Способ контроля качества пьезоэлементов

Способ контроля качества пьезоэлементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

описании

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11)100295О

Ж .Ф ъ ь Г . (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)За" лево 31.07.81(21) 3329339/18-21 с присоединением заявки № (23) П риоритет

Опубликовано 07 03.83. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 09.03.83 (5! )М. Кл.

G 01 М 29/00

Гесударственные кемнтет

Ilo делам нэобретеннй

N OlNPblTHN (53) УДК 620.179 ° .14(088.8) ф

В.И. Маглеванный, Л.А. Душин, А.И. Лазарету ик: и В.В. Дмитриев (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТОВ

Изобретение относится к исследованию электрических свойств материалов дефектоскопии и может быть использовано для оперативного контроля таких параметров йьезоэлементов, как однородность структуры, толщина, ilJlocKQ"

„5 параллельность граней и излучаемая мощность.

Известен способ контроля качества пьезоэлементов, включающий изготовление образца возбуждение в нем упругих волн, изменение их частоты, измерение собственной резонансной и антирезонансной частоты образца и расчет искомых параметров пьезоэлементов j 11.

Однако способ предусматривает изготовление специальных образцов, выполненных в виде тонкого диска или стержня, т.е. позволяет судить о качест- zp ве пьезоэлементов лишь косвенно. При этом точность контроля параметров пьезоэлементов ограничена тем, что излучаемая мощность определяется фор. мой и однородностью каждого конкретного пьезоэлемента, которые не учитываются в известном способе. Кроме того, способ контроля не позволяет разделить изменения резонансной и антирезонансной частот, вызванные дефектами структуры и, например, вариациями толщины пьезоэлемента. Необходимость изготовления образцов и проведения статистических расчетов в значительной мере снижает производительность известного способа, что не позволяет использовать его для проведения оперативного неразрушающего контроля качества пьезоэлементов в процессе их производства.

Цель изобретения — повышение производительности способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля качества пьезоэлементов включающему возбужУ дение в пьезоэлементе упругих волн и изменение их частоты, перед возбуждением в пьезоэлементе упругих волн

1002950 и изменением их частоты в пьезоэлементе подавляют связанные колебания, помещают его в жидкую среду, регистрируют распределение амплитуд давления ближнего поля в плоскости главных гра- ней пьезоэлемента с помощью жидкокристаллического детектора и по качеству и положению максимумов амплитуд давления определяют наличие неоднородностей, толщину и вариации толщин пьезо- О элементов, а по длине волны света, отраженного однокристаллическим детекToDoM излучаемую мощность.

На фиг. 1 представлена схема устройства go ocygecTeneH R предлагаемого способа; на фиг. 2 — поле пьезопластины с симметрией ближнего поля, свидетельствующее об отсутствии в ней неоднородностей; на фиг. 3 — то же с нарушенной симметрией, свиде7

2О тельствующей о наличии неоднородности; на фиг. 4 — поле пьезопластины с вариациями толщины; на фиг. 5 и 6 поля двух пластин одинаковых поперечных размеров, но разной толщины

25 на одной и той н<е частоте.

Способ осуществляют следующим образом.

При возбуждении пьезопластины, поляризованной по толщине переменным электрическим полем соответствуюо ющей частоты, возникают не только резонансные колебания по толщине. но и резонансные поперечные колебания пластины возникновение которых объ-! ясняется генерацией высших акусти- 35 ческих гармоник. При этом, в зависимости от формы, соотношения геометрических размеров, упругих характеристик материала, способа крепления и прочих условий, в теле пласти- 40 ны устанавливаются системы взаимно ,пересекающихся узловых линий. Конфигурация этих линий определяется фундаментальной функцией. Кинетическая энергия пластины распределена 4 в областях пучностей, ограниченных узловыми пересекающимися линиями.

Таким образом, контролируемая пьезопластина излучает колебательную энергию отдельными зонами, расположенными в областях пучностей. Если упругие свойства материала пьезопластины изотропны, области пучностей расположены симметрично в плоскости главных граней пьезоэлемента.

Однако такая неискаженная картина поля наблюдается лишь в случае подавления связанных колебаний, что достигается выполнением торцов пластины в форме параболы и нагружением основных граней средой значительной плотности. Пои этом оасстояние от вершины параболы до точки на оси симметрии противолежащей точкам нуле9 вой кривизны на главных гранях пьезопластины должно быть равно 0,6, длины волны.

В случае, если в пластине существуют неоднородности с длиной поперечных волн, условия распространения последних меняются и, в первую очередь, изменяется их скорость на участке неоднородности. В конечном счете это приведет к искажению симметрии ближнего поля пьезоэлемента в режиме излучения. Если размеры неоднородности гораздо больше длины волны, так что дифракция невозможна, на границе неоднородности происходит отражение поперечной волны, и, поскольку огибающая неоднородности в общем случае не коллинеарна огибающей пластины, симметрия поля также нарушается. Благодаря этому факту наличие неоднородностей может быть зарегистрировано визуально.

