RU2451933C1 - Method of damping piezoelectric radiators and apparatus for realising said method - Google Patents

Method of damping piezoelectric radiators and apparatus for realising said method Download PDF

Info

Publication number
RU2451933C1
RU2451933C1 RU2011102415/28A RU2011102415A RU2451933C1 RU 2451933 C1 RU2451933 C1 RU 2451933C1 RU 2011102415/28 A RU2011102415/28 A RU 2011102415/28A RU 2011102415 A RU2011102415 A RU 2011102415A RU 2451933 C1 RU2451933 C1 RU 2451933C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piezoelectric plate
key
piezoelectric
period
discharge resistor
Prior art date
Application number
RU2011102415/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Яковлевич Грошев (RU)
Владимир Яковлевич Грошев
Original Assignee
Владимир Яковлевич Грошев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Яковлевич Грошев filed Critical Владимир Яковлевич Грошев
Priority to RU2011102415/28A priority Critical patent/RU2451933C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2451933C1 publication Critical patent/RU2451933C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: piezoelectric plate is excited by briefly connecting to an excitation source through a first switch and then discharged through a discharge resistor. After a period of time equal to one period of natural mechanical oscillation of the piezoelectric plate, the piezoelectric plate is short-circuited by a second switch, wherein the resistance of the discharge resistor is such that electric energy discharged on it when closing the second switch is proportional to mechanical energy loss in the piezoelectric plate over one period of its oscillation.
EFFECT: ensuring absolute damping of piezoelectric plates without deterioration of efficiency thereof as ultrasonic radiators.
2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемые способ и устройство для его реализации относятся к области неразрушающего контроля, а именно к устройствам ультразвукового контроля материалов и изделий.The proposed method and device for its implementation relate to the field of non-destructive testing, namely, devices for ultrasonic testing of materials and products.

Известны способы демпфирования ультразвуковых пьезоэлектрических излучателей - как отдельных пьезопластин, так и пьезонреобразователей на их основе (ПП). Например, пьезопластины выполняют с переменной толщиной, выполняют частичную деполяризацию пьезопластины, шунтируют отдельные области пьезопластины активными сопротивлениями - см., например, книгу "Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля" / Под общей ред. И.Н.Ермолова. - М.: Машиностроение, 1986, в качестве демпфера используют электронные схемы типа конвертеров отрицательного сопротивления (см., например, а.с. №1254376), используют звукопоглощающие демпферы из различных материалов, сплавов или смесей, в том числе различные затвердевающие смеси, наносимые на заднюю поверхность пьезопластины (см. упомянутую выше книгу, стр.205, а также справочник Й. Крауткремер, Г. Крауткремер "Ультразвуковой контроль материалов", М., Металлургия, 1991 г.) и т.д.Known methods of damping ultrasonic piezoelectric emitters - both individual piezoelectric plates, and piezoelectric transducers based on them (PP). For example, piezoelectric plates are made with variable thickness, partial depolarization of the piezoelectric plate is performed, individual regions of the piezoelectric plate are shunted by active resistances - see, for example, the book "Ultrasonic Transducers for Non-Destructive Testing" / Ed. I.N. Ermolova. - M .: Mashinostroenie, 1986, use electronic circuits such as negative resistance converters (see, for example, AS No. 1254376) as a damper, use sound-absorbing dampers from various materials, alloys or mixtures, including various hardening mixtures, applied to the back surface of the piezoelectric plate (see the book mentioned above, p. 205, as well as the reference book by J. Krautkremer, G. Krautkremer "Ultrasonic control of materials", M., Metallurgy, 1991), etc.

