DD247083A1 - EVALUATION ASSEMBLY FOR PIEZOELECTRIC KOERPERS - Google Patents
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Abstract
Zur Bewertung eines piezoelektrischen Koerpers hinsichtlich seiner piezoelektrischen Materialkoeffizienten wird dieser Koerper parallel zur Richtung einer auf ihn einwirkenden Kraft seriell zwischen zwei Stempeln angeordnet und durch die Kraft am Koerper eine erste Messgroesse erzeugt. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, im Routinebetrieb unter Anwendung des direkten piezoelektrischen Effektes eine einfache, in weiten Grenzen gegenueber Variationen der Kraft unempfindliche und reproduzierbare Ergebnisse liefernde Bewertungsanordnung zu schaffen. Dazu ist zwischen einem der zwei Stempel und einem dritten Stempel ein Etalon zur Erzeugung einer zweiten Messgroesse vorgesehen, die mit der Kraft im funktionellen Zusammenhang steht. Eine Einrichtung dient zum Vergleich von aus beiden Messgroessen abgeleiteten elektrischen Signalen. FigurTo evaluate a piezoelectric body with respect to its piezoelectric material coefficients, this body is arranged parallel to the direction of a force acting on it serially between two punches and generated by the force on the body a first measurement. The aim and object of the invention is to provide in routine operation using the direct piezoelectric effect, a simple, insensitive to wide variations in force variations and reproducible results delivering evaluation arrangement. For this purpose, an etalon is provided between one of the two punches and a third punch for producing a second measuring quantity which is functionally related to the force. A device is used to compare electrical signals derived from both measured quantities. figure
Description
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, unabhängig von Schwankungen der Kraft serienmäßig die verschiedenen Meßobjekte zu bewerten und diejenigen auszusondern, die unterhalb eines gewissen, vorher festlegbaren Schweliwertes liegen. Sie ist einer Automatisierung zugänglich.With the arrangement according to the invention, it is possible, regardless of fluctuations in the force as standard to assess the various objects to be measured and weed out those that are below a certain, previously definable Schweliwertes. It is accessible to automation.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. In einer Säule 18 sind seriell ein erster Stempel 1, ein Etalon 2, ein zweiter Stempel 3, ein piezokeramischer Körper.4 und'Stempel 5 angeordnet. Die Berührungsflächen 6,7,8, 9 zwischen den Stempeln 1,3, 5 und dem Etalon 2 bzw. dem Körper 4 sind so gestaltet, daß eine vollständige Berührung zur sicheren Kontaktgabe gewährleistet ist. Die Stempel 1,3,5 bestehen deshalb aus leitendem Material. Von den Kontaktflächen 6,7,8, 9 gehen elektrische Leitungen 10,11, .12,13 zu einem Komparator 14, wobei jeweils zwischen den Leitungen 10,11 bzw. 12,13 ein Kondensator 15 bzw. 16 vorgesehen ist. Im Komparator 14werden die an den Leitungspaaren 10,11 bzw. 12,13 anstehenden Ladungen zur Ableitung von Spannungssignalen miteinander verglichen und mit einem an den Komparator 14 angeschlossenen Spannungsmesser 17 die Differenz der an den Kondensatoren 15,16 anliegenden Spannungen gemessen.The invention will be explained in more detail with reference to the schematic drawing. In a column 18, a first punch 1, an etalon 2, a second punch 3, a piezoceramic body 4 and 5 are arranged serially. The contact surfaces 6, 7, 8, 9 between the punches 1, 3, 5 and the etalon 2 or the body 4 are designed so that a complete contact is ensured for a reliable contact. The stamp 1,3,5 are therefore made of conductive material. From the contact surfaces 6, 7, 8, 9, electric lines 10, 11, 12, 13 go to a comparator 14, wherein a capacitor 15, 16 is respectively provided between the lines 10, 11 and 12, 13. In the comparator 14, the charges applied to the line pairs 10, 11 and 12, 13, respectively, for deriving voltage signals are compared with one another and the difference between the voltages applied to the capacitors 15, 16 is measured with a voltmeter 17 connected to the comparator 14.
