Способ контроля качества пьезоэлектрических преобразователей

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) ( 1)4 С 01 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ БймАч твенный ский ческие 1983(57) Изобретение измерительной те использовано, на тической проверк тносится к виброике и может бытьимер, для автомасоответствия аксе ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Колесников А,Е.измерения.-Л,: Судостс. 122, 125.Авторское свидетелУ 716135, кл. Н 03 Н 54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПЬЕЗЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ лерометров требованиям техническихусловий при их серийном выпуске. Цельизобретения - расширение функциональных возможностей - достигается эасчет определения чувствительности -пьезоэлектрического преобразователя.Устройство, реализующее способ, содержит генератор 1 синусоидальных сигналов, соединенный с частотомером 2и через ключ 3 с усилителем мощности 4К выходу усилителя подключеныпоследовательно соединенные пьезопреобразователь 5 и резистор 6. Начертеже также показаны коммутатор 7,измерительный блок 8 и блок 9 управления. Способ предусматривает выполнение девяти измерительных операций,а качество контролируемого преобразователя определяют по расчетной математической формуле, приведенной вописании изобретения. 4 ил.Изобретение относится к виброизмеительной технике и может быть испольовано, в частности, для автоматичесой проверки соответствия акселеромет 5ов требованиям технических условий при их серийном и массовом выпуске.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей эа счет ,определения чувствительности пьезоэлектрического преобразователя.На фиг. 1 приведено устройство, реализующее способ; на Фиг.2 - механическая схема виброприемника, состоящего из основания, пьезоэлемента 15 и инерционного элемента; на фиг.3 - эквивалентная электромеханическая схема виброприемника; на Фиг.4 - эквивалентная электрическая схема виброприемника (акселерометра) для 20 случая подачи на его вход электрического напряжения 11(г)=П,О (сд + +) и отсутствия возбуждения на его механическом входе.Устройство (Фиг,1) содержит гене ратор 1 синусоидальных сигналов, соединенный с частотомером 2 и через ключ 3 с усилителем 4 мощности, к вы,ходу которого подключены последова,тельно соединенные пьезопреобразователь 5 и резистор 6, коммутатор 7,измерительный блок 8 и блок 9 управления.Сущность способа заключается в следующем. 35Рассмотрим виброприемник, состоящий из основания, пьезоэлемента. и инерционного элемента. Известно,что , перечисленные узлы могут, быть пред, ставлены в виде эффективных масс 40 ш ш (основания и инерционной.соото тветственно), упругости К и сопротивления потерь г. В принятых обозначениях механическая схема виброприемника показана на фиг.2 (а - ускорение, 45 действующее на вход виброприемника).Запишем уравнения электромеханического преобразования для пьезоэлемента, выбрав в качестве переменных напряжение У на его электрической стороне и скорость Ч = ц(а - частота, х - изменение размера пьезоэлемента) на механической стороне: . Г -ФШ +(-. -- + г) Ч, (1) 1 3 ИС где 1 - ток на электрической стороне;Р - сила на механическом входе,С - емкость пьезоэлемента (акоселерометра) при Ч = О, С=1/К- эффективная гибкость пьеэо- элементаф ные условия: а- а,Ч: -- -т Г=та=Р-ша,(2)д фт т о где ат - ускорение инерционной массы,Из уравнений (1) с учетом (2) получаем систему уравнений, описывающую виброприемник как электромеханический четырехполюсник, на механическом и электрическом входах которого действуют Г и а Б и 1 соответственно: 1 а-аДЦ = (-.-" - + г) - -т - а а3 аСя т тэ1 а-атГЮ = (, +г) - - +ша - Р (3)3 ЫСо )а-а,= 3 цсО+ йВводя идеальный электромеханический трансформатор с коэффициентом трансформации И получаем эквивалентную электромеханическую схему виброприемника, приведенную на Фиг3, где приняты следующие обозначения: С= СМ ; К = г(И ; 1.= ш,Э Ь = ш /Б ; где С , К, Ь ,1. - электорические аналоги соответствующих механических величин Су гу щт,шоИэ анализа эквивалентной схемы следует, что для коэффициента преобразования (чувствительности) Х (Я) виброприемника справедливо соотноше- ние а 1.1 11 т- (4) Ы С,г 1+ЕЧ" Ио Игдео ьо 1 тК ьо шт 9 = --г- добротность преобразователя, - резонансная частота виброприемника при 1=ИСР - коэффициент электромехани"ческого преобразования.