SU801319A1 - Device for non-destructive quality control of piezoelements - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТОВ(54) DEVICE FOR NON-DESTRUCTIVE QUALITY CONTROL OF PIESO ELEMENTS

1one

Изобретение относитс  к пьезотехаике и может быть использовано при испытании изделий из пьезоэлементов дл  контрол  их качества и сортировки .The invention relates to piezotech and can be used in testing products made from piezoelements to control their quality and sorting.

Известно устройство, содержащее генератор синусоидальных колебаний, электронный частотомер, два ламповьах вольтметра, пассивный четырехполюсник , фазометр и мост дл  измерени  емкости. Устройство позвол ет измер ть коэффициент электромеханической св зи и механическую добротность пьезоэлементов, затем расчетным путем определ ют показатель качества пьезоэлемента М, который  вл етс  основным параметром пьезоэлеменхов и определ етс ;как М k Q, где. k коэффициент электромеханической св зи , Q - механическа  добротность t.A device is known comprising a sinusoidal oscillator, an electronic frequency meter, two lamp voltmeters, a passive quadrupole, a phase meter and a bridge for measuring capacitance. The device makes it possible to measure the electromechanical coupling coefficient and the mechanical quality factor of the piezoelectric elements, then the quality index of the piezoelectric element M, which is the main parameter of the piezoelement, and is defined as M k Q, where. k is an electromechanical coupling factor, Q is the mechanical quality factor t.

Известно устройство дл  дефектоскопии пьезоэлементов, которое содержит генератор видеоимпульсов, к выходу которого подключаютс  электроды образца, высокочастотный фильтр, измерительный широкополосный усилитель, ограничитель, интегратор , пассивный четырехполюсник и вольтметр.A device for flaw detection of piezoelectric elements is known, which contains a generator of video pulses, the sample electrodes, a high-frequency filter, a measuring broadband amplifier, a limiter, an integrator, a passive quadrupole and a voltmeter are connected to the output.

Принцип работы указанного устрой-с ;тва заключаетс  в возбуждении механичёских колебаний импульсным электрическим полем, выделении высокочастотной части спектра электрических эхо-сигналов, их интегрирова- НИИ и измерении посто нной составл ющей тока на выходе. По величине это-: го тока суд т о наличии микроскопических трещин, т..е. о дефектности и косвенно о показателе качества. По The principle of operation of this device is to excite mechanical oscillations by a pulsed electric field, select the high-frequency part of the spectrum of electric echo signals, integrate them with a scientific research institute, and measure the DC component of the output current. According to the magnitude of this-: current, the presence of microscopic cracks, i.e. on defectiveness and indirectly on the quality indicator. By

0 . сравнению с описанными выше устройствами это устройство более технологично в услови х проведени -массового контрол  пьезозлементов 0 Compared with the devices described above, this device is more technological in terms of the mass control of piezoelectric elements

Однако оно не позвол ет прогнозировать величину необходимой шлплитуды электрического пол  и механического напр жени , при которых должны производитьс  испытани , и не позвол ет совместить измерени  с испыта0 ни ми на динамическую прочность и усталость. Кроме того, в отличие от описанных устройств, это устройство не дает количественной информации о параметрах пьезоэлементов.However, it does not allow one to predict the magnitude of the required electrical field and mechanical stress, at which the tests should be carried out, and does not allow combining the measurements with the tests for dynamic strength and fatigue. In addition, unlike the described devices, this device does not provide quantitative information about the parameters of the piezoelectric elements.

5five

Все эти недостатки обусловлены использованием генератора видеоимпульсов дл  возбуждени  механических колебаний пьезоэлемента. Действительно , видеоимпульс, облада All these drawbacks are due to the use of a video pulse generator to excite the mechanical oscillations of the piezoelectric element. Indeed, the video pulse has

0 сложным спектром, возбуждает не монохроматические , а более сложные колебани  пьезоэлемента, что делает практически невоэможньш однозначную количественную интерпретацию результатов измерени  и сопоставление их с одним определенным значением амплитуды возбуждающего сигнала.0 with a complex spectrum, it excites not monochromatic, but more complex oscillations of the piezoelectric element, which makes it almost impossible to unambiguously quantitatively interpret the measurement results and compare them with one specific amplitude value of the exciting signal.

