SU504318A1 - Method for determining defects in the active element of a piezoceramic converter - Google Patents

Description

Изобретение касаетс  контрольно-измерительной техникиГи может быть использо .вано дл  контрол , качества пьезокерами- чвских преобразователей в процессе их изготовлени .The invention relates to instrumentation technology. Gui can be used to control the quality of piezo-ceramic transducers in the process of their manufacture.

Известен способ контрол  механической целостности активного элемента пьеэокера- мического преобразовател , основанный на :возбуждении его электрическим напр жением , которым зар жают преобразователь до заданного потенциала, а затем путем разр5Ь да ( з  счет обратного пьезоэффекта) возбуждают в преобразователе свободные механические колебани  и регистрируют переходный процесс колебаний, например, на экра- не осциллографа. По форме кривой затухани  этого н.апр жени  суд т о целостности о преобразовател .The known method of controlling the mechanical integrity of the active element of the piezoelectric transducer is based on: energizing it with an electrical voltage, which charges the transducer to a predetermined potential, and then, by discharge (yes, due to the reverse piezoelectric effect), excite free mechanical vibrations in the transducer and record the transient oscillations, for example, on the screen of an oscilloscope. According to the shape of the decay curve of this n. Para, the integrity of the converter is judged.

Однако таким способом нельгл определить месторасположение механического де- фекта в активном элементе и невозможно обнаружить нарушение электрического контакта между токовводами и пьезоэлемента- ми, КЗ которых набран активный элемент. В результате с помощью такого способаHowever, in this way it is impossible to determine the location of a mechanical defect in the active element and it is impossible to detect a breakdown of electrical contact between the current leads and piezoelectric elements whose short-term active element is recruited. As a result, using this method

нельз  устранить дефект в процессе иэго;Товлени  преобразовател .It is not possible to eliminate the defect in the process;

Целью изобретени   вл етс  определени . месторасположени  и вида дефекта.The aim of the invention is to determine. location and type of defect.

Это достигаетс  тем, что преобразователь возбуждают переменным напр жением |на резонансной частоте, а о наличии дефвю|та суд т по величине и фазе кривой влек|трического напр жени  на выходе датчика, .располагаемого в электромагнитном поле активнст о элемента преобразовател  и вы полненного , например, в виде отрезка коаксиального кабел , один конец которого подключен к усилителю, а другой (разомкнутый ) перемещаетс  вблизи поверхности преобразовател . Так как рабоча  повар- IxHOCTb датчика мала (поверхность сечени  коаксиальиого кабел , ограниченна  эКраном ) и он располагаетс  близко к поверх- ;ности активного элемента-преобразовател  (1-5 мм), величина воспринимаемого дат чиком потенциала характеризует потенциал внутри керамики в достаточно малой области .This is achieved by the fact that the converter is excited by alternating voltage | at the resonant frequency, and the presence of a differential is judged by the magnitude and phase of the impulse voltage curve at the output of the sensor, the active element in the electromagnetic field, For example, in the form of a length of coaxial cable, one end of which is connected to the amplifier and the other (open) moves near the surface of the converter. Since the working cook-IxHOCTb sensor is small (the surface of a coaxial cable limited by an eCrane) and it is located close to the surface of the active transducer element (1-5 mm), the potential perceived by the sensor characterizes the potential inside the ceramic in a rather small area .

На фиг. 1, изображена. дефектограмма, записанна  на самстисце; на фиг. 2 - фигуры Лиссажу, соответствующие обнаружению механического дефекта (трещины); на фиг. 3 - фигуры Лиссажу, соответстоующие 9лек1рическому дефекту.FIG. 1, is depicted. defectogram recorded on samstistse; in fig. 2 - Lissajous figures corresponding to the detection of a mechanical defect (crack); in fig. 3 - Lissajous figures corresponding to 9 electrically defect.

Если в OKtiraHCRvi элементе отсутствуют дефекты, при возбуждении его переменным HanpsDKeHHeM на резонансной частоте величина переменного электрического потенц ала каждого пьезоэлемента равномерно па- дает до нул  от положительного к отрицательному электроду (заземленный электрод ), см. фиг. 1 точки 1 и 2.If there are no defects in the OKtiraHCRvi element, when excited by the variable HanpsDKeHHeM at the resonant frequency, the magnitude of the alternating electric potential of each piezoelectric element uniformly drops to zero from the positive to the negative electrode (grounded electrode), see FIG. 1 points 1 and 2.

