Способ определения предварительного сжимающего напряжения в преобразователе и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11) 1)5 Н 04 00 АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯ СССР пОАВИО рцДКО,:ЦаЧЦЯ 3 БИБЛИОТЕК:,А(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДВАРИТ НОГО СЖИМАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПРЕО РАЗОВАТЕЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО О ЩЕСТВЛЕНИЯ ЬУ 1лем прочн(57) Изобретение отно бам и устройствам опр варительных сжимающих электроакустических п работающих в условиях интенсивных циклическ разрушающихся от уста(56) Мартусь В.А, Технология изготовления приемоизлучающих устройств спьезокерамическими преобра ля.ми, - Л.; Ленинградский ко троительный ин-т. 198 зовате раблес 62-б 4. х нагрузок и остиС цель 4, с..91. Бюлтут про сится к спосоеделения преднапряжений в реобразователях,воздействия1 б 19425 элементов,. повышения точности без разборки преобразователя 1 операцию его механического нагружения проводят, прикладывая к активным элементам монотонно увеличивающуюся сжимающую нагрузку, создавая в нем механические напряжения 6 в диапазоне (0,5-1,б)б где (э, - ограниченный предел выносливости материала активных элементов, делают выдержку времени не более 15 мин. После нагружения регистрируют текущие значения диэлектрических Изобретение относится к областиконструирования мощных электроакустических преобразователей энергии,а именно к способам определения предварительных сжимающих (армирующих)напряжений в мощных электроакустических преобразователях энергии.Целью изобретения является повышение точности определения предварительного сжимающего напряжения засчет контроля напряженного состоянияв условиях ограниченного доступа без 30разборки преобразователя.;Способ определения предварительного сжимающего (армирующего) напряжения в преобразователе основан на зависимости между действующим на преобразователь механическим напряжениеми его диэлектрическими свойствами Я.Величину армирующего напряженияобычно выбирают равной 5но ввиду существующих принципиальных слоиностей в технологическом процессеобеспечить требуемую точность невозможно, Экспериментально установлено,что значения армирующего напряжения впреобразователе лежат в пределах 45(0,6-1,5)17 поэтому создаваемые впреобразователе дополнительные напряжения для определения 5должнылежать в диапазоне (0,5-1,б) бдлядостижения напряжения, позволяющегоопределить экстремум диэлектрическихсвойств,Выдержка во времени необходима при измерении диэлектрических свойств для 55 окончания процессов перестройки доменной структуры при действии механического сжатия на материал активных свойств и механическиЕ напряжения Облоком 5 измерения механических напряжений; по которым определяют предварительное сжимающее напряжение сучетом эталонной зависимости. Особенностями способа является возможностьопределения предварительного сжимающего напряжения в преобразователь 1по точке перегиба зависимости диэлектрических свойств от циклическихмеханических напряжений. 2 с.п. ф-лы,3 ил,При монотонном росте механическойнагрузки на преобразователь происходит монотонное изменение диэлектрических свойств. Используя экстремумэтой зависимости или текущие значениядиэлектрических свойств, можно определить действующие в преобразователеармирующие напряжения,Для приближения условий испытанийк эксплуатационным нагружение производят монотонно возрастающими механическими нагрузками, прикладывая кэлектродам преобра ователя электрическое напряжение резонансной частоты,которая вызывает в преобразователепоявление монотонно возрастающих механических циклических напряжений.Длительностьнагружения Т на однойамплитуде составляет 1 10 -210 отбазы испытаний материала при напряжении ограниченного предела выносливости О , , Указанная длительностьнагоужения при данном напряжении выбирается из того. что она еще не вызывает развития в материале усталостных повреждений, но уже достаточнадля фиксации изменений в диэлектрических свойствах пьезопреобразователя.При достижении циклическим напряжением Я напряжения арчирования Б,на зависимости Я(Ы наблюдается точка перегиба, по:кольку при прохождениичерез .ту точку материал активных элементов перехо,.".ит из сжатого состоянияв растянутое.На фиг. 1 представлена амплитуднаязависимость диэлектрических свойствот циклических напряжений, на фиг,2зависимость диэлектрических свойствот напряжений предварительного сжатияпреобразователя, на фиг. 3 - блок-схе 5 161942ма устройства для определения предварительного сжимающего напряжения.В устройстве для определения предварительного сжимающего напряжения5в преобразователе исследуемый преобразователь 1 стержневого типа, выполненный из пьезокерамики ЦТБС-З, перым входом электрически соединен с выодом генератора 2 радиоимпульсов,первым входом блока 3 измерения диэлектрических свойств, выход которого электрически соединен с первымвходом графопостроителя 4, второйвход которого соединен с блоком 5измерения механических напряжений ба выход - с анализатором 6 степенинелинейности. Второй вход преобразователя 1 соединен с вторым входомблока 3 измерения диэлектрических 20свойств, третий вход которого связанс первым выходом блока 7 коммутации,вход которого соединен с выходомблока 5 измерения механических напряжений, оптически связанного с преобразователем 1, а второй выход блока 7 коммутации соединен с входомблока. 