Наиболее близким по.технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство, реализующее способ .неразрушающего контрол  пьезоэлементов, которое позвол ет непосредственно измер ть показатель качества м и состоит из задающего генератора синусоидальных колебаний, усилител  мощности , ключевого элемента, к выходу которого подключен пьезозлемент, устройства управлени  ключевым элементом и индикатора. The closest in technical essence to the proposed is a device that implements a method of nondestructive control of piezoelectric elements, which allows you to directly measure the quality indicator m and consists of a master oscillator, a power amplifier, a key element to the output of which the piezoelectric element is connected, control devices key element and indicator.

Принцип раб(рты этого устройства основан на возбдащении в пьезоэлементе свободных колебаний радиоимпульсов с несущей , равной частоте механического, резонанса элемента , и на измерении двух значений амплитуды электрического напр жени  на обкладках пьезоэлемента, а именно соответствующих свободным и вынужденным колебани м. Показатель качества в этом устройстве определ етс  через отношение этих амплитуд, измеренных по экрану .осциллографа рД.The slave principle (the mouths of this device is based on the excitation of free oscillations of radio pulses with a carrier equal to the frequency of the mechanical resonance of the element in the piezoelectric element, and on measuring two amplitudes of the electrical voltage on the plates of the piezoelectric element, namely the corresponding free and forced oscillations. The device is determined by the ratio of these amplitudes, measured on the screen of an x-ray oscilloscope.

Недостатком устройства  вл етс  его неработоспособность в услови х сильных электрических полей и недостаточна  точность измерений значени  показател  качества.The disadvantage of the device is its inoperability under the conditions of strong electric fields and insufficient accuracy of measurements of the value of the quality indicator.

Цель изобретени  - обеспечение работоспособности устройства в сильных пол х и повышение точности измерений .The purpose of the invention is to ensure the operability of the device in strong fields and to increase the measurement accuracy.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее задающи генератор, последовательно соединенные усилитель мощности, ключ и индикатор , введены модул тор и устройство синхронизации, один из выходов которого подключен ко второму входу модул тора, второй - к управл ющему входу индикатора, а третий - к управл ющему входу ключа.This goal is achieved in that a modulator and a synchronization device, one of whose outputs are connected to the second input of the modulator, the second to the control input of the indicator, and the third - to the control input of the key.

На.фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.2 временна  диаграмма его работы.On. 1 shows a block diagram of the proposed device, figure 2 is a timing diagram of its work.

Предлагаемое устройство содержит гвнератор 1 синусоидального напр жени , устройство 2 -синхронизации, индикатор 3 напр жений, модул тор 4, мощный усилитель 5, ключ 6 и испытуемый пьезоэлемент 7.The proposed device includes a sinusoidal voltage driver 1, a synchronization device 2, a voltage indicator 3, a modulator 4, a powerful amplifier 5, a key 6, and a test piezo element 7.

Устройство работает следующим образом . .The device works as follows. .