Однако всем этим способам присущи недостатки. При использовании механических способов демпфирования (типа выполнения пьзопластин переменной толщины) основным недостатком является недопустимое снижение эффективности пьезопреобразователей. Это объясняется тем, что полоса пропускания пьезопластины переменной толщины как электрического элемента действительно расширяется, однако ее эффективность как излучателя ультразвука при переменной толщине снижается значительно быстрее, нежели расширяется полоса пропускания, поскольку как пространственный излучатель она перестает быть единым целым и может быть замещена группой разнесенных в пространстве излучателей разных частот с пропорциональным снижением эффективности возбуждения и приема на каждой из частот спектра. Поэтому результирующая эффективность задемпфированных таким способом пьезопластин оказывается во много раз меньшей, нежели у такой же пьезопластины постоянной толщины, что делает их в большинстве случаев непригодными для ультразвукового контроля.However, all of these methods have inherent disadvantages. When using mechanical damping methods (such as making piezoelectric plates of variable thickness), the main disadvantage is an unacceptable decrease in the efficiency of piezoelectric transducers. This is explained by the fact that the bandwidth of a piezoelectric plate of variable thickness as an electric element does expand, however, its efficiency as an ultrasound emitter with a variable thickness decreases much faster than the bandwidth, since as a spatial radiator it ceases to be a single unit and can be replaced by a group of space of emitters of different frequencies with a proportional decrease in the efficiency of excitation and reception at each of the frequencies of the spectrum. Therefore, the resulting efficiency of the piezoelectric plates damped in this way is many times lower than that of the same piezoelectric plate of constant thickness, which makes them in most cases unsuitable for ultrasonic testing.

При использовании физических способов (например, при использовании вольфрамо-эпоксидных смесей, наносимых на обратную сторону пьезопластины) основным недостатком является как недостаточная эффективность демпфирования, не позволяющая обеспечить прием сигнала той же пьезопластиной, которая возбуждает ультразвук, в ближней зоне, так и непредсказуемость результатов демпфирования. Эти недостатки, вероятно, могут быть устранены путем совершенствования технологии изготовления демпфера, однако при этом усложнится производство пьезопреобразователей и увеличится их стоимость.When using physical methods (for example, when using tungsten-epoxy mixtures applied to the back of a piezoelectric plate), the main disadvantage is the lack of damping efficiency, which does not allow signal reception by the same piezoelectric plate that excites ultrasound in the near field, and the unpredictability of damping results . These shortcomings can probably be eliminated by improving the manufacturing technology of the damper, however, this will complicate the production of piezoelectric transducers and increase their cost.

При использовании электрических способов демпфирования обычно наблюдается полная неэффективность, поскольку быстро погасить колебания пьезопластины при ее возбуждении напряжением в сотни вольт демпфирующим устройством с питанием в несколько вольт невозможно. С другой стороны, практически невозможно реализовать достаточно быстродействующее и экономичное усилительное устройство с питанием в несколько сотен вольт, чтобы использовать его для демпфирования, поэтому подобный способ подавления колебаний при высоковольтном возбуждении пьезопластины можно рассматривать только как теоретический.When using electric damping methods, complete inefficiency is usually observed, since it is not possible to quickly damp out the piezoelectric plate vibrations when it is excited by a voltage of hundreds of volts by a damping device with a voltage of several volts. On the other hand, it is practically impossible to implement a sufficiently fast and economical amplifying device with a power supply of several hundred volts to use it for damping, therefore, this method of suppressing oscillations during high-voltage excitation of a piezoelectric plate can only be considered theoretical.

Наиболее близким по принципу к предлагаемому является устройство, представленное в справочнике "Ультразвуковой контроль материалов" Й. и Г. Крауткремеров на рис.10.14 г, стр.206. Это устройство содержит ключ, включенный между клеммами источника возбуждения последовательно с пьезопластиной, параллельно которой включен разрядный резистор. В устройстве реализуется следующий способ демпфирования - пьезопластину возбуждают путем кратковременного подключения ее к источнику возбуждения, после чего ее разряжают с помощью разрядного резистора, подготавливая к следующему циклу возбуждения. Поскольку после возбуждения пьезопластина продолжает деформироваться, на ее электродах возникают потенциалы, которые за счет наличия разрядного резистора создают через пьезопластину токи, противодействующие ее колебаниям, что обеспечивает эффект демпфирования.The closest to the principle proposed is the device presented in the reference book "Ultrasonic control of materials" by J. and G. Krautkremerov in Fig. 10.14 g, p. 206. This device contains a key connected between the terminals of the excitation source in series with the piezoelectric plate, in parallel with which a discharge resistor is connected. The device implements the following damping method - the piezoelectric plate is excited by briefly connecting it to the excitation source, after which it is discharged using a discharge resistor, preparing for the next excitation cycle. Since, after excitation, the piezoelectric plate continues to deform, potentials appear on its electrodes, which, due to the presence of a discharge resistor, create currents through the piezoelectric plate that counteract its oscillations, which provides a damping effect.

