Способ контроля качества пьезоэлементов

ОПИАНИВ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(5 )М. Кл. С 01 М 29/00 Гесударстеенный кемнтет по делам нэобретеннй н накрытий(511) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТОВ 1Изобретение относится к исследованию электрических свойств материаловдефектоскопии и может быть использовано для оперативного контроля такихпараметров йьезоэлементов, как однородность структуры, толщина, плоско 5параллельность граней и излучаемаямощность,Известен способ контроля качества пьезоэлементов, включающий изготовление образцааозбуждение в немупругих волн, изменение их частоты,измерение собственной резонансной иантирезонансной частоты образца ирасчет искомых параметров пьезоэлементов11.Однако способ предусматривает изготовление специальных образцов, выполненных в виде тонкого диска или стержня, т.е. позволяет судить о качест ове пьезоэлементов лишь косвенно. Приэтом точность контроля параметровпьезоэлементов ограничена тем, чтоизлучаемая 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, цто согласно способу контроля качества пьезоэлементов включающему возбужУдение в пьезоэлементе упругих волн и изменение их частоты, перед возбуждением в пьезоэлементе упругих волни изменением их частоты в пьезоэлементе подавляют связанные колебания, помещают его в жидкую среду, регистрируют распределение амплитуд давленияближнего поля в плоскости главных гра ней пьезоэлемента с помощью жидкокристаллического детектора и по качествуи положению максимумов амплитуд давления определяют наличие неоднородностей, толщину и вариации толщин пьезоэлементов, а по длине волны света,отраженного однокристаллическим детектооом, излучаемую мощность,На фиг. 1 представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - поле пьезопластины с симметрией ближнего поля,свидетельствующее об отсутствии вней неоднородностей; на фиг. 3 - тоже с нарушенной симметрией, свидеЭ2 Отельствующей о наличии неоднородности; на фиг. 1 - поле пьезопластины свариациями толщины; на фиг, 5 и 6поля двух пластин одинаковых поперечных размеров, но разной толщины25на одной и той же частоте.Способ осуществляют следующим образом.При возбуждении пьезопластины,поляризованной по толщине переменным электрическим полем соответствузоющей частоты, возникают не толькорезонансные колебания по толщине, нои резонансные поперечные колебанияпластины возникновение которых объ/ясняется генерацией высших акустических гармоник. При этом, в зависимости от формы, соотношения геометрических размеров, упругих характеристик материала, способа крепления и прочих условий, в теле пластины устанавливаются системы взаимно,пересекающихся узловых линий. Конфигурация этих линий определяетсяфундаментальной функцией. Кинетическая энергия пластины распределена 45в областях пучностей, ограниченныхузловыми пересекающимися линиями.Таким образом, контролируемаяпьезопластина 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 нулевой 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 попеоечных оазмеоов и одного состава собственные частоты, опоеделяюшие при прочих равных условиях форму поперечных колебанийв 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 плоско- параллельностью 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, 5Поле излучения в этом случае представлено одним или несколькими локальными участками, расположенными асимметрично в плоскости главных граней. Таким образом, по наличию от- О дельных зон излучения, расположенных асимметрично по площади излучения, можно судить о вариациях толщины пластины.Предварительная калибровка жидко з кристаллического детектора по длине волны максимального расстояния ( цвету) позволяет визуально установить интенсивность, а следовательно и мощность у акустического излучения. 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 мощность в любой точке пластины.Устройство для осуществления споЭО 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 фото- ф аппаратом 7 через светофильтр 8,Вследствие наличия поперечного и продольного пьезоэффектов в теле пластины устанавливаются системы пересекающихся стоячих волн, вэаимодей-. ф ствующих в силу нелинейности среды.Смещение главных граней излучателей представляет сумму смещений, вь 1 званных поперечными и продольными колебаниями. При этом смещения про- О 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 ампли 950туд давления акустического поля регистрируется жидкокристаллическим детектором 4, при освещении которого воспроизводится изображение акустического поля в виде плоскостного распределения частот видимого диапазона, которое фиксируется Фотоаппаратом 7 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 т 1 роизводить 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 изобретенияСпособ контроля качества пьезоэлементов, включающий возбуждение в пьезоэлементе упругих волн и изменение. их частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности, перед возбуждением в пьезоэлементе упругих волн кЭ 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 экспертизе1. Яффе Б., Кук У., Яффе Г. Пьезоэлектрическая керамика. М., нМир",1974, с, 34-39.Составитель С, умиБобкова Техреду А.Рчтираж 871осударственного комитлам изобретений и откква И-Я Раушскаяал ППП "Патент", г. Ужгород,ишска Редактор Н, Заказ 1539/2 6ВНИИПИ Гпо де0 Я, Иос Корректор ЕПодписноеета СССРрытийаб. д, 4/5Д Еул. Проектная Рошко