8 формирования временных интервалов, выход которого соединен с входом генератора 2 радиоимпульсов,Способ осуществляют следующим образом.С помощью блока 7 коммутации включают блок 8 формирования временныхинтервалов, и импульс с него подаетсяна генератор 2 радиоимпульсов, который вырабатывает радиоимпульсы с частотой заполнения, равной резонанснойчастоте преобразователя, и длительностью Т = 10 циклов, поскольку базабиспытаний М для пьезокерамики ПТБС при (, = 20 МПа равна 107 циклов,Эти радиоимпульсы поступают на первыйвход преобразователя 1 и возбуждаютв нем циклические напряжения 6 , которые определяются блоком 5 измерениямеханических напряжений, Начальноезначение 0 составляет 0,5 Я . Послеокончания действия радиоимпульса ивыдержки во времени, равной для пье -зокерамики ЦТБС5 мин, блок 7 коммутации подключает к преобразователю1 блок 3 измерения диэлектрическихсвойств, который измеряет диэлектрические свойства преобразователя. Сиг 55нал, пропорциональный величине диэлектрического свойства, с блока 3подается на первый вход графопостроителя 4, на второй вход которого подается сигнал с блока 5 измерения механических напряжений, и графопостроитель 4 строит зависимость Я(6).После измерения диэлектрическихсвойств блок 7 коммутации отключаетблок 3 от преобразователя 1 и включает блок 8 формирования временныхинтервалов.Затем блок 8 формирования временных интервалов подает на генератор2 радиоимпульсов импульс большей амплитуды той же длительности, что ив первом случае, При этом на преобразователь 1 с генератора 2 поступаетрадиоимпульс, который возбуждает внем циклическое напряжение 5 (измеряемое блоком 5, и вся процедураиспытаний повторяется. В результатес графопостроителя 4 получают зависимость . Я), которая анализируетсяанализатором 6 степени нелинейности.При получении на зависимости Я)точки перегиба определяют механическое напряжение (7, соответствующееточке перегиба и равное искомому 6.Ступени возрастания 6 выбирают равными 0,1 ( а после прохождения точки перегиба при (; возвращаютсяк б;, и ступени выбирают равными0,03 (7 , При этом точность определения с, равна+ 0,01156 . Т;кая точность определения 5 опре,еля"=тсяточностью измерения циклических напряжений б блоком 5,Формула изодрете: ияСпособ определения предварительного сжимающего напряжения в преобразователе, включающий операции сжатия пьезоэлементов и регистрации параметров испытания, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с пелью повышения1 точности измерений за счет контроля его напряженного состояния в условиях испытаний, максимально приближенных к эксплуатационным, сжатие пьезоэлементов производят монотонно увеличивая нагрузку на них в пределах механических напряжений= (0,5 1,6)(, путем приложения к электродам пьезоэлементов переменного электрического напряжения резонансной час-тоты с значением количества циклов нагружения Т = (0,001-0,002)Б лри фиксированных механических напряжениях, где И - база испытаний при напряжении ограниченного предела1619425 117 10 105 10 15 20 08 выносливости (, материала пьезоэлементов, после нагружения производят выдержку в течение не более 15 мин, регистрируют текущие значения величин диэлектрических свойств материала пьезоэлементов ; и механических напряжений , строят кривую зависимости диэлектрических свойств материала пьезоэлементов от величины циклических механических напряжений б , а величину предварительного сжимающего напряжения определяют по точке перегиба на кривой.2. Устройство для определения предварительного сжимающего напряжения в преобразователе, содержащее средство для создания механических напряжений в преобразователе, систему регистрации электрических и механических параметров преобразователя, отличающееся тем, что средство для создания механических напряжений выполнено в виде генератора радиоимпульсов с гармоническим заполнением, а система регистрации электрических и механических параметров преобразователя включает блок измерения диэлектрических свойств,графопостроитель, анализатор степенинелинейности, блок формирования временных.интервалов, блок коммутации,причем первый электрический входпреобразователя связан с выходом генератора радиоимлульсов и первымвходом блока измерения диэлектрических свойств, выход которого подключен к первому входу графопостроителя, причем второй вход графопостроителя связан с блоком измерения механических напряжений, а выход - санализатором нелинейности, второйэлектрический вход преобразователясвязан с вторым входом блока измерения диэлектрических свойств, третийвход которого подключен к первому выходу блока коммутации, входом соединенного .с выходом блока измерениямеханических напряжений, оптическисвязанного с преобразователем, авторой выход блока коммутации соединен с входом блока формированиявременных интервалов, выход которогосоединен с входом генератора радиоимпульсов.,Петр Редакт Зака одп КНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 6 Тираж Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Ра ниям и открытая наб., д. еням