Как и прочие способы электрического демпфирования, данный способ малоэффективен, поскольку демпфирующие токи намного меньше тока возбуждения. Для увеличения эффективности демпфирования данным способом приходится по возможности уменьшать сопротивление разрядного резистора, которое в реальных устройствах обычно составляет 50-75 Ом. При этом его дальнейшее уменьшение нежелательно, т.к. это приводит к существенному снижению эффективности возбуждения, сужению полосы пропускания и к увеличению потребляемой мощности.Like other methods of electrical damping, this method is ineffective, since the damping currents are much less than the excitation current. To increase the damping efficiency by this method, it is necessary to reduce the resistance of the discharge resistor, which is usually 50-75 Ohms in real devices. Moreover, its further reduction is undesirable, because this leads to a significant decrease in the excitation efficiency, a narrowing of the passband and to an increase in power consumption.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение абсолютного демпфирования пьезопластин без ухудшения их эффективности как излучателя ультразвука.An object of the present invention is to provide absolute damping of piezoelectric plates without impairing their effectiveness as an ultrasonic emitter.

С этой целью предлагается способ электрического демпфирования пьезопластины, которую возбуждают путем кратковременного подключения с помощью первого ключа к источнику возбуждения, после чего разряжают через разрядный резистор, отличающийся тем, что через интервал времени, равный одному периоду собственных механических колебаний пьезопластины, ее замыкают вторым ключем, при этом сопротивление разрядного резистора выбирают таким, чтобы выделившаяся на нем электрическая энергия в момент замыкания второго ключа была пропорциональна потерям механической энергии в пьезопластине за один период ее колебаний.To this end, we propose a method for electric damping of a piezoelectric plate, which is excited by short-term connection with the first key to the excitation source, and then discharged through a discharge resistor, characterized in that after a period of time equal to one period of the intrinsic mechanical vibrations of the piezoelectric plate, it is closed with a second key, the resistance of the discharge resistor is chosen so that the electric energy released on it at the moment of closure of the second switch is proportional to teryam mechanical energy into piezoceramic plate for one period of its oscillations.

Устройство для реализации этого способа содержит первый ключ, включенный последовательно с источником возбуждения и совместно с ним параллельно пьезопластине, параллельно которой также включен разрядный резистор, и отличается тем, что в него введен второй ключ, причем входы обоих ключей соединены между собой через устройство временной задержки, создающее задержку, равную одному периоду собственных механических колебаний пьезопластины, при этом вход первого ключа подключен к выходу генератора запускающего импульса, а разрядный резистор включен параллельно второму ключу или последовательно с ним.A device for implementing this method comprises a first key connected in series with the excitation source and together with it in parallel with a piezoelectric plate, in parallel with which a discharge resistor is also included, and characterized in that a second key is inserted into it, and the inputs of both keys are interconnected via a time delay device , creating a delay equal to one period of the intrinsic mechanical vibrations of the piezoelectric plate, while the input of the first key is connected to the output of the trigger pulse generator, and the discharge resistor The op is connected in parallel with the second key or in series with it.

На фиг.1, 2 показаны два варианта функциональной схемы устройства, предназначенного для реализации предлагаемого способа демпфирования пьезопластины.Figure 1, 2 shows two options for a functional diagram of a device designed to implement the proposed method of damping a piezo plate.

Устройство содержит источник возбуждающего напряжения 1, пьезопластину 2, первый ключ 3, вход которого подключен к генератору запускающего импульса 4, разрядный резистор 5, устройство временной задержки 6, включенное между входами управления первого ключа 3 и второго ключа 7.The device contains an exciting voltage source 1, piezoelectric plate 2, a first key 3, the input of which is connected to a trigger pulse generator 4, a discharge resistor 5, a time delay device 6 connected between the control inputs of the first key 3 and the second key 7.

