RU1788602C - Способ испытани пьезоэлементов составных стержневых пьезопреобразователей - Google Patents

Abstract

Использование: электроакустика и ультразвукова  техника. Сущность изобретени : электрически возбуждают колебани  испытуемого пьезоэлемента и оценивают его усталостную прочность. Перед электрическим возбуждением колебаний испытуемого пьезоэлемента к нему соосно и симметрично присоедин ют дополнительные массы, прикладывают статическую сжимающую нагрузку, измен   ее уровень до величины, соизмеримой с пределом выносливости материала испытуемого пьезоэлемента , настраивают систему пьёзоэлё- мент - присоединенные массы на резонансную частоту ее продольных колебаний, равную рабочей частоте пьезопреобразо- вател . Электрическое возбуждение колебаний испытуемого пьезоэлемента производ т на рабочей частоте пьезопреоб- разовател , выбира  амплитуду электрического напр жени  в соответствии с пределом выносливости материала испытуемого пьезоэлемента. 1 ил. ел с

Description

Изобретение относитс  к области электроакустики и ультразвуковой техники, в частности к контролю качества гидроакустических преобразователей.

Известен способ испытани  пьезоэле- ментов составных стержневых пьезопреоб- разователей, в котором путем увеличени  внутреннего гидростатического давлени  разрушают образец, оценива  статическую прочность осесимметричного нагруженного кольца или цилиндра. Этот способ позвол ет определить только статическую прочность пьезоматериала пьезоэлемента. Известен способ динамических испытаний пьезоэлементов, в котором испытуемый образец в виде стержн  подвергают высокоин- течсивным механическим колебани м на ультразвуковой частоте при фиксированном значении амплитуды колебаний. Путем проведени  испытаний до разрушени  образцов при разных амплитудах нагружени  получают усталостные кривые дл  матерйала образцов, по которым суд т о прочностных характеристиках изделий из этого материала .

Недостатком способа  вл етс  необходимость изготовлени  дл  испытаний специальных образцов в виде стержней, отличающихс  по технологии изготовлени  от пьезоэлементов составных пьезопреоб- разователей, например, ориентацией направлени  деформировани  и направлени  пол ризации.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному  вл етс  способ исследовани  прочностных характеристик пьезокерамики 7 путем электрического возбуждени  колебаний испытуемого пьезоэ- лемента и оценки его усталостной прочности. Пьезоэлемент возбуждают на резонансной частоте нулевой моды радиальных колебаний за счет поперечного пье- зомодул  dsi.

Недостатком данного способа испытаний  вл етс  то, что испытани  производ т в услови х и в режиме колебаний, не отвечающих услови м и режиму испытаний пье- зоэлемента в составном стержневом пьезопреобразователе как по частоте колебаний , так и по акустической нагрузке пье- зоэлемента во врем  колебаний, что снижает качество испытаний, достоверность и информативность полученных в результате испытани  данных дл  оценки усталостной прочности испытуемых пьезоэлементов .

Цель изобретени  - повышение достоверности и информативности полученных в результате испытаний данных за счет приближени  условий испытани  к эксплуатационным путем создани  на исследуемом пьезоэлементе статических сжимающих и циклических нагрузок, соизмеримых с пределом выносливости материала пьезоэле- мента.

Сущность способа заключаетс  в следующем . Испытуемый пьезоэлемент устанавливают между двум  симметричными расположенными соосно с ним присоединенными массами, обеспечива  тем самым акустическое нагружение пьезоэлемента такое же, как и в составном стержневом преобразователе. Размеры присоединенных масс выбираютс  такими, чтобы резонансна  частота продольных колебаний системы пьезоэлемент - присоединенные массы была равна резонансной частоте продольных колебаний стержневого составного преобразовател , в котором должен работать пьезоэлемент.

Настройку системы пьезоэлемент - присоединенные массы на резонансную частоту ее продольных колебаний производ т путем изменени  длины присоединенных масс и величины задаваемого статического сжимающего напр жени , жесткости колебательной системы.

Сжимающие (армирующие) продольные напр жени , соизмеримые с пределом выносливости материала испытуемого пьезоэлемента , обеспечивают ст гивающей

0 шпилькой и дополнительным пьезоэлемен- том, на который подают статическое электрическое напр жение, что позвол ет обеспечить идентичность условий нагруже- ни  (частота, статические напр жени ) ис5 пытуемого пьезоэлемента в колебательной системе пьезоэлемент - присоединенные массы и в составном стержневом пьезопреобразователе .

Величину статического сжимающего на0 пр жени  регулируют зат гиванием резьбового соединени  ст гивающей шпилькой (грубо) и изменением подаваемого на дополнительный пьезоэлемент статического электрического напр жени  (плавно). Зна5 чение сжимающего статического напр жени  измер ют тензорезистором.