Wirkt über die Stempel 1,5 eine Kraft F adf die Säule 18 und damit auf den Etalon 2 und den Körper 4 ein, so werden in den letzteren Ladungen Q2 und Q4 induziert, die von der Kraft F und der piezoelektrischen Ladungskonstante d abhängig sind. Da es sich bei dem Etalon 2 im vorliegenden Beispiel um Quarz und beim Körper 4 um eine Piezokeramik handelt, sind deren Piezomoduln voneinander verschieden. Die Integration der Ladungen Q2 des Etalons 2 und Q4 des Körpers 4 erfolgt auf den geeignet dimensionierfen Kondensatoren 15,16, deren Eigenkapazitäten wesentlich größer sind als die des Etalons 2 und des Körpers 4. Die an den Kondensatoren 15,16 anstehenden elektrischen Spannungen sind im Betrag gleich, wenn das Verhältnis der Kapazitäten C15:Ci6 der Meßkondensatoren 15,16 gleiph dem Verhältnis der Piezomoduln d2, d4 von Etalon 2 und Körper4 ist. Durch eine entsprechende Wahl der Kapazitäten C15 und C16 läßt sich diese Bedingung erfüllen. Da für die piezoelektrisch erzeugte Ladung des Etalons 2 bzw. des Körpers 4 die BeziehungIf a force F adf acts on the pillar 18 and thus on the etalon 2 and the body 4 via the punches 1.5, charges Q2 and Q4 are induced in the latter, which are dependent on the force F and the piezoelectric charge constant d. Since the etalon 2 in the present example is quartz and the body 4 is a piezoceramic, their piezoelectric modules are different from each other. The integration of the charges Q 2 of the etalon 2 and Q 4 of the body 4 takes place on the suitably dimensionierfen capacitors 15,16, whose inherent capacitances are substantially greater than those of the etalon 2 and the body 4. The voltage applied to the capacitors 15,16 electrical voltages are equal in amount if the ratio of the capacitances C 15 : Ci 6 of the measuring capacitors 15,16 gleiph the ratio of the piezoelectric modules d 2 , d 4 of Etalon 2 and Körper4. By an appropriate choice of the capacitances C 15 and C 16 , this condition can be met. Since for the piezoelectrically generated charge of the etalon 2 and the body 4, the relationship
Q2 = d2 F ' IQ 2 = d 2 F 'I
Q4 = d4 · F ' . IlQ 4 = d 4 · F '. Il
gilt und die elektrischen Spannungen U2 und Un infolge der Integration der piezoelektrisch erzeugten Ladungen Q2 und Q4 auf den Kondensatoren 15,16and the electrical voltages U 2 and Un due to the integration of the piezoelectrically generated charges Q 2 and Q 4 on the capacitors 15,16
h. η. . ρH. η. , ρ
^16 U1S^ 16 U 1 S
sind, ergibt sich für den Piezomodul (die piezoelektrische Ladungskonstante) des Körpers 4are, results for the piezo module (the piezoelectric charge constant) of the body. 4
d4 Ci6 „j„_ j ' d2 · C1 6 d 4 Ci6 "j" _ j ' d 2 · C 1 6
— = ——oderd4 = —— , V- = --oderd 4 = -, V
d2 Ci5 Ci5 d 2 Ci 5 Ci 5
wenn U2 = U4 ist. Daraus folgt, daß Veränderungen der Kraft F innerhalb endlicher Grenzen und bei hinreichender funktioneller Übereinstimmung der Abhängigkeit des piezoelektrischen Effektes des Etalons 2 und des Körpers 4 von der Kraft F keinen Einfluß auf die Bewertung des Körpers 4 haben. Ändert sich der Piezomodul und die Orientierung bei der Routineuntersuchung von Körperzu Körper, so ist es bei unveränderten Kondensatoren 15,16 und Etalon 2 möglich, am Spannungsmesser 17 in Form einer auftretenden Spannung oder der Abweichung von einer vorgegebenen Spannung die Tauglichkeit oder Untauglichkeit des Körpers 4 nachzuweisen. Der Vergleich der Spannungen wird im Komparator 14 vorgenommen; der Spannungsmesser 17 zeigt die Spannungsdifferenz an.when U 2 = U 4 . It follows that changes in the force F within finite limits and with sufficient functional agreement of the dependence of the piezoelectric effect of the etalon 2 and the body 4 on the force F have no influence on the evaluation of the body 4. If the piezo module and the orientation change from body to body in the routine examination, it is possible for the capacitors 15, 16 and etalon 2 to be unchanged, for the voltmeter 17 to be in the form of an occurring voltage or to deviate from a predefined voltage for the fitness or unsuitability of the body 4 demonstrated. The comparison of the voltages is made in the comparator 14; the voltmeter 17 indicates the voltage difference.
Anstatt der beiden elektrischen Leitungen 11 und 12 ist es auch möglich, nur eine Leitung zu verwenden, die mittig an dem aus leitendem Material bestehenden Stempel 3 angebracht ist. Der Quarzetalon 2 kann auch durch eine piezoelektrische Folie aus Polyvinylidenfluorid oder ein piezoresistives Material ersetzt werden. Bei Verwendung eines piezoresistiven Materials würde der Kondensator 15 entfallen. Die Kraft F kann beispielsweise mit Hilfe eines Exzenters ausgeübt werden.Instead of the two electrical lines 11 and 12, it is also possible to use only one line, which is mounted centrally on the existing of conductive material stamp 3. The Quarzetalon 2 can also be replaced by a piezoelectric film of polyvinylidene fluoride or a piezoresistive material. When using a piezoresistive material, the capacitor 15 would be omitted. The force F can be exercised for example by means of an eccentric.
Claims (3)
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
DE102004001696A1 (en) * | 2004-01-12 | 2005-10-27 | Siemens Ag | A method for establishing a correlation between a first state of a piezoelectric component and a second state of the component and use of the correlation |
RU2730127C1 (en) * | 2019-12-12 | 2020-08-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский инженерный институт" (АО "НИИИ") | Piezo-package non-destructive testing method |
-
1986
- 1986-03-03 DD DD86287506A patent/DD247083A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004001696A1 (en) * | 2004-01-12 | 2005-10-27 | Siemens Ag | A method for establishing a correlation between a first state of a piezoelectric component and a second state of the component and use of the correlation |
US7654126B2 (en) | 2004-01-12 | 2010-02-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for establishing a correlation between a first state of a piezoelectric component and a second state of the component and use of said correlation |
RU2730127C1 (en) * | 2019-12-12 | 2020-08-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский инженерный институт" (АО "НИИИ") | Piezo-package non-destructive testing method |
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