При возбуждении на частоте Я виброприемника со стороны основания ускорением а и силой Г для пьезоэлемента выполняются следующие гранич 1394169его возбуждении с механи- ческой стороны,Рабочий диапазон частот ы пьезоакселерометров, как правило, выбирается из условия ц с я , В этом слу- чае к через сопротивление К(К-определяется соотношением То 1(с) = 1,соз (а с +у)е (6)Иде о= р /29- декремент затухания; - механическая добротность преобразовател - начальная амплитудаи фаза свободных зат хающих колебаний. ости (рав моментмент своепреры и К,С, альный силу условия тве токов в ц ючения и в нач ых колебаний) е еем(сов са е)е Или при с 1 Таким образом ока через сопро осле отключения ния, можно опр измеряя ампли вление К ср озбуждающего елить величи(9 В 6(ш +ш- - -- ф (5)шт С10ф В(С+ С)Таким образом, для определения чувствительности 1 пьезоакселерометцаров известной конструкции (ш = сопят) необходимо измерение величин С С .15 и М. Последнее возможно в результате того, что на электрический вход акселерометра подается напряжение вида 11(С) = Усов (ц С + ( ), а механический вход не подвергается возбуждению. Эквивалентная схема для этого случая представлена на фиг,4.Пусть в момент времени й = 0 возбуждение прекращается и переключатель П переводится в положение "2", 25.Используя для 0 выражение6 = 1/У РС, получаем С = 1/ц Кэ В соответствии с законом Кирхгофа ток 1, протекающий на входе виброприемника при его возбуждении, представляет собой сумму тока через емкость С и тока в цепи К,1.,С, т.е,1 = 0 Последне определитьо озволяе(14), зависит только от величини ш , которые в условиях серийнопроизводства у всех акселерометв равны. Это позволяет, однократизмерив К на одном из акселерометнапример, с помощью вибростендаем прямого измерения и послеоего вычисления К из уравнения), использовать эту величину вестве постоянной для всей послещей партии,Способ осуществляют следующим облу го ро о ро пу дующ а з опр еобраз ователь прямоугольной огипо команде с блос ог я включают г тор 1 ряютэтогос вь плитуду ради подают на вхохода усилителя Затем обрываюнт, соответств т о пряжения на и Для этого, п еняют длитель нулю сТ/2 а 9 и разом,Возбуждаютрадиоимпульс омбающей, Для этка 9 управлении ключ 3. Измепульса У. Дляблока 8 сигналчерез коммутатрадиоимпульс вщий равенствуобразователе (команде с блок ношение с учетом (о)+р -- 11 мплитуда напряж мпульса возбужд мплитуда тока в реобразователя; мплитуда тока в ереходного проц еханическая доб ия радиоде 0 ния;збужд и а Кзоватесится ачале са,тностьф ока 8.ветствии с формулоГчувствительностья и делают вывод о п оп В сооделяют обо качеразоват ве.о р м Спос ла изобре контроля качества ских преобразовате асса основания гд енияьезой, соглектр ность радиоимпульса и фиксируют с помощью блока 8 фазу напряжения на преобразователе. При выполнении условия ф = фй/2 (переход напряжения через 0)5 блок 9 выдает сигнал, запирающий ключ 3, и возбуждение преобразователя прекращается,Далее устанавливают частоту заолнения радиоимпульса Ю . Для этого 1 О а вход блока 8 через коммутатор 7 одают сигнал с резистора 6 (Кц с1/и С,), пропорциональный току ороткого замыкания. В блоке 8 провоится определение амплитуды тока 1 в начале переходного процесса. По коанде с блока 9 в генераторе 1 просходит изменение частоты генерируех колебания, и процедура измерея величины 1 повторяется. В мо д ент, когда зафиксирован максимум 1 зменение частоты сигнала в генераоре 1 прекращается.Для измерения частоты у сигнал с частотомера 2 подается в блок 8.3 а тем измеряют амплитуду тока 1 ,протекающего через преобразователь во время действия радиоимпульсов, и амп;,литуду,тока 1, в начале переходного процесса, возникающего после прекращения действия радиоимпульса.Для определения механической добротности преобразователя 0 с помощью блока 8 измеряют скорость затухания переходного процесса.Значение постоянной способ для партии испытуемых преобра лей измеряется заранее и зано в ласно которому в преобразователе возбуждают механические колебания путем подачи на его электроды радио- импульса с прямоугольной огибающей и частотой заполнения, равной частоте его механического резонанса, и измеряют параметры возникающего переходного процесса, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения чувствительности пьезоэлектрического преобразователя, измеряют амплитуду тока возбуждения, возбуждение прерывают в момент равенства нулю мгновенного значения напряжения на электродах преобразователя, электроды замыкают и измеряют амплитуду тока в начале переходного процесса путем измерения падения напряжения на сопротивлении К 1/ц х х С где Я - частота механическоого резонанса, С - статическая емкость резонатора, измеряют величину механической добротности, а о качестве преобразователя судят по величине чувствительности, определяемой по формуле инерционная масса преобразователя,394169 Составитель В.Мак Техред Л,Сердюко мен КорректоР С.Черни Редактор Л.Лангазо Заказ 2218/43 сное 5 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,ВНИИПИ Гос по делам 113035, МосквТираж 772 Пдарственного комитета ССизобретений и открытий