Циклическое нагружение испытуемого пьезоэлемента под акустической нагрузкой в услови х, воспроизвод щих услови  его

0 работы в составном стрежневом пьезопреобразователе , производ т прикладыва  к электродам пьезоэлемента электрическое гармоническое напр жение заданной амплитуды резонансной частоты колеба5 тельной системы пьезоэлемент - присоединенные массы. Амплитуду электрического гармонического напр жени  устанавливают такой, чтобы обусловленные ею механические динамические напр жени  стали

0 соизмеримы с пределом выносливости пье- зоматериала. По результатам испытани  пьезоэлемента, оценивают его усталостную прочность.

Пример. Установка, реализующа 

5 способ испытани  пьезоэлементов составных стержневых пьезопреобразователей, содержит (см. чертеж) механически св занные между собой испытуемый пьезоэлемент 1 и присоединенные массы 2, между которы0 ми имеетс  клеевой шов 3. Испытуемый пьезоэлемент 1 электрически подключен к усилителю мощности 4, на вход которого подают электрические радиоимпульсы с генератора 5. К верхней присоединенной

5 массе 2 приклеен дополнительный пьезоэлемент 8, а также тензорезистор 11; к допол- нительному пьезоэлементу 8 приклеена накладка 9. Вс  конструкци  зажата ст гивающей шпилькой 10. На дополнительный пьезоэлемент 8 подают статическое напр жение от источника 12. Амплитуду механических колебаний накладки 9 измер ют оптическим способом измерителем 13. Осциллограф 6 индицирует напр жение на испытуемом пьезоэлементе и ток, протекающий через этот элемент и активное сопротивление 7.

Колебательную систему испытуемый пьезоэлемент 1 - приклеенные к нему присоединенные массы 2 - дополнительный пьезоэлемент 8 - накладка 9 - тензорези- стор 11 - ст гивающа  шпилька 10 настраивают на резонансную частоту продольных колебаний колебательной системы, равную рабочей частоте составного стержневого пьезопреобразовател , в котором должен работать испытуемый пьезоэлемент, путем изменени  продольных размеров присоединенных масс 2 и создани  требуемых значений амплитуд статических продольных напр жений ст гивающей шпилькой 10 и дополнительным пьезоэлементом 8. Величину амплитуд циклических напр жений О а измер ют измерителем 13, статических напр жений о™ -тензорезистором 11. Максимальна  величина напр жени  на активном сопротивлении 7, определ ема  по осциллографу 6, свидетельствует о возбуждении колебательной системы на электрическом резонансе. Наступление механического резонанса определ ют по максимуму показаний измерител  13.

После настройки колебательной системы возбуждают ее колебани  генератором 5 через усилитель мощности 4 на рабочей частоте пьезопреобразовател , в котором должен работать испытуемый пьезоэлемент 1. Величину подаваемого на пьезоэлемент 1 электрического напр жени  задают в зависимости от режима испытаний, т.е. в зависимости от соотношени  значений аа и от Измер ют количество циклов нагружени  пьезоэлемента 1 до его разрушени , фиксируют величину, вид и количество мест разрушени , и по результатам статической обработки полученных в испытани х данных дл  испытанных пьезоэлементов 1 делают оценку качества этих элементов: усталостной прочности, максимального количества циклов нагружени . величины, вида и количества мест разрушени  дл  партии пьезоэлементов, выборочный контроль которой производ т в услови х и в режиме их работы в составном стержневом пьезопреобразователе.

Предлагаемый способ испытаний пьезоэлементов составных стержневых пье- зопреобразователей обладает более высокой информативностью и достоверностью данных, получаемых в результате испытаний , вследствие того, что испытани 

предлагаемым способом производ тс  в услови х и в режиме работы пьезоэлемента, приближенных к услови м и к режиму его работы в составном стержневом пьезопреобразователе . Использование предлагаемого способа позвол ет получать данные об усталостной прочности пьезоэлементов, прогнозировать качество изготовленных из них составных стержневых пьезопреобра- зователей, а следовательно, управл ть качеством изготавливаемой продукции, что создает положительный технический и положительный экономический эффект изобретени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ испытани  пьезоэлементов составных стержневых пьезопреобразовате- лей, заключающийс  в электрическом возбуждении колебаний испытываемого

   пьезоэлемента и оценке его усталостной прочности, отличающийс  тем, что, с целью повышени  достоверности и информативности полученных данных путем приближени  условий испытаний к услови м эксплуатации, перед электрическим возбуждением колебаний испытываемого пьезоэлемента к нему соосно и симметрично присоедин ют дополнительные массы, прикладывают статистическую сжимающую

   нагрузку, измен   ее уровень до соизмеримого с пределом выносливости материала испытываемого пьезоэлемента, настраивают систему пьезоэлемент - присоединенные массы на резонансную частоту ее

   продольных колебаний, равную рабочей частоте пьезопреобразовател , а электрическое возбуждение колебаний испытываемого пьезоэлемента производ т на рабочей частоте пьезопреобразовател , выбира 

   амплитуду электрического напр жени  в соответствии с пределом выносливости материала испытываемого пьезоэлемента.

   -Я-цгЛ,чт1  ГП У

   TV.

   XV

   5

   ZT