В случае нарушени  сплошности конст рукцин в области дефекта возникает неоднородность электрического пол , обусловленна  изменением диэлектрической прониuaeMOCf в области дефекта и возникновением вторичного электрического напр жени , обусловленного пьезоэффектом и концентрацией механических напр жений.In the event of a discontinuity of the constrictions in the defect area, an inhomogeneity of the electric field arises, due to a change in the dielectric constant eMOCf in the defect area and the appearance of a secondary electric voltage due to the piezoelectric effect and the concentration of mechanical stresses.

Если имеет место нарушение электрического контакта, отключенный электричео ки пьезоэлемент в силу пр мого пьезоэф фекта начинает работать как генератор электрического напр51жени . При этом на отключенном электроде такого пьезоэлемента , по сравнению с подводимым напр жением , резко измен етс  величина и фаза, напр жени .If there is a violation of the electrical contact, the disconnected electrical piezoelectric element due to the direct piezoelectric effect begins to work as an electrical voltage generator. In this case, on a disconnected electrode of such a piezoelectric element, compared with the applied voltage, the magnitude and phase of the voltage varies dramatically.

Величина потенциала, регистрируема  датчиком в районе дефекта по сравнению с эталонным потенциалом (при отсутствии дефекта) в зависимости от характера дефекта , увеличиваетс  до 20-30 раз. Сигнале датчика наблюдают на экране осциллографа в виде фигур Лиссажу или записывают дефектограмму на самописце.The magnitude of the potential recorded by the sensor in the area of the defect compared to the reference potential (in the absence of a defect), depending on the nature of the defect, increases to 20-30 times. The sensor signal is observed on the oscilloscope screen in the form of Lissajous figures or a defectogram is recorded on a recorder.

Месторасположение дефекта (итредел ют по дефектограмме или непосредственно по положению датчика относительно поверхности преобразовател  в мсилент обнаружени  дефекта. О характере дефекта суд т по степени отклонени  от эталонной величины фазы и амплитуды напр жени  на выходе датчика при расположении его в районе дефекта.The location of the defect (determined by the defectogram or directly by the position of the sensor relative to the surface of the converter for detection of the defect. The nature of the defect is judged by the degree of deviation from the reference phase value and the amplitude of the voltage at the output of the sensor when it is located in the area of the defect.

На фиг, 1 изображена сн та  дефект грамма преобразовател , на оси абсцисс которой рассто ние между точками 1 и 2 соответствуют ширине пьезоэлемента. Ординаты точек 1 и 2 на дефектограмме показ1;шают величину потенциалсю COOTBOTCI венно положительного и отрицательного электродов пьезоэлемент ю, не имеющих Аффектов.Fig. 1 shows the removed gram defect of the transducer, on the abscissa axis of which the distance between points 1 and 2 corresponds to the width of the piezoelectric element. The ordinates of points 1 and 2 on the defectogram show 1; the magnitude of the potential of COOTBOTCI of the positive and negative electrodes of the piezoelectric element, having no affect, is shown.

Пики 3 и 4 соответствуют механическим дефектам-трещинам в пьезоэлементе, перпендикул рным к электрическому полю.Peaks 3 and 4 correspond to mechanical defects — cracks in the piezoelectric element, perpendicular to the electric field.

Если имеет место нарушение электрического контакта, отключенный электрически пьезоэлэмент работает как генератор электрического напр жени . Величина и фазаIf a violation of electrical contact occurs, the electrically disconnected piezoelectric element acts as an electrical voltage generator. Magnitude and phase

напр жени  на отключенн 4 электроде такого пьезоэлемента резко измен етс  (пики 5, 6, 7 на фиг. 1). Дефект, соответствующий пику 5, ввл етс  нарушением электрического контакта между электроROM и пьезоэлементом. Дефекты, соответствующие шкале 6 и 7, свидетельствуютthe voltage on the disconnected 4 electrode of such a piezoelectric element varies dramatically (peaks 5, 6, 7 in Fig. 1). The defect corresponding to peak 5 is introduced by a breakdown in the electrical contact between the electrical ROM and the piezoelectric element. Defects corresponding to scale 6 and 7 indicate

0нарушении электрического контакта меж- gy токоподвод щими шинами и электродами0 violation of electrical contact by inter-current busbars and electrodes

(дефект 6 - электрод отключен от минусовой шины, дефект 7 - электрод отключен от плюсовой шины).(defect 6 - the electrode is disconnected from the negative bus, defect 7 - the electrode is disconnected from the positive bus).