В то же время для пьезоэлементов одинаковой геометрической формы, равных поперечных размеоов и одного состава собственные частоты, определяющие при прочих равных условиях форму поперечных колебаний, в значительной мере зависят от толщины.

При возбуждении пьезопластин с разной толщиной, но равными прочими параметрами, напряжением одной частоты, в силу различия их собственных частот по поперечным размерам, поперечный резонанс возникает у каждой из них на отличающихся разностных частотах 1 или гармониках), т.е. картины поля различны. Таким образом, по изменению характера распределения амплитуд давления (картины поля) при фиксированном значении частоты могут определяться отклонения от заданной толщины.

У пьезопластин с плохой плоскопараллельностью в различных точках различны условия отражения упругих волн. На определенных частотах интенсивные колебания по толщине устанавливаются только на локальном участке равной толщины, соответствующей половине длины продольной волны этой частоты, При возникновении интенсивных колебаний пластины толь5 1002 ко на одном участке и ослабленныХ колебаний во всех остальных точках, на границе этого участка создаются условия для отражения поперечных волн. S

Поле излучения в этом случае представлено одним или несколькими локальными участками, расположенными асимметрично в плоскости главных граней. Таким образом, по наличию от- 10 дельных зон излучения, расположенных асимметрично по площади излучения, можно судить о вариациях толщины пластины.

Предварительная калибровка жидко- 15 кристаллического детектора по длине волны максимального расстояния (цвету) позволяет визуально установить интенсивность, а следовательно и мощность у акустического излучения. С целью количественного определения удельной излучаемой мощности изображения., воспроизведенное жидкокристаллическим детектором, фиксируют на фотопленке с определенной экспозицией и с заданным режимом обработки и по интенсивности почернения фотопленки определяют излучаемую мошность в любой точке пластины.

Устройство для осушествления спо30 соба контроля качества пьезоэлементов содержит ультразвуковой генератор 1, исследуемый пьезоэлемент 2, который помещен в акустически заглушенную камеру 3, заполненную обезгаженной водой, являющейся контактной средой для жидкокристаллического детектора 4. Дпя освещения жидкокристаллического детектора 4 служит конденсатор 5 с осветительной лампой 6. Изображение фиксируется фотоаппаратом 7 через светофильтр 8.

Вследствие наличия поперечного и продольного пьезоэффектов в теле пластины устанавливаются системы пересекаюцихся стоячих волн, взаимодей-. ствующих в силу нелинейности среды.

Смещение главных граней излучателей представляет сумму смещений, вызванных поперечными и продольными колебаниями. При этом смецения про- SO исходят только в областях пучностей поперечных волн и у бездефектных пластин при выполнении соответствующих условий - симметричны. Картина акустического поля на незначительных расстояниях коррелирована с распределением амплитуд и фаз смещений, поскольку расхождение пучков практически отсутствует. Распределение ампли950 туд давления акустического поля регистрируется жидкокристаллическим детектором 4, при освещении которого воспроизводится изображение акустического поля в виде плоскостного распределения частот видимого диапазона, которое фиксируется фотоаппаратом через светофильтр 8 или визуально. Наличие неоднородностей фиксируется визуально так же как и отклонение толщины от заданного значения и неравномерность по толщине. При необходимости документирования изображения фиксируются на фотопленку.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет одновременно контролировать четыре параметра пьезоэлементов, несущих информацию о их качестве, что в свою очередь позволит т1роизводить оперативный неразрушающий контроль пьезоэлементов.в процессе производства. При этом контроль может быть осуществлен визуально, что значительно снижает трудоемкость предлагаемого способа по сравнению с известным и повышает его производительность, поскольку время, затрачиваемое на контроль качества одного пьезоэлемента,по предлагаемому способу не превышает 1 мин. формула изобретения

Способ контроля качества пьезоэлементов, включающий возбуждение в пьезоэлементе упругих волн и изменениеих частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, перед возбуждением в пьезоэлементе упругих волн и изменением их частоты в пьезоэлементе подавляют связанные колебания, помещают его в жидкую среду„ регистрируют распределение амплитуд давления ближнего поля в плоскости главных граней пьезоэлемента с помощью жидкокристаллического детектора и по качеству и положению максимумов амплитуд давления определяют наличие неЬдноро юностей, толщину и вариации толщины пьезоэлементов, а по длине волны света, отраженного жидкокристаллическим детектором, - излучаемую мощность.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Яффе Б., Кук У., Яффе Г. Пьезоэлектрическая керамика. М., нМир", 1974, с. 34-39.

1002950

1002950

1002950

Составитель С. Шумилишская

Редактор Н. Бобкова Техреду А.Ач Корректор E. Рошко

Заказ 1539/26 тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобоетений и откоытий

11)ОЯ, Москва И-Я Раушская наб. g, 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4