Способ определения добротности пьезокерамического элемента

(53) 621.317.75 (088,8) (56) физическая акустика. Методы приборы ультразвуковых исследований./Под ред. У.Мэзона. - М,: Мир 1966, т.1, ч. А,Материалы пьезокерамицеские. Т нические условия, ОСТ 110444-87. Электростандарт, 1987, с. 114. нанса и антирезонапределах 1-8 дБ, а ности находят по ф 2 ил,са находится ввеличину доброт(54) СПОСОБ ОПРЕРЕЛЕНИР РОБРОТНОСТПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА=К /( -) рмуле г Изобретение относится к радиотехнике, в частности пьезотехнике, и может быть использовано при контроле свойств и изготовлении электроакустических радиодеталей и радиокомпонентов пьезоэлектрических устройств.Цель изобретения " упрощение и расширение области использования способа. ющем,оводиэлеменнсногоеделяется в след лексная и мического ости резонслучае оп Способ заключа Приведенная ко мость (у) пьезоке та (ПКЭ) в окрест колебания в общем ся соотношением: У1 А+Яс,КЭ; ПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ(57) Изобретение относится к радиотехнике, в частности пьезотехнике, иможет быть использовано при контролесвойств и изготовлении электроакустицеских радиодеталей и радиокомпонентов пьезоэлектрических устройств,Цель изобретения - упрощение и расширение области использования способа - достигается за счет того, чтоизмеряют частоты резонанса ГГ и антирезонанса Гд для такого колебанияпьезокерамического элемента, размах амплитудно-частотной характеристики которого между уровнями резоЯ = 2 цГ - круговая частота;о- добротность ПКЗ;- резонансная частота при Р-щ,практически равная резонансной частоте Кг = Гд 0 реального ПКЭ (различие не более 1);В - частотонезависимые коэффициенты, определяемые пьезоактивностью ПКЭ, типом и обертоном рассматриваемого колебания,астном случае стержне(КЭИС) продольного ко"лебания стержня,п.,.3,5. - номер обертона основнойгармоники (и = 1), причем Г= иГ, п = 1.Исходя из (1) определим резонансную и антиреэонансную цастоты ПКЭ,соответствующие частотным экстремумам модупя комплексной проводимости;(ч) где 3 - методическая погрешность определения вепицины добротности по величине относительного резонансного промежутка рассматриваемого резонансного колебания: Гг 0 =(11 )(оИсходя иэ (1), ( ческий размах АЧ нанса и антирезо удобства промежу В/2 Л = Б, тогда откуда с = Б -3) определим динами- Х между уровнями резонанса, Введем для точный па амет Б = (1 +)-1,А( 11+Б 2 +Б) Аналогицно для анти еэонанс цастоты при у = Б+ Б+1 п лучин:15" - 5). 7)УС 1 Тогда динамний составит: ческий размах коле=(- 1+Б" + Б) 2 е Как видно из (5) и (8), методицес.кая погрешность определения О по величине относительного резонансногопромежутка определяется однозначнотолько размахом АЧХ между уровнямирезонанса-антирезонанса и, цто су Ощественно, не зависит от Функцио". нального вида коэФФициентов А и Пв (1), т,е, от типа и природы колебания, Так нормативная погрешностьопределения 0 в 101 ( 6 =. 01) соответствует интенсивности колебания 15в 8 дБ, Учитывая, что предельнымминимальным надежно Фиксируемым затуханием является велицина порядкадБ (прибор для исследования АЧХХ 1-19), установлен критерий интенсивности размаха АЧХ в 1-8 дБ дляопределения добротности ПКЭ с погрешностью не хуже +104, -В этом слу.цае расцетная Формула для добротности ПКЭ имеем вид:Г г.О (9)а гВыше приведен анализ исходноговыражения (1) для приведенной проводимости ПКЭ в виде У/ЯдС, Влия-.нием на полученный результат различиязначений множителя Я на резонанснойи антирезонансной частотах можно пренебречьь, . так как Яс,/Ю = 1 + Опри выполнении выдвинутых условийпроведения, измерений и перепад уровней емкостной составляющей проводи"мости составпяет менее 0,1 дБ( с 1 дБ) при О100, К тому же в 4 О практицеском отношении АЧХ может вчистом виде соответствовать величине У. РКЭ при активном характере нагрузки измерительной схемы или величине У/ЯСО при емкостном характе ре нагрузки,Физическая природа резонансного колебания, удовлетворяющего условиям предлагаемого техницеского решения, может быть разлицной: "паразитное" колебание в окрестности основной гармоники или ее обертонов из-эа асимметрии ПКЭ - неоднородность микро:- структуры ПКЭ раэнотолщинность электрода и пластины ПКЭ, сколы и др, сложный спектр .вязанных колебаний из"за близости дву;,. цастотоэадаюЩих размеров ПКЭ или ан;армоницеские колебания, Определение добротности пр; в .