SU1436281A1 - Способ динамической градуировки пьезоэлектрических преобразователей - Google Patents

Description

(21)4095207/24-10

(22)22.07,86

(46) 07,11.88. 5юл, № 41

(71)Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при Томском политехническом институте

им. С.М.Кирова

(72)А..В.Каргапольцев5 В,И Симанчук и В.П.Стариков

(53)534.232(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1076792, кл. G 01 L 27/00, 1984.

(54)СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРАДУИРОВКИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

(57)Изобретение.относитс  к.контрольно-измерительной технике, предназначено дл  динамической градуировки пьезопреобразователей и может быть использовано дл  калибровки ультразвуковых измерительных приборов . Цель изобретени  - повьппение точности динамической градуировки пьезоэлектрических преобразователей и непосредственное определение передаточной функции градуируемого пьезо- преобразовател . Способ заключаетс 

в том, что испытательно давление .

с.из. аюг nvi eM |Одачи Н з воспртип- : - ои1.ий пьезоп11еобразовател  1 мпульса тока зар жези ых частиц, ре- гистрзтоувт вь;ходиой сигнал Пьезопре- образовател  и вариацией параметров импульса тока зар женных частиц добиваютс  еоЕпадешш спектра выходного льезопреобразовател  со спектром лмпульса тока зар женных частиц, рассчптьшают пространствен спектр распределгнн  поглощепной энергии зар женных частиц в материале воспринимающего элемента ньезопре- образовател , а передаточную функцию градуируемого пьезоэлектрического преобразовател  определ ют из соотношени  H(LO) с)1 Д Ьс.

D (--) нространйтвенный спектр

распределени  поглощенной энергии . зар женных частиц в материале воспринимающего элемента пьезопреобразова- тел ; U) - частота; S скорость продольных звуковых волн в материале воспринимающего элемента пьезопрес5Ь- разовател , 1 ил.

S

Ф

ьэ

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике, в частности к методам динамической градуировки и калибровки ультразвуковых изме- рительных приборов.

Цель изобретени  - повьшение точности динамической градуировки.

Способ осуществл ют следующим образом .

Импульсным пучком зар женных частиц , излучаемых ускорителем, облучают поверхность материала воспринимающего элемента пьезопреобразова- тел . При взаимодействии импульсного пучка зар женных частиц с в.еществом воспринимающего элемента пьезопре- образовател  энерги  частиц практически мгновенно поглощаетс  в локальном объеме, определ емом глуби- ной проникновени  зар женных частиц в вещество и поперечными размерами пучка, так как врем  дис.сипации энергии быстрой зар женной частицы в конденсированной среде составл ет 10- . Это приводит к формированию пол  термоупругих механических напр жений , разгрузка которых идет путем излучени  из зоны возбуждени  акустического импульса, пространственно- времерша  структура которого однозначно определ етс  макроскопической функцией D(r,t) (г - радиус-вектор, t - врем ),  вл ющейс  плотностью поглощенной энергии в веществе вос принимающего элемента пьезопреобра- зовател . Мала  величина времени диссипации энергии быстрой-зар женной частицы по сравнению с длительностью импульса тока ускорител  зар  женных частиц, котора  в зависимости от типа ускорител  составл ет , позвол ет разделить пространственные и временные переменные ; в ф ункции D(r,t) и представить ее в следующем виде:

D(r,t) Do(r) Jl(i:)d€, (1) о

де Dp(f)

50

I(t) пространственное распределение плотности поглощенной энергии в материале воспринимающего эле- мента пьезопреобразова- тел ;

функци , описывающа  изменение и тульса тока ускорител  во времени .

При этом спектр импульса давлени , возбуткдаемого пучком зар женных частиц в материале воспринимающего элемента пьезопреобразовател  равен произведению спектра импульса тока ускорител  зар женных частиц и пространственного спектра распределени  поглощенной энергии

Ч: S.

.Р(ы) I(W)DO(-),

(2)

f5 20 25 зо ,-

35

0

где I(ai) - спектр импульса тока ускорител ;

D (j-) - пространственный спектр .распределени  поглощенной энергии в материале воспринимающего элемента преобразовател , определ емый пространственным интегралом Фурье от фуржции Dg(r), а именно:

ос) , |,

Sp(f S D,(f) dV . (3)

v .

