(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЗАКРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
1
Изобретение относится к технике измерения параметров электроакустических преобразователей и может быть применено в измерительных устройствах и системах, использующих эти преобразователи для контроля их качества закрепления.
Известны способы контроля качества закрепления пьезоэлектрических преобразователей, по которым возбуждение контролируемого преобразователя осуществляется подачей напряжения на его рабочие пьезоэлементы, а о качестве закрепления судят по амплитуде выходного сигнала дополнительного преобразователя, установленного на этом же объекте 1 .
Наличие дополнительного преобразователя, установленного на объекте, является недостатком способа.
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является способ контроля качества закрепления электроакустических преобразователей, основанный на сравнении спектра отклика преобразователя на электрический импульс возбуждения со спектром эталона 2.
Недостатками этого способа являются сложность контроля качества закрепления
и невозможность его автоматизации, обусловленные тем, что сравнению подлежат два параметра.
Цель изобретения - упрощение процедуры контроля.
JПоставленная цель достигается за счет
того, что из отклика контролируемого преобразователя на электрические импульсы возбуждения выделяют спектральную составляющую с частотой установочного резонанса этого преобразователя, уровень которой срав10 нивают с уровнем спектральной составляющей эталона на частоте его установочного резонанса, а о качестве закрепления контролируемого преобразователя судят по разности вышеуказанных уровней.
На фиг. 1 изображено семейство амплитудно-частотных характеристик (АЦХ) серийно выпускаемого преобразователя при различных моментах закрепления; на фиг. 2- схема устройства, реализующего предлагае2Q мый способ; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.
При закреплении преобразователя на объекте образуется более сложная механическая система (система «объект-преобразователь), обладающая новыми резонансными свойствами. Изображенное на фиг. 1 семейство кривых 1-6 получено в результате спектрального анализа отклика преобразователя на возбуждение в виде последовательности видеоимпульсов амплитудой 100 В, длительностью 3 МКС, следующих с периодом повторения, равным Тповт. 1мс, которые подавались непосредственно на рабочие пьезоэлементы. По оси ординат отложены выходные показания анализатора спектра Кривая 1 является амплитудно-частотной характеристикой незакрепленного преобразователя, кривые 2-6 получены при закреплениях, равных 0,2; 0,4; 0,6; 0,9 и 1 от номинального. Зарепление преобразователя осуш,ествлялось на стальной плите с помощью моментного ключа (преобразователь крепится на объекте с помощью хвостовика с резьбой). При закреплении преобразователя в его амплитудно-частотной характеристике возникает новый резонанс, частота и максимальная амплитуда которого с увеличением жесткости закрепления увеличиваются. Появление этого резонанса связано с возникновением системы «объект-преобразовзтель. По этой причине он носит название установочного. Его частота fyerpej. всегда меньще частоты первого резонанса АЧХ незакрепленного преобразователя. Максимумы прочих резонансов, вызванных механическими свойствами самого преобразователя, имеют тенденцию уменьщаться, поскольку объект оказывает на преобразователь демпфирующее действие. Однако увеличение максимума установочного резонанса происходит более заметно, чем уменьщение прочих спектральных составляющих АЧХ преобразователя. Плоский начальный участок амплитудно-частотной характеристики претерпевает лищь весьма незначительные изменения. Характер зависимости величины контактной жесткости от усилия поджатия почти линеен, а само усилие поджатия линейно связано с величиной момента закрепления М зхкр . Таким образом, изменение контактной жесткости оказывает значительное влияние на уровень той спектральной составляющей АЧХ преобразователя, которая соответствует частоте его установочного резонанса. Кро ме того, с увеличением жесткости уровень этой спектральной составляющей увеличивается, в то время как максимумы прочих резонансов уменьщаются. При полном нарущении контакта преобразователя с объектом установочный резонанс исчезает (прочие резонансы имеют место при любых жесткостях, поскольку они вызваны свойствами самого преобразователя). По этим причинам достоверность контроля качества закрепления по уровню спектральной составляющей, соответствующей частоте установочного резонанса преобразователя fycT.p|. , оказывается не меньще, чем при контроле по его АЧХ, однако сама процедура контроля значительно упрощается и может быть автоматизирована. Устройство, с помощью которого возможна автоматическая оценка качества закрепления преобразователей, включает генератор видеоимпульсов 7, выход которого посредством коммутатора 8 имеет возможность поочередно подключаться к контролируемому преобразователю 9, установленному на объекте 10, и к образцовому преобразователю 11, установленному на имитаторе объекта 12. К контролируемому преобразователю 9 подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных схемы селекции отклика 13, перестраиваемого фильтра 14 и детектора 15. К образцовому преобразователю 11 подключается цепь, состоящая из последовательно соединенных схемы селекции отклика 16, фильтра 17, настроенного на частоту установочного резонанса образцового преобразователя 11, и детектора 18. Выходы детекторов 15 и 18 подключены к входам амплитудного дискриминатора 19. Образцовый преобразователь аналогичен контролируемому и закреплен на имитаторе объекта с той же жесткостью, что и контролируемый на объекте. Имитатор объекта выполнен из того же материала, что и объект в форме куба или цилиндра, имеющего высоту, равную диаметру, массой в 5- 10 раз превышающей .