д7322986чины относительного резонансного про"межутка (Гд/Г - 1) от интенсивностиТ резонансного колебания обертона.5Цифры на граФике обозначают порядковый номер возбуждаемого обертона(и = 1 3 527), общий интервалчастот от 80 кГц (и = 1) до 1,3 МГц(и = 27),Сплошные линии соответствуютэкстраполяции экспериментальных зна"чений, пунктирная линия - среднеезначение (Г И). по обертонам и= 9-23, соответствующее величинедобротности Я ПКЭ (О = 330+15). Измерения проводились на дисковом ПКЭф 30 к 0,3 мм из пьезокерамики ЦТБС с параметрами планарного КЭМС Кг == 0,48 и ,ц = 320 (добротность определялась по известному методу на основной гармонике),Для исследуемого ПКЭ расцет поО)(11) дает возбуждаемые целые нечетные знацения и из интервала 8,8-24,4,т,е, и = 9-23. Интенсивность этихобертонов лежит в требуемом интервале 1-8 дБ, значение добротности удовлетворительно совпадает с результатом измерения по прототипу, Прии 9 (Т 8 рБ) относительный резоЗОнансный промежуток уже определяетсявеличиной КЭМС, а не добротностью,а при и)23 (Т ( 1 рБ) погрешностьопределения добротности превышаетдопустимую норму из-за слабого уровня размаха ИЧХ - на пределе чувствительности измерительного прибора(1+) г ЦН Размах рез ичиной не бо начению 3 с 0 енее 1 дБ 8 Ь то размах ко ах 1-8 дБ дл омером и из нансного колебания веее 8 дБ соответствует 1, а при размахе не 0,001, откуда следует ебания лежит в предеобертона с порядковым нтервала:Кг р,9 Причем для опререления пределов 35значений требуемого номера обертонаи на величину КЭМС К может быть взята, например, нормированная величина КЭМС, соответствующая возбуждаемому типу колебаний, используемого вПКЭ пьезокерамического материала,а за величину 0 - нормированная велицина механической добротности Япьезокерамического материала ПКЭ,На фиг,1 показана зависимостьнормированного на добротность относительного резонансного промежутка(ГО) 0 от интенсивности резонайсного колебания Т ПКЭ, определяемой по отношению (дБ) уровней резо" 50нанса-антирезонанса (фрагмент фиг.1).Методическая погрешность определениядобротности О ПКЭ по предлагаемомутехническому решению не более 10обеспечивается при интенсивности 5колебания не более 8 дБ,1На Фиг,2 приведены экспериментальные данные зависимости обратной вели 51 ложенным способом может проводиться по параметрам основной гармоники на начальном этапе поляризации ПКЭ, или по параметрам колебания планарного типа сдвигового ПКЭ за счет реально существующей компоненты вектора поляризации, перпендикулярной поверхности электрода и т,д,Однако раже в идеальном случае отсутствия указанных факторов предложенное. техническое решение может быть реализовано на соответствующих обертонах. основной гармоники, наличие которых неизбежно для электромеханических систем с распределенными параметрами, какими и является ПКЭ. Как следует из приведенного расчета при и3 (А л-. 1-Кг). Предложенный способ реализованследующим образом,Измерение резонансной и антирезо"нансной частот проводится на приборедля исследования ИЧХ Х 1-49 (с лога"рифмическим преобразователем), Калибруется уровень затухания в 9 дБ, на"пример, соответствующий 1-й клеткена экране прибора, В режиме непрерывной .частотной развертки путемплавного изменения номинальной частоты развертки просматривается АЧХПКЭ и проводится измерение частотГ и Гд колебания сразмахом 1-8 дБ,Упрощение способа определения добротности ПКЭ достигнуто за счетуменьшения числа измеряемых парамет-,ров и измерительных операций - измеряют лишь цастоты Ги, Г и размахАЧХ, При этом область использова"ния способа расширена также на такие71 ПКЭ, добротность которых по известному способу определяется с недопустимо большой погрешностью в силу, например, низкой пьезоактивности, от сутствия моночастотности и т,п,формула изобретенияСпособ определения добротности. пьезокерамического элемента, заключающийся в возбуждении пьезоэлемента гармоническим сигналом, регистрации сигнала реакции пьезоэлемента, измерении резонансной и антирезонансной 7322 ЯЯчастот и расчете величины добротйостио т л и ч а ю.щ и й с я тем, что,с целью упрощения и расширения области использования способа измеряютрезонансную Г. и антирезонансную Гчастоты для колебания с динамическим размахом амплитудно-частотнойхарактеристики между уровнями резонанса и антирезонанса в пределах1-8 дБ и величину добротности пьезоэлемента находят по формуле Ер а г