Интеграл в выражении (3) беретс  по объему источника, т.е. по объему зоны возбуждени .

С учетом выражени  (2) и учитьта  то, что градуируемый пьезопреобразо- ватель  вл етс  линейной электроакустической системой с передаточной функцией Н(со), электрический сигнал на выходе пьезоэлектрического преобразовател  можно представить в следующем виде:

f

F(a)) I(w). DO()-H(W), (4) e

где F(ti;) - спектр выходного сигнала

пьезопреобразовател . Из выражени  (4) видно, что, если обеспечить выполнение услови 

D(j(--) - Н(с()) 1, спектр электрическоSc

го сигнала на выходе пьезопреобразовател  (выходного сигнала) равен спектру импульса тока ускорител  (входного сигнала). Это делает возможным непосредственное определение передаточной функции пьезопреобразовател  Н(со), котора  равна функции , обратной пространственному спектру распределени  поглощенной

энергии, т.е. H(w) Ор() ,

е

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ динамической градуировки пьезопреобразователей,

Р1мпульсным пучком зар женных частиц , излучаемых ускорителем I, облучают воспринимающий элемент (рабочую среду) 2,  вл ющийс  одновременно коллектором тока зар женных частиц. Амплитуда и временна  зависимость импульса тока поглощенных в материале воспринимающего элемента зар женных частиц регистрируетс  измерителем 3 тока, который совместно с коллектором 2 функционально составл ют цилиндр Фараде , Электрический сигнал с выхода цилиндра Фараде  поступает на вход широкополосного быстродействующего спектроанализатора 6, где анализируетс  спектр импульса тока зар женных частиц. При взаимодействии пучка зар женных частиц с мате- риалом воспринимающего элемента пье- зопреобразовател  2 возбуждаетс  акустический 1-1мпульс, который приходит на чувствительный элемент (пьезо пластина) пьезопреобразовател  4, Электрический сигнал,  вл ющийс  реакцией пьезопреобразовател  на приход акустического импульса, с выхода пьезопреобразовател  поступает на вход широкополосного быстродействующего спектроанализатора 5, где анализируетс  спектр выходного сигнала градуируемого пьезопреобразовател . Сигналы с выходов спектро- анализаторов 5 и 6 поступают на вход схемы 7 сравнени  спектров импульса тока ускорител  зар женных частиц и выходного электрического сигнала градуируемого пьезопреобразовател . При несовпадении спектров выходного сигнала пьезопреобразовател  и импульса тока зар женных частиц электрический сигнал с выхода схемы 7 сравнени  спектров поступает на вход схемы 8 управлени  режимом работы ускорител . Регулирование режимом работы ускорител  (вариации длительности импульса тока, его формы , энергии частиц и т,д,) продолжаетс  до тех пор, пока спектр импульса тока ускорител  не совпадет со спектром выходного сигнала гр адуируе0

5

0

5

0

5

мого пьезоэлектрического преобразовател . При совпадении спектров, рассчитьшаетс  пространственное распределение поглощенной энергии в материале воспринимающего элемента пьезопреобразовател , затем с помощью соотношени  (3) рассчитьшаетс  пространственный спектр распределени  поглощенной энергии и по формуле Н(и)) CD5(--) определ етс 

е передаточна  функци  градуируемого

пьезопреобразовател .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ динамической градуировки пьезоэлектрических преобразователей давлени  путем воздействи  на воспринимающий элемент пьезопреобразовател  испытательным давлением и регистрации выходного сигнала пьезопреобразовател , отличающийс  тем, что,.с целью повьшени  точности градуировки, испытательное давление созда1от путем подачи на воспринимающий элемент пьезопреобразовател  импульса тока зар женных частиц, добиваютс  совпадени  спектра выходного сигнала пьезопреобразовател  со спектром импульса тока зар женных частиц, рассчитьшают пространственный спектр распределени  поглощенной энергии зар женных частиц в материале воспринимающего элемента пьезопреобразовател , а передаточную функцию пьезопреобразовател  определ ют из соотношени 

   40

   H(w) ) , Ье

   где „(--)

   ы 5„

   пространственный спектр распределени  поглощенной энергии в материале воспринимающего элемента пьезопреобразовател ; частота;

   скорость продольных звуковых волн в материале воспринимающего элемента пьезопреобразовател .