Устройство функционирует следующим образом. После завершения зарядного импульса, создаваемого кратковременным замыканием первого ключа 3, пьезопластина 2 начинает колебаться с резонансной частотой своей механической системы.The device operates as follows. After the completion of the charging pulse created by short-circuiting the first key 3, the piezoelectric plate 2 begins to oscillate with the resonant frequency of its mechanical system.

Чтобы остановить колебания, необходимо отобрать запасенную ею энергию, а для этого необходимо подать на пьезопластину останавливающий импульс примерно такой же мощности, как при возбуждении. При этом нужно выполнить два условия - чтобы и кинетическая, и потенциальная энергия колеблющейся системы в результате останавливающего воздействия стала равна нулю. Очевидно, что запасенная пьезопластиной 2 механическая энергия при ее возбуждении путем замыкания первого ключа 3 пропорциональна электрической энергии, полученной от источника возбуждения 1, которая определяется изменением напряжения между обкладками пьезопластины 2 в процессе возбуждения. Допустим, что в результате замыкания ключа 2 напряжение между обкладками пьезопластины изменилось от нуля до U1. Тогда запасенная пьезопластиной энергия составитTo stop the oscillations, it is necessary to take away the energy stored by it, and for this it is necessary to apply a stopping pulse of approximately the same power to the piezo plate as during excitation. In this case, two conditions must be fulfilled - so that both the kinetic and potential energy of the oscillating system become equal to zero as a result of the stopping effect. It is obvious that the mechanical energy stored by the piezoelectric plate 2 when it is excited by closing the first key 3 is proportional to the electrical energy received from the excitation source 1, which is determined by the change in voltage between the plates of the piezoelectric plate 2 during the excitation process. Suppose that as a result of the closure of key 2, the voltage between the plates of the piezoelectric plate changed from zero to U 1 . Then the energy stored by the piezoelectric plate will be

Figure 00000001
Figure 00000001

где С - емкость пьезопластины. Фиксированная часть этой энергии превращается в энергию механических колебаний.where C is the capacity of the piezoelectric plate. A fixed part of this energy is converted into the energy of mechanical vibrations.

Очевидно, что, чтобы остановить механические колебания, необходима такая же энергия. Это условие выполняется путем замыкания пьезопластины 2 вторым ключом 7, поскольку напряжение между обкладками при этом изменится от U1 до нуля, а следовательно, энергия, потерянная пьезопластиной, составитObviously, the same energy is needed to stop mechanical vibrations. This condition is fulfilled by closing the piezoelectric plate 2 with the second key 7, since the voltage between the plates will change from U 1 to zero, and therefore, the energy lost by the piezoelectric plate will be

