Способ определения дефектов в активном элементе пьезокерамического преобразователя

Союз Советски СоциалистицескРеспублик ц 5 О 4318 ион ВРЕТЕ Н ЕТОРСКОМУ СВИДИТЮЛЬСТВУ(23) Приоритет 2461/18-10 1) 1. Кл. 2 Н 04 0 29.т Гооударатвеннын намет Совета Мнннотрав ССС оа делам изобретений и открытий3) Опубликовано 25,02,76 бюллетень7 5) Дата опубликования описания 15.03,76(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В АКТИВНОМ ЭЛЕМЕНТЕ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКОГОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ,нельзя устранить дефек товления преобразоваеЦелью изобретения я месторасположения и ви т в процля.вляетсда д изго я опредеефекта,ление чиком и,Изобретение касается контрольно-измерительной техникии может быть использовано для контроля качества пьезокерамических преобразователей в процессе их изготовления,Известен способ контроля механическойцелостности активного элемента пьезокерамического преобразователя, основанный навозбуждении его электрическим напряжением, которым заряжают преобразователь дозаданного потенциала, а затем путем разряда ( за счет обратного пьезоэффекта) возбуждают в преобразователе свободные механические колебания и регистрируют переходный процесс колебаний, например, на экране осциллографа, По форме кривой затухания этого напряжения судят о целостности .преобразователя,Однако таким способом нельгл определить месторасположение механического дефекта в активном элементе и невозбжнообнаружить нарушение электрического контакта между токовволала и пьезоэлементами, из которых набран активный элемент,В результате с помощью такого способа Это достигается тем, что преобразователь возбуждают переменным напряжениемна резонансной частоте, а о наличии дефевта судят по величине и фазе кривой влек" О,трического напряжения на выходе датчика,,расп лагаемого в электромагнитном полеактивного элемента преобразователя и вы,полненного, например, в виде отрезка коексиального кабеля один конец которого 5 подключен к усилителю, а другой (разомкнутый) пере;едается вблизи поверхностипреобразователя, Так как рабочая поверхность датчика мала (поверхность сечениякоаксиального кабеля, ограниченная эйра- О ном) и он располагается близко к поверхности активного элементапреобразователя (1-5 мм), величина воспринимаемого даг.потенциала характеризует потенциалвнутри керамики в достаточно малой обласЬь3 04318На фиг, 1, изображена, дефектограмма,записанная на самописце; на фиг, 2 - фигуры Лиссажу, соответствующие обнаружению механического дефекта (трещины); нафиг. 3 - фигуры Лиссажу, соответс жующиеэлектрическому дефекту.Если в аливном элементе отсутствукедефекты, при возбуждении его переменнымнапряжением на резонансной частоте величина переменного электрического потенциала каждого пьезоэлемента равномерно падает до нуля от положительного к отриФцательному электроду (заземленный влектродК см. фиг. 1 точки 1 и 2.В случае нарушения сплошности конструкции в области дефекта возникает неоднородность электрического поля, обусловленная изменением диэлектрической проницаемостя в области дефекта и возникновением вторичного электрического напряжения, обусловленного пьезоэффектом и концентрацией механических напряжений.Если имеет место нарушение электрического контакта, отключенный электричеоки пьезоэлемент в силу прямого пьезоэффекта начинает работать как генераторэлектрического напряжения, При этом наотключенном электроде такого пьезоэлемента, по сравнению с подводимым напряжением, резко измейяется величина и фаза,напряжения.