Синусоидальное напр жение 8 (фиг.2) частоты возбуждени , вырабатываёмое в генераторе 1 {фиг.1), поступает на один из входов модул тора 4 и на вход устройства 2 синхронизации , в котором по нуль-переходам синусоидального напр жени  формируютс  счетные импульсы, вырабатывающ ( при заданном пересчете) импульс 9 модулирующего напр жени  с заданной длительностью и скважностью. Этот импульс поступает на другой вход модул тора, в котором формируетс  радиоимпульс 10, начало и окончание которого на входе мощного усилител  5 синхронизировано с работой ключа 6, управл емого импульсом 11, сформированным устройством 2 синхрониза ции. Таким образом, при размыкании ключа возбуждающее Напр жение не поступает.на вход мощного усилител  5, следовательно, исключает вредное воздействие напр жений на его выходные цепи. Радиоимпульс 12, усиленный усилителем мощности, воздействует на испытуемый пьезоэлемент 7 и регистрируетс  на индикаторе 3 напр жений в виде импульса 13 возбуждени  и (в момент размыкани  ключа) импульса 14 отклика, по величине отношени  которых и определ етс  число М.A sinusoidal voltage 8 (Fig. 2) of the excitation frequency generated in the generator 1 (Fig. 1) is fed to one of the inputs of the modulator 4 and to the input of the synchronization device 2, in which counting pulses are generated at zero transitions of sinusoidal voltage, producing (at a given recalculation) a pulse 9 of modulating voltage with a given duration and duty cycle. This pulse arrives at the other input of the modulator, in which a radio pulse 10 is formed, the beginning and end of which at the input of the power amplifier 5 is synchronized with the operation of the key 6 controlled by the pulse 11 generated by the synchronization device 2. Thus, when the key is opened, the exciting voltage does not enter. The input of the power amplifier 5 therefore eliminates the harmful effects of voltages on its output circuits. The radio pulse 12, amplified by the power amplifier, acts on the test piezo element 7 and is recorded on the indicator 3 of the voltage as an excitation pulse 13 and (at the time the key is opened) of the response pulse 14, the value of which is determined by M.

М , где и 2т - амплитуда импульса отклика; U/im - амплитуда возбуждающего напр жени .M, where and 2m - the amplitude of the impulse response; U / im is the amplitude of the exciting voltage.

Таким образом, введение в устройство дл  неразрушающего контрол  качества пьезоэлектрических элементов устройства синхронизации и модул тора позволило обеспечить работоспособность устройства в с.ильных пол х, совместить процесс измерени  и испытани  на динам1-1ческую прочность пьезоэлементов и одновременно повысить точность измерени  показател  качества за счет синхронизации и стабилизации момента времени начала и окончани  воздействи  импульса на цепи усилител  мощности с работой ключа через прив зку их взаимодействи  к фазе сигнала задающего генератора синусоидальных колебаний .Thus, the introduction of a synchronization device and a modulator into the device for non-destructive quality control of the piezoelectric elements allowed the device to work in strong fields, to combine the process of measuring and testing the dynamic strength of the piezoelectric elements and at the same time to improve the measurement accuracy of the quality indicator by synchronizing the stabilization of the time of the beginning and end of the impact of the pulse on the power amplifier circuit with the operation of the key through linking their interaction to the phases signal oscillator sinewaves.

Claims (3)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  неразрушающего контрол  качества пьезоэлементов, содержащее задающий генератор, последовательно соединенные усилитель МОЩНОСТИ , ключ и индикатор, отличающеес  тем, что, с целью обеспечени  работоспособности в сильных пол х и повышени  точности , в него введены модул тор и устройство синхронизации, причем, выход генератора соединен с первым входом, модул тора, выход которого подключен ко входу усилител , и со входом устройства синхронизации, первый рыход которого подключен ко второму входу модул тора, второй - к управл ющему входу индикатора, а третий К управл ющему входу ключа.A device for non-destructive quality control of piezoelectric elements, containing a master oscillator, a serially connected POWER amplifier, a key and an indicator, characterized in that, in order to ensure performance in strong fields and improve accuracy, a modulator and a synchronization device are introduced into it, and the generator output connected to the first input of the modulator whose output is connected to the input of the amplifier, and to the input of the synchronization device, the first output of which is connected to the second input of the modulator, the second to the control yuschemu Valid indicator, and a third input to the control key. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Яффе Б.идр. Пьезоэлектрическа  керамика. М., Мир, 1974, с. 268.Sources of information taken into account in the examination 1. Jaffa B. Odr. Piezoelectric ceramics. M., Mir, 1974, p. 268. 2.Авторское свидетельство СССР №406154, кл. G 01 N 29/02, 1972.2. USSR author's certificate No. 406154, cl. G 01 N 29/02, 1972. 3.Авторское свидетельство СССР по за вке 2567138/18-23,3. USSR author's certificate according to the application 2567138 / 18-23, кл. н 04 R 29/00, 1977 (прототип).cl. n 04 R 29/00, 1977 (prototype).