Figure 00000002
Figure 00000002

При этом точно такая же фиксированная часть этой энергии, как и при заряде, превратится в энергию механических колебаний, равную по величине энергии возбуждения. Однако возникающие при разряде механические колебания будут иметь противоположную фазу. Следовательно, если зарядить пьезопластину, замкнув первый ключ, и сразу же разрядить ее, замкнув второй ключ, за интервал времени, много меньший периода колебаний ее механической системы, никаких механических колебаний не возникнет. Аналогичная картина наблюдается, если по механическому маятнику нанести почти одновременно удары одинаковой силы с двух противоположных сторон, в результате чего он останется неподвижным. Поскольку пьезопластина является относительно добротной колебательной системой, параметры запасенной в ней механической энергии (т.е. величина и фаза) к началу второго периода колебаний будут приблизительно соответствовать моменту возбуждения. Поэтому если разрядить пьезопластину в соответствии с предлагаемым способом точно через период ее собственных механических колебаний, то без учета потерь пьезопластина совершит всего одно механическое колебание, причем совершенно свободно, поскольку оба ключа 3, 7 в процессе колебания могут быть разомкнуты. После замыкания второго ключа 7 суммарная механическая энергия станет равной нулю, поскольку при разряде пьезопластины 2 ток через нее имеет противоположное направление, а следовательно, создаваемая им механическая энергия будет иметь точно такую же величину, но противоположную фазу по отношению к кинетической энергии пьезопластины, созданной возбуждающим импульсом. Это гарантирует максимальную эффективность возбуждения ультразвука при высокой и предсказуемой эффективности демпфирования. Фактически данный способ предполагает возбуждение пьезопластины и ее демпфирование двумя противоположными импульсами тока. Следует отметить, что при возбуждении пьезопластины предлагаемым способом длительность замыкания первого ключа 3 отражается только на амплитуде, но никак не отражается на результирующей форме колебаний, т.е. на характеристиках демпфирования. Продолжительность замкнутого состояния второго ключа 7 в любом случае должна быть достаточной для полного разряда пьезопластины 2.In this case, exactly the same fixed part of this energy, as with a charge, will turn into the energy of mechanical vibrations, equal in magnitude to the excitation energy. However, the mechanical vibrations arising from the discharge will have the opposite phase. Therefore, if you charge the piezoelectric plate by locking the first key, and immediately discharge it by locking the second key, for a time interval much shorter than the period of oscillations of its mechanical system, no mechanical vibrations will occur. A similar picture is observed if a mechanical pendulum is struck almost simultaneously at the same force from two opposite sides, as a result of which it will remain motionless. Since the piezoelectric plate is a relatively high-quality oscillatory system, the parameters of the mechanical energy stored in it (i.e., magnitude and phase) at the beginning of the second oscillation period will approximately correspond to the moment of excitation. Therefore, if the piezoelectric plate is discharged in accordance with the proposed method exactly after the period of its own mechanical vibrations, then, without taking into account losses, the piezo-plate will perform only one mechanical oscillation, and it is completely free, since both keys 3, 7 can be opened during the oscillation. After the second key 7 is closed, the total mechanical energy will become zero, since when the piezoelectric plate 2 is discharged, the current through it has the opposite direction, and therefore, the mechanical energy created by it will have exactly the same magnitude, but the opposite phase with respect to the kinetic energy of the piezoelectric plate created by the exciting impulse. This ensures maximum ultrasound excitation performance with high and predictable damping efficiency. In fact, this method involves the excitation of the piezoelectric plate and its damping by two opposite current pulses. It should be noted that when the piezoelectric plate is excited by the proposed method, the duration of the closure of the first key 3 is reflected only in amplitude, but does not in any way affect the resulting waveform, i.e. on damping characteristics. The duration of the closed state of the second key 7 in any case should be sufficient for a complete discharge of the piezoelectric plate 2.

От точности подачи разрядного импульса в предлагаемом устройстве зависит та остаточная энергия, которая остается в пьезопластине 2, а следовательно, степень демпфирования и уровень помех от процесса возбуждения. При этом погрешность всего в несколько процентов между длительностью периода механических колебаний ньезопластины и задержкой между импульсами заряда и разряда приводит к такому уровню остаточных колебаний, который с учетом очень большой энергии возбуждения делает такое демпфирование совершенно недостаточным для высокочувствительных ультразвуковых приборов. Это объясняется тем, что принятый отраженный сигнал весьма слаб, но при этом он обязательно должен превышать шум от остаточных колебаний пьезопластины, чтобы отношение сигнал/шум было существенно больше единицы (имеется в виду использование пьезопластины в совмещенном пьезопреобразователе). При этом попытки скомпенсировать временную ошибку за счет изменения соотношения между внутренними сопротивлениями обоих ключей или за счет дополнительного разряда пьезопластины не дают положительного результата, поскольку из-за наличия фазовых сдвигов такие приемы позволяют минимизировать только кинетическую энергию механических колебаний, но не потенциальную, а так как оба вида энергии имеют разные знаки, то их нельзя скомпенсировать одновременно. И только при переходе колебания через нуль потенциальная энергия равна нулю, а поэтому общая энергия пьзопластины может быть скомпенсирована предлагаемым способом. Это подтверждено экспериментальным путем.The residual energy that remains in the piezoelectric plate 2, and therefore the degree of damping and the level of interference from the excitation process, depends on the accuracy of the discharge pulse in the proposed device. Moreover, an error of only a few percent between the length of the period of the mechanical oscillations of the non-plate and the delay between the charge and discharge pulses leads to a level of residual oscillations which, given the very high excitation energy, makes such damping completely insufficient for highly sensitive ultrasonic devices. This is because the received reflected signal is very weak, but at the same time it must necessarily exceed the noise from the residual vibrations of the piezoelectric plate so that the signal-to-noise ratio is significantly greater than unity (this means the use of the piezoelectric plate in a combined piezoelectric transducer). At the same time, attempts to compensate for the temporary error due to a change in the ratio between the internal resistances of both keys or due to an additional discharge of the piezoelectric plate do not give a positive result, since due to the presence of phase shifts, such techniques can minimize only the kinetic energy of mechanical vibrations, but not potential, but since Since both types of energy have different signs, they cannot be compensated at the same time. And only when the oscillation passes through zero, the potential energy is zero, and therefore the total energy of the piezoelectric plate can be compensated by the proposed method. This is confirmed experimentally.