массу образцового преобразователя. Поскольку при возбуждении преобразователя электрическими импульсами в колебательное движение приводится лищь незначительный участок объекта, непосредственно примыкающий к преобразователю, указанной массы вполне достаточно для имитации объекта. Материал имитатора должен иметь такие же физико-механические характеристики, что и материал объекта (вид и глубина термообработки и т.д.), а поверхность закрепления должна быть выполнена по технически.м условиям для данного типа преобразователей. На группу закрепленных на объекте однотипных преобразователей,качество закрепления которых должно контролироваться, требуется только один образцовый, который вместе с имитатором может быть расположен в любом месте, например встроен в корпус устройства контроля качества закрепления. Устройство работает с.1 едующи.м образом. Генератор 7 формирует электрические видеоимпульсы. Период повторения Тпоьт. таков, что к моменту начала формирования следующего импульса успевает закончиться переходный процесс (отклик),обусловленный действием предыдущего импульса. Поочередное подключение к генератору контролируемого и образцового преобразователей обеспечивает полную эквивалентность их возбуждений. Таким образом, на выходе генератора будут присутствовать И1мпульсы возбуждения и следующие после их окончаний отклики преобразователей 9 и 11 (фиг. 3,а). Приче.м отклики контролируемого будут чередоваться с oтклиRaми образцового. Работа генератора 7 и коммутатора 8 согласована так, что момент переключения коммутатора на некоторое время tynji, равное, например, длительности импульса возбуждения, упреждает начало формирования этого импульса.
Графики б и б поясняют работу контактов коммутатора 8. На входе схемы селекции 13 присутствуют импульсы возбуждения с отклика.ми контролируемого преобразователя, в то время как на входе схемы селекции 16 - импульсь с откликами образцового (см. фиг. 3 г, д). Схемы селекции 13 и 16 выделяют и усиливают отклики соответствующих преобразователей (с.м. фиг. 3 е и ж). Выделенные фильтрами 14 и 17 напряжения детектируются детекторами 15 и 18 и подаются на амплитудный дискриминатор 19.
Выходные напряжения детекторов 15 и 18 пропорциональны уровням спектральных составляющих откликов соответствующих преобразователей. Поскольку контролируемый и образцовый преобразователи однотипны и закреплены с одинаковой жесткостью, спектры их откликов будут одинаковы, а выходные напряжения детекторов 15 и 18 равны. Основным источником нарущения жесткости закрепления является вибрационное или ударное воздействие. Такому воздействию подвержен только контролируемый преобразователь, поскольку имитатор объекта не связан с объектом. Энергия же колебаний, возникающих при преобразовании электрического импульса в механический .мала и не вызывает нарущения жесткости закрепления.
Имитатор вместе с закрепленным на нем образцовым преобразователем выполняет в устройстве роль «образцовой жесткости, с которой сравнивается жесткость контролируемого преобразователя. Операция сравнения осуществляется с помощью а.мплитудного дискриминатора, который выдает сигнал неисправности при уменьшении жесткости контролируемого преобразователя до величины менее допустимой.
Фильтр 14 должен перестраиваться в диапазоне, в котором возможно изменение частоты уст.ье}. для данного типа преобразователей. При контроле качества закрепления следует найти частоту, на которой выходное напряжение этого фильтра принимает максимальное значение. Это напряжение детектируется и подается на амплитудный дискриминатор. При автоматическом контроле детектор 15 должен запоминать максимальное значение напряжения на нем. Перед осуществлением операции контроля напряжение на детекторе 15 от предыдущего измерения должно быть сброщено.
Устройство может быть использовано в качестве индикатора жесткости закрепления при установке преобразователей на объекте или градуировочной установке, обеспечивая идентичность закреплений.
Использование не связанного с объекто.м образцового преобразователя повыщает надежность способа, поскольку этот преобразователь не подвергается со стороны объекта никаким воздействиям.
Формула изобретения
Способ контроля качества закрепления электроакустических преобразователей, основанный на сравнении спектра отклика преобразователя на электрический импульс возбуждения со спектром эталона, отличающийся тем, что, с целью упрощения процедуры контроля, из отклика контролируемого преобразователя выделяют спектральную составляющую с частотой его установочного резонанса, уровень которой сравнивают с уровнем спектральной составляю1цей эталона на частоте его установочного резонанса, а о качестве закрепления контролируе.мого преоб0 ,разователя судят по разности вышеуказанных уровней.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 437923, кл. G 01 Н 3/00, 1972.
k
Ю
IPUS.I
fycm. рез,
1000 {.кГц
/-ЛУЧ
ej
1
..
.
Ж)