Величина потенциала, регистрируемаядатчиком в районе дефекта по сравнениюс эталонным потенциалом (прн отсутствиидефекта) в зависимости от характера дефекта,увеличивается до 20-30 раз, Сигналс датчика 1 наблюдают на экране осциллографа в виде фигур Лиссажу или записьввают дефектограмму на самописце,Месторасположение дефекта определяютпо дефектограмме или непосредственно поположению датчика относительно поверхности преобразователя в момент обнаружениядефекта, О характере дефекта судят постепени, отклонения от эталонной величиныфазы и амплитуды напряжения на выходедатчика при расположении его в районедефекта,На фиг. 1 изображена снятая дефектограмма преобразователя, на оси абсцисскоторой расстояние между точками 1 и 2соответствуют ширине пьезоэлемента. Ординаты точек 1 и 2 на дефектограмме показывают величину потенциалов соответственно положительного и отрицательногоэлектродов пьезоэлементов, не имеющихюфектов,Пики 3 и 4 соответствуют механическим дефектам-трещинам в пьезоэлементе,перпендикулярным к электрическому полю. фЕсли имеет место нарушение электричес,кого контакта, отключенный электрическипьезоэлемент работает как генератор электрического напряжения. Величина и фазанапряжения на отключенном электроде такого пьезоэлемента резко изменяется (пики 5, 6, 7 иа фиг, 1 К. Дефект, соответствующий пику 5, является нарушениемэлектрического контакта между электрощ дом и пьезоэлементом. Дефекты, соответствующие шкале 6 и 7, свидетельствуюто нарушении электрического контакта между токоподводящимн шинами и электродами(дефект 6 - электрод отключен от минусо 15 вой шины, дефект 7 - электрод отключенот плюсовой шины),Контроль на экране осциллографа удобнопроводить с помощью фигур Лиссажу, Навертикально отклоняющие пластины чодают20 сигнал с датчика, а на горизонтально откланяюшие пластины - сигнал (опорный), которым возбуждают активный элемент преобразователя. На фиг. 2 показаны наблюдаемыена экране осциллографа фигуры Лиссажу при25 обнаружении датчиком механического дефекта, соответствующего пику 4 дефектограммыфиг. 1. Как видно из дефектограммы, рассматриваемый механический дефект расположен в пределах одной призмы (между сосед 30 ними точками 2 и 1). Фигуры Лиссажу 8,9 и 10, 11 (фиг, 2) относятся к точкам1 и 2 (соответственно положительный и отрицательный элементы), расположенным соответственно слева и справа от пика 4 фиг,ЗЬ 1, фигуры указывают на отсутствие дефектов в этих пьезоэлементах.ф фигуры Лиссажу 12, 13, 14 соответс 1вуют экстремальным точкам пика 4 дефекф тограммы, причем фигура Лиссажу 13 соответствует расположению датчика напротивтрещины, На фиг, 3 показаны наблюдаемыена экране осциллографа фигуры Лиссажу приобнаружении нарушения электрического кон такта, соответствующего пику 6 дефектограммы, Электрический дефект расположенмежду точкамя 1 и 1, ординаты которыхсоответствуют потенциалам положительныхэлектродов,фф фигуры Лиссажу 15, 16 и 17, 18 (нафиг, 3 К соответствуют точкам 2 и 1 дефектограммы слева и справа от пика 6 (фиг, 1)и указывают на отсутствие дефекта, Фигура Лиссажу 19 соответствует расположениюф 5 датчика напротив отключенного электрода,Таким образом, способ позволяет обнаружить нарушения электрического контактаи механические дефекты в активных элементах преобразователей (трещиныраковины)как выходящие на поверхность, так и скрыФ.г Составитель Е. Артамоноваедактор Е. Кравцова Техред М, Левицкая Корректор Л. Тромболв Тираж 864 НИИПИ Государственного комипо делам изобретений и от 13035, Москва, Ж, Рвуш вказ 6 гП Подписноеета Совета Министкрытийская нвб 5., д,4/ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Гвгвринв, 101 тые внутри, т, е позволяет определять месторасположение и вид дефекта,формула изобретения Способ определения дефектов в активном 5 ;элементе пьезокерамического преобразователя, основанный на возбуждении преобра 1 эователя электрическим напряжением и наблюдении выходного сигнала, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью опр деления месторасположения и вида дефекта, преобразователь возбуждают на резонвнсноФчастоте, исследуют электромагнитное полевблизи поверхности активного элемента датчиком и судят о дефекте по изменению амплитуды и фазы сигнала на выходе датчика,