Однако остановить колебания пьезопластины, используя только перечисленные операции, теоретически возможно только тогда, когда пьезопластина ничего не излучает в окружающую среду - например, если она находится в воздухе и если добротность ее механической системы стремится к бесконечности. В реальных пьезопреобразователях пьезопластина имеет ограниченную добротность и всегда находится в акустическом контакте с твердыми материалами - с одной стороны - это демпфер, а с другой - протектор. При этом делается все возможное, чтобы как можно большая часть энергии колеблющейся пьезопластины поглотилась протектором и контролируемым изделием для повышения эффективности контроля. Поэтому когда завершается первое колебание пьезопластины, сохраняющаяся в ней кинетическая энергия будет меньшей, нежели энергия возбуждения, так как часть энергии уйдет в соседние с пьезопластиной материалы. В то же время пьезопластина является хорошим изолятором, и электрическое напряжение на ней в течение одного колебания практически не меняется. Поэтому закорачивание пьезопластины, встроенной в реальный пьезопреобразователь, вторым ключом 7 приводит к тому, что разряд ее емкости становится как бы вторым возбуждающим импульсом. И хотя его амплитуда незначительна, тем не менее возникающие колебания оказываются значительно больше слабых принимаемых сигналов. При этом невозможно устранить этот импульс путем изменения интервала времени между зарядом и разрядом по причинам, указанным выше.However, it is theoretically possible to stop the oscillations of the piezoelectric plate using only the operations listed above when the piezo-plate does not radiate anything into the environment - for example, if it is in the air and if the quality factor of its mechanical system tends to infinity. In real piezoelectric transducers, the piezoelectric plate has a limited Q factor and is always in acoustic contact with solid materials - on the one hand it is a damper, and on the other it is a tread. At the same time, everything possible is done so that as much as possible of the energy of the oscillating piezoelectric plate is absorbed by the tread and the controlled product to increase the effectiveness of the control. Therefore, when the first oscillation of the piezoelectric plate is completed, the kinetic energy stored in it will be less than the excitation energy, since part of the energy will go into materials adjacent to the piezoelectric plate. At the same time, the piezoelectric plate is a good insulator, and the voltage on it during one oscillation practically does not change. Therefore, the short-circuiting of the piezoelectric plate integrated in the real piezoelectric transducer by the second key 7 leads to the fact that the discharge of its capacitance becomes, as it were, the second exciting pulse. And although its amplitude is insignificant, nevertheless, the arising oscillations turn out to be much larger than the weak received signals. However, it is impossible to eliminate this impulse by changing the time interval between the charge and discharge for the reasons mentioned above.

