьезокерамики в присутствии внешнего электрического поля.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля качества поверхности пьезоэлектрика, заключающемся в том, что для каждого локального участка исследуемой поверхности навстречу друг другу излучают ультразвуковые импульсы ПАВ одинаковой частоты и длительности с заданной задержкой относительно друг друга, принимают результирующий сигнал свертки на удвоенной частоте, измеряют амплитуду сигнала свертки, по которой судят о качестве исследуемой поверхности, на образец при излучении ультразвуковых импульсов воздействуют электрическим полем в направлении, перпендикулярном исследуемой поверхности, с напряженностью (0,25...2,5) -105 В/м, частота которого не превышает частоты синхронизма ПАВ.

На чертеже приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа, где 1 - исследуемый образец; 2,3 - входные преобразователи ПАВ; 4- верхний параметрический электрод; 5 - нижний параметрический электрод; 6,13 - блоки согласования; 7,14 - высокочастотные генераторы; 8 - импульсный генератор с регулируемой длительностью импульсов; 9 - фильтр верхних частот; 10 - селективный вольтметр или измерительный осциллограф; 11 - фильтр нижних частот; 12 - источник напряжения; 15- регулируемая линия задержки.

Устройство, реализующее способ контроля качества поверхности пьезокерамики, состоит из исследуемого образца 1, на поверхности которого в исследуемой области размещен верхний параметрический электрод 4, а по обе его стороны находятся входные преобразователи ПАВ 2,3. С противоположной стороны пластины напротив верхнего параметрического электрода расположен нижний параметрический электрод 5. Входные преобразователи ПАВ .через блоки 6,13 согласования подключены к высокочастотным генераторам 7,14 соответственно. Высокочастотный генератор 7 непосредственно подключен к импульсному генератору 8 с регулируемой длительностью импульсов, а высокочастотный генератор 14 подключен к импульсному генератору 8 через регулируемую линию задержки 15. Верхний параметрический электрод 4 через фильтр 9 верхних частот подключен к селективному вольтметру или измерительному осциллографу 10, который подключен к генератору 8 импульсов через тракт синхронизации. Через фильтр 1.1 нижних частот верхний параметрический электрод 4 подключен к источнику 12 напряжения, который через тракт синхронизации подключен к генератору 8 импульсов. Ниж- ний параметрический электрод 5 подсоединен к земле.

Способ осуществляется следующим образом.

При подаче на входные преобразователи 2 и 3 радиоимпульсов, сформированных с помощью импульсного генератора 8, высокочастотных генераторов 7,14, блоков согласования 6,13 и регулируемой линии

задержки 15, в пьезокерамическом образце 1 возбуждаются ультразвуковые импульсы одинаковой длительности с частотой распространяющиеся навстречу друг другу. В исследуемой области, где встречаются ПАВ,

происходит их взаимодействие, в результате чего на параметрических электродах 4,5 создается переменное электрическое напряжение частотой 2(0 , соответствующее свертке сигналов, возбуждающих ПАВ. 06ласть взаимодействия определяется длительностью ультразвуковых импульсов, вырабатываемых импульсным генератором 8, и относительной задержкой взаимодействующих импульсов, задаваемой регулируемой линией задержки 15. При подаче в момент взаимодействия ПАВ на один из параметрических электродов электрического напряжения смещения (при заземленном втором электроде) с помощью источника 12

напряжения через фильтр 11 нижних частот с напряженностью 0,25...2,5 105 В/м в образце происходит перестроение доменной структуры. Это вызывает усиление нелинейных эфф.ектов в образце, в результате чего

амплитуда сигнала свертки, поступающего через фильтр верхних частот 9 на селективный вольтметр или измерительный осциллограф 10, возрастает в том случае, если съем сигнала осуществляется с бездефектного

участка. В противном случае перестроения доменной структуры не наблюдается и регистрируемый сигнал свертки является слабым, Таким образом, осуществляется повышение чувствительности способа контроля качества поверхности пьезокерамики. Исследования проводились при различных длительностях ультразвуковых импульсов ПАВ от 1 до 10 мкс. Внешнее поперечное электрическое поле напряженностью до 7 105

в/м создавалось за счет приложения к параметрическим электродам как постоянного, так и переменного электрического напряжения. Сравнение чувствительности предлагаемого способа с прототипом проводилось по

методике, которая заключается в сопоставлении амплитуд сигналов свертки до приложения электрического поля к образцу и после того, как подано электрическое напряжение. Например, приложение постоянного электрического поля напряженностью 1,5 -10 В/м, нормально к исследуемой поверхности, обеспечивает повышение амплитуды выходного сигнала свертки на 25 дБ, т.е. почти в 20 раз. Электрическое поле такой же напряженности, созданное приложением импульсного напряжения с длительностью импульсов 10 мкс, скважностью 100 обеспечивает повышение амплитуды выходного сигнала свертки на 35 дБ, т.е. более чем в 50 раз.

Изобретение касается исследования материалов с помощью техники поверхностных акустических волн (ПАВ) и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии. Цель изобретения - повышение чувствительности за счет изменения доменной структуры пьезоэлектрика. Способ контроля качества поверхности пьезокерамики заключается в том, что при излучении ц образец ультразвуковых импульсов поверхностных акустических волн навстречу друг другу с одинаковой частотой и длительностью и заданной задержкой между ними на негр дополнительно воздействуют электрическим полем в направлении, перпендикулярном исследуемой поверхности, с напряженностью (0,25...2,5) -105 В/м, частота которого не превышает частоты синхронизма поверхностных акустических волн. 1 ил.

Формула изобретения

Способ контроля качества поверхности пьезокерамики. заключающийся в том, что для каждого локального участка исследуемой поверхности навстречу друг другу излучают ультразвуковые импульсы поверхностных акустических волн одинаковой частоты и длительности и с заданной задержкой друг относительно друга, принимают результирующий сигнал свертки на удвоенной частоте, измеряют амплитуду сигнала свертки, по которбй судят о качестве исследуемой поверхности,отличающи и с я тем что, с целью повышения чувствительности, на образец при излучении ультразвуковых импульсов воздействуют электрическим полем в направлении, перпендикулярном исследуемой поверхности, с напряженностью (0,25+2,5) 105 В/м, частота которого не превышает частоты синхронизма поверхностных акустических волн.

дв я аяйЬ яд 1д аашаВ8Ни.