Способ определения дефектов в активном элементе пьезокерамического преобразователя Советский патент 1976 года по МПК H04R29/00 

Изобретение касается контрольно-измерительной техникиГи может быть использо.вано для контроля, качества пьезокерами- чвских преобразователей в процессе их изготовления.

Известен способ контроля механической целостности активного элемента пьеэокера- мического преобразователя, основанный на :возбуждении его электрическим напряжением, которым заряжают преобразователь до заданного потенциала, а затем путем разр5Ь да ( зя счет обратного пьезоэффекта) возбуждают в преобразователе свободные механические колебания и регистрируют переходный процесс колебаний, например, на экра- не осциллографа. По форме кривой затухания этого н.апряжения судят о целостности о преобразователя.

Однако таким способом нельгл определить месторасположение механического де- фекта в активном элементе и невозможно обнаружить нарушение электрического контакта между токовводами и пьезоэлемента- ми, КЗ которых набран активный элемент. В результате с помощью такого способа

нельзя устранить дефект в процессе иэго;Товления преобразователя.

Целью изобретения является определени .месторасположения и вида дефекта.

Это достигается тем, что преобразователь возбуждают переменным напряжением |на резонансной частоте, а о наличии дефвю|та судят по величине и фазе кривой влек|трического напряжения на выходе датчика, .располагаемого в электромагнитном поле активнст о элемента преобразователя и вы полненного, например, в виде отрезка коаксиального кабеля, один конец которого подключен к усилителю, а другой (разомкнутый) перемещается вблизи поверхности преобразователя. Так как рабочая повар- IxHOCTb датчика мала (поверхность сечения коаксиальиого кабеля, ограниченная эКраном) и он располагается близко к поверх- ;ности активного элемента-преобразователя (1-5 мм), величина воспринимаемого дат чиком потенциала характеризует потенциал внутри керамики в достаточно малой области.

На фиг. 1, изображена. дефектограмма, записанная на самстисце; на фиг. 2 - фигуры Лиссажу, соответствующие обнаружению механического дефекта (трещины); на фиг. 3 - фигуры Лиссажу, соответстоующие 9лек1рическому дефекту.

Если в OKtiraHCRvi элементе отсутствуют дефекты, при возбуждении его переменным HanpsDKeHHeM на резонансной частоте величина переменного электрического потенц ала каждого пьезоэлемента равномерно па- дает до нуля от положительного к отрицательному электроду (заземленный электрод), см. фиг. 1 точки 1 и 2.

В случае нарушения сплошности конст рукцин в области дефекта возникает неоднородность электрического поля, обусловленная изменением диэлектрической прониuaeMOCf в области дефекта и возникновением вторичного электрического напряжения, обусловленного пьезоэффектом и концентрацией механических напряжений.

Если имеет место нарушение электрического контакта, отключенный электричео ки пьезоэлемент в силу прямого пьезоэф фекта начинает работать как генератор электрического напр51жения. При этом на отключенном электроде такого пьезоэлемента, по сравнению с подводимым напряжением, резко изменяется величина и фаза, напряжения.

Величина потенциала, регистрируемая датчиком в районе дефекта по сравнению с эталонным потенциалом (при отсутствии дефекта) в зависимости от характера дефекта, увеличивается до 20-30 раз. Сигнале датчика наблюдают на экране осциллографа в виде фигур Лиссажу или записывают дефектограмму на самописце.

Месторасположение дефекта (итределяют по дефектограмме или непосредственно по положению датчика относительно поверхности преобразователя в мсилент обнаружения дефекта. О характере дефекта судят по степени отклонения от эталонной величины фазы и амплитуды напряжения на выходе датчика при расположении его в районе дефекта.

На фиг, 1 изображена снятая дефект грамма преобразователя, на оси абсцисс которой расстояние между точками 1 и 2 соответствуют ширине пьезоэлемента. Ординаты точек 1 и 2 на дефектограмме показ1;шают величину потенциалсю COOTBOTCI венно положительного и отрицательного электродов пьезоэлемент ю, не имеющих Аффектов.

Пики 3 и 4 соответствуют механическим дефектам-трещинам в пьезоэлементе, перпендикулярным к электрическому полю.

Если имеет место нарушение электрического контакта, отключенный электрически пьезоэлэмент работает как генератор электрического напряжения. Величина и фаза

напряжения на отключенн 4 электроде такого пьезоэлемента резко изменяется (пики 5, 6, 7 на фиг. 1). Дефект, соответствующий пику 5,яввляется нарушением электрического контакта между электроROM и пьезоэлементом. Дефекты, соответствующие шкале 6 и 7, свидетельствуют

0нарушении электрического контакта меж- gy токоподводящими шинами и электродами

(дефект 6 - электрод отключен от минусовой шины, дефект 7 - электрод отключен от плюсовой шины).

Контроль на экране осциллографа удобно проводить с помощью фигур Лиссажу. На вертикально отклоняивдие пластины подают

сигнал с датчика, а на горизонтально отклоняюшие пластины - сигнал (опорный), которым возбуждают активный элемент преобразователя. На фиг. 2 показаны наблюдаемые на экране осциллографа фигуры Лиссажу при

обнаружении датчиком механического дефекта, соответствующего пику 4 дефектограммы фиг. 1. Как видно из дефектограммы, рассматриваемый механический дефект расположен в пределах одной призмы (между сосед-

ними точками 2 и 1). Фигуры Лиссажу 8, 9 и 10, 11 (фиг. 2) относятся к точкам

1и 2 (соответственно положительный и от рицательный элементы), расположенным соответственно слева и справа от пика 4 фиг.

1, Фигуры указывают на OTcyixjTBHe дефектов в этих пьезоэлементах.

о

Фигуры Лиссажу 12, 13, 14 соответствуют экстремальным точкам пика 4 дефектограммы, причем фигура Лиссажу 13 соответствует расположению датчика напротив трещины. На фиг. 3 показаны наблюдаемые на экране осциллографа фигуры Лиссажу при обнаружении нарушения электрического контакта, соответствующего пику 6 дефектограммы . Электрический дефект расположен между точками 1 и 1, ординаты которых соответствуют потенциалам положительных электродов,

Фигуры Лиссажу 15, 16 и 17, 18 (на фиг. 3) соответствуют точкам 2 и 1 дефектограммы слева и справа от пика 6 (фиг,1) и указь1вают на отсутствие дефекта. Фигура Лиссажу 19 соответствует расположению датчика напротив отключенного электрода. Таким образом, способ позволяет обнаружить нарушения электрического контакта и механические дефекты в активнь1х элементах преобразователей (трещины, ракорины) как выходящие на поверхность, так и скрытые внутри, т. е позволяет определять месторасположение и вид дефекта.

Формула изобретения

Способ определения дефектов в активном :элементе пьезокерамического преобразова теля, основанный на возбуждении преобразователя электрическим напряжением и наб

люденйн выходного сигнала, о т л и ч а « ю щ и и с я тем, что, с целью ния месторасположения и вида дефекта, пре образователь возбуждают на резонансной

частоте, исследуют электромагнитное поле вблизи псюерхности активного элемента дат чиком и судят о дефекте по изменению ам :плитуды и фазы сигнала на выходе датчика.