Поэтому для решения этой проблемы предлагается использовать разрядный резистор 5 строго определенного сопротивления, подбираемого для каждого конкретного пьезопреобразователя. Включение такого резистора, сопротивление которого обычно составляет несколько килоом, параллельно пьезопластине 2 позволяет несколько уменьшить электрическую энергию, запасенную в ней к моменту включения второго ключа, и тем самым устранить второй возбуждающий импульс. Такой способ решения проблемы приемлем только тогда, когда возбуждающий импульс намного короче периода колебаний пьезопластины, т.е. в основном применим для низкочастотных преобразователей. Аналогичные результаты получаются при включении разрядного резистора 5 последовательно с вторым ключом 7. В этом случае энергия, запасенная в пьезопластине 2, не меняется, однако изменяется разрядный ток, протекающий через пьезопластину при замыкании второго ключа 7, что эквивалентно некоторому уменьшению энергии разрядного импульса.Therefore, to solve this problem, it is proposed to use a discharge resistor 5 of a strictly defined resistance selected for each specific piezoelectric transducer. The inclusion of such a resistor, the resistance of which is usually a few kilograms, parallel to the piezoelectric plate 2 allows you to slightly reduce the electrical energy stored in it by the time the second switch is turned on, and thereby eliminate the second exciting pulse. This method of solving the problem is acceptable only when the exciting pulse is much shorter than the period of oscillation of the piezoelectric plate, i.e. mainly applicable for low frequency converters. Similar results are obtained when the discharge resistor 5 is turned on in series with the second key 7. In this case, the energy stored in the piezoelectric plate 2 does not change, however, the discharge current flowing through the piezoelectric plate when the second key 7 is closed, is equivalent to a certain decrease in the energy of the discharge pulse.

Такой прием менее удобен для реализации, однако пригоден для преобразователей с любой рабочей частотой. Сопротивление разрядного резистора в этом случае составляет единицы - десятки Ом. В результате подстройки сопротивления этого резистора возможно добиться практически абсолютного демпфирования, когда пьезопластина возбуждает в объекте контроля действительно единственное колебание, непосредственно после которого возможен прием отраженных сигналов.This technique is less convenient to implement, but is suitable for converters with any operating frequency. The resistance of the discharge resistor in this case is unity - tens of ohms. As a result of adjusting the resistance of this resistor, it is possible to achieve almost absolute damping, when the piezoelectric plate excites really only one oscillation in the control object, immediately after which the reception of reflected signals is possible.

Claims (2)

1. Способ электрического демпфирования пьезопластины, которую возбуждают путем кратковременного подключения с помощью первого ключа к источнику возбуждения, после чего разряжают через разрядный резистор, отличающийся тем, что через интервал времени, равный одному периоду собственных механических колебаний пьезопластины, ее закорачивают вторым ключем, при этом сопротивление разрядного резистора выбирают таким, чтобы выделившаяся на нем электрическая энергия в момент замыкания второго ключа была пропорциональна потерям механической энергии в пьезопластине за один период ее колебаний.1. The method of electric damping of the piezoelectric plate, which is excited by briefly connecting with the first key to the excitation source, and then discharged through a discharge resistor, characterized in that after a time interval equal to one period of the intrinsic mechanical vibrations of the piezoelectric plate, it is shorted with a second key, while the resistance of the discharge resistor is chosen so that the electrical energy released on it at the time of closure of the second key is proportional to the loss of mechanical energy in a piezoelectric plate for one period of its oscillations. 2. Устройство для реализации способа по п.1 содержит первый ключ, включенный последовательно с источником возбуждения и совместно с ним параллельно пьезопластине, параллельно которой также включен разрядный резистор, отличающееся тем, что в него введен второй ключ, включенный параллельно пьезопластине, причем входы управления обоих ключей соединены между собой через устройство временной задержки, создающее задержку, равную одному периоду собственных механических колебаний пьезопластины, при этом вход первого ключа подключен к выходу генератора запускающего импульса, а разрядный резистор включен параллельно второму ключу или последовательно с ним. 2. The device for implementing the method according to claim 1 contains a first key connected in series with the excitation source and together with it parallel to the piezoelectric plate, parallel to which a discharge resistor is also included, characterized in that a second key is inserted in it, connected in parallel with the piezoelectric plate, and the control inputs of both keys are interconnected through a time delay device that creates a delay equal to one period of the intrinsic mechanical vibrations of the piezoelectric plate, while the input of the first key is connected to the output a trigger pulse generator, and the discharge resistor is connected in parallel with the second switch or in series with it.
RU2011102415/28A 2011-01-21 2011-01-21 Method of damping piezoelectric radiators and apparatus for realising said method RU2451933C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011102415/28A RU2451933C1 (en) 2011-01-21 2011-01-21 Method of damping piezoelectric radiators and apparatus for realising said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011102415/28A RU2451933C1 (en) 2011-01-21 2011-01-21 Method of damping piezoelectric radiators and apparatus for realising said method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2451933C1 true RU2451933C1 (en) 2012-05-27