Контроль на экране осциллографа удобно проводить с помощью фигур Лиссажу. На вертикально отклон ивдие пластины подаютControl on the oscilloscope screen is conveniently carried out using Lissajous figures. On a vertically deflected plate serves

сигнал с датчика, а на горизонтально отклон юшие пластины - сигнал (опорный), которым возбуждают активный элемент преобразовател . На фиг. 2 показаны наблюдаемые на экране осциллографа фигуры Лиссажу приthe signal from the sensor, and on a horizontally deflected plate - a signal (reference), which excites the active element of the converter. FIG. 2 shows the Lissajous figures observed on the oscilloscope screen at

обнаружении датчиком механического дефекта , соответствующего пику 4 дефектограммы фиг. 1. Как видно из дефектограммы, рассматриваемый механический дефект расположен в пределах одной призмы (между сосед-detection by the sensor of a mechanical defect corresponding to peak 4 of the defectogram of FIG. 1. As can be seen from the defectogram, the mechanical defect under consideration is located within one prism (between the adjacent

ними точками 2 и 1). Фигуры Лиссажу 8, 9 и 10, 11 (фиг. 2) относ тс  к точкамthem points 2 and 1). Lissajous figures 8, 9 and 10, 11 (Fig. 2) refer to points

1и 2 (соответственно положительный и от рицательный элементы), расположенным соответственно слева и справа от пика 4 фиг.1 and 2 (respectively, positive and negative elements), located respectively to the left and to the right of peak 4 of FIG.

1, Фигуры указывают на OTcyixjTBHe дефектов в этих пьезоэлементах.1, The figures indicate OTcyixjTBHe defects in these piezoelectric elements.

оabout

Фигуры Лиссажу 12, 13, 14 соответствуют экстремальным точкам пика 4 дефектограммы , причем фигура Лиссажу 13 соответствует расположению датчика напротив трещины. На фиг. 3 показаны наблюдаемые на экране осциллографа фигуры Лиссажу при обнаружении нарушени  электрического контакта , соответствующего пику 6 дефектограммы . Электрический дефект расположен между точками 1 и 1, ординаты которых соответствуют потенциалам положительных электродов,The Lissajous figures 12, 13, 14 correspond to the extreme points of the peak 4 of the defectograms, and the Lissajous figure 13 corresponds to the position of the sensor opposite the crack. FIG. Figure 3 shows the Lissajous figures observed on the oscilloscope screen when an electrical contact disturbance is detected, corresponding to peak 6 of the trace diagram. The electrical defect is located between points 1 and 1, the ordinates of which correspond to the potentials of the positive electrodes,

Фигуры Лиссажу 15, 16 и 17, 18 (на фиг. 3) соответствуют точкам 2 и 1 дефектограммы слева и справа от пика 6 (фиг,1) и указь1вают на отсутствие дефекта. Фигура Лиссажу 19 соответствует расположению датчика напротив отключенного электрода. Таким образом, способ позвол ет обнаружить нарушени  электрического контакта и механические дефекты в активнь1х элементах преобразователей (трещины, ракорины) как выход щие на поверхность, так и скрытые внутри, т. е позвол ет определ ть месторасположение и вид дефекта.Lissajous figures 15, 16 and 17, 18 (in Fig. 3) correspond to points 2 and 1 of the defectogram to the left and right of peak 6 (Fig, 1) and indicate the absence of a defect. Figure Lissajou 19 corresponds to the location of the sensor opposite the disconnected electrode. Thus, the method allows detecting electrical contact disturbances and mechanical defects in the active elements of the transducers (cracks, crustaceans), both emerging to the surface and hidden inside, i.e., it allows to determine the location and type of defect.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ определени  дефектов в активном :элементе пьезокерамического преобразова тел , основанный на возбуждении преобразовател  электрическим напр жением и набThe method of determining defects in the active: element of a piezoceramic transducer body, based on the excitation of the transducer by electric voltage and set люденйн выходного сигнала, о т л и ч а « ю щ и и с   тем, что, с целью ни  месторасположени  и вида дефекта, пре образователь возбуждают на резонансной of the output signal, that is, so that, with a view to neither the location or the type of defect, the transducer excites at the resonant частоте, исследуют электромагнитное поле вблизи псюерхности активного элемента дат чиком и суд т о дефекте по изменению ам :плитуды и фазы сигнала на выходе датчика.frequency, they investigate the electromagnetic field near the surface of the active element by the sensor and judge the defect by changing amperes and phases of the signal at the output of the sensor.