Family

ID=46231756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011102415/28A RU2451933C1 (en) 2011-01-21 2011-01-21 Method of damping piezoelectric radiators and apparatus for realising said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2451933C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU933124A1 (en) * 1980-10-08 1982-06-07 Научно-производственное объединение "Атомкотломаш" Ultrasonic transducer
SU1352340A1 (en) * 1985-06-26 1987-11-15 Предприятие П/Я А-3985 Reception-radiation section of flaw detector
US4718421A (en) * 1985-08-09 1988-01-12 Siemens Aktiengesellschaft Ultrasound generator
RU2150109C1 (en) * 1998-03-25 2000-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "РИСОН" Ultrasound transducer
EP1528605A1 (en) * 2003-10-31 2005-05-04 Renault s.a.s. Control unit for ultrasonic piezoelectric actuators

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU933124A1 (en) * 1980-10-08 1982-06-07 Научно-производственное объединение "Атомкотломаш" Ultrasonic transducer
SU1352340A1 (en) * 1985-06-26 1987-11-15 Предприятие П/Я А-3985 Reception-radiation section of flaw detector
US4718421A (en) * 1985-08-09 1988-01-12 Siemens Aktiengesellschaft Ultrasound generator
RU2150109C1 (en) * 1998-03-25 2000-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "РИСОН" Ultrasound transducer
EP1528605A1 (en) * 2003-10-31 2005-05-04 Renault s.a.s. Control unit for ultrasonic piezoelectric actuators

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Крауткремеры И. и Г. Справочник: Ультразвуковой контроль материалов, с.206, рис.10.14 г. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4048203B2 (en) Piezoelectric generator
Cavallier et al. Energy harvesting using vibrating structures excited by shock
Funasaka et al. Piezoelectric generator using a LiNbO/sub 3/plate with an inverted domain
Blystad et al. An energy harvester driven by colored noise
RU2451933C1 (en) Method of damping piezoelectric radiators and apparatus for realising said method
Faiz et al. Wave transmission reduction by a piezoelectric semi-passive technique
Morita et al. Fundamental study of a stacked lithium niobate transducer
Ghasemi et al. Power electronic converters for high power ultrasound transducers
Lien et al. Piezoelectric array of oscillators with respective electrical rectification
US4545042A (en) Method for generation of acoustic vibrations and source of acoustic vibrations for realizing same
FR2968770B1 (en) METHOD AND DEVICE FOR ENTRYING AN OBJECT INTO AN ENVIRONMENT BY AN ULTRASONIC SIGNAL
JP6911614B2 (en) Ultrasonic oscillator drive
WO2012048691A3 (en) Method and device for electrically exciting an actuator for an ultrasonic motor
Downey et al. Extended frequency bandwidth and electrical resonance tuning in hybrid Terfenol-D/PMN-PT transducers in mechanical series configuration
Pak et al. An Approach to Designing a Dual Frequency Piezoelectric Ultrasonic Transducer
Tol et al. Embedded elastic wave mirrors for enhanced energy harvesting
Johansson et al. Energy and pulse control possibilities using ultra-tight integration of electronics and piezoelectric ceramics
JPS6235452Y2 (en)
Beheraa et al. Finite element simulation of a surface acoustic wave driven linear motor using COMSOL multiphysics
RU188804U1 (en) SHOCK ENERGY GENERATOR
Zhang et al. Enhanced bandwidth multi1ayer transducers for imaging applications
WO2023060354A1 (en) Pulse shaping methods for nonlinear acoustic piezoelectric transducers
Pham et al. FEM simulaion for acoustic characterization of medical ultrasound transducers using COMSOL Multiphysics
Wang et al. Electrical impedance and radiation modes Determination for LiNbO3 MEMS ultrasonic array transducer using KLM and FEM modelling
JP5638777B2 (en) Ultrasonic generator and ultrasonic generation method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200122