SU1474531A1 - Method of non-destructive inspection of articles made of dielectric materials - Google Patents
Method of non-destructive inspection of articles made of dielectric materials Download PDFInfo
- Publication number
- SU1474531A1 SU1474531A1 SU874298984A SU4298984A SU1474531A1 SU 1474531 A1 SU1474531 A1 SU 1474531A1 SU 874298984 A SU874298984 A SU 874298984A SU 4298984 A SU4298984 A SU 4298984A SU 1474531 A1 SU1474531 A1 SU 1474531A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- product
- temperature distribution
- products
- control
- sample
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относитс к неразрушающему контролю качества изделий и материалов и может быть использовано в промышленности, производ щей и использующей издели из диэлектрических материалов, в частности из пьезокерамики, как пол ризованной, так и непол ризованной. Цель изобретени - повышение информативности контрол и расширение класса контролируемых материалов. В контролируемом изделии возбуждают акустические колебани , например, посредством электромеханического преобразовател , а дл изделий из пьезоэлектрического материала - посредством переменного электрического пол последовательно на нескольких собственных нечетных модах выше первой. О качестве издели суд т по наличию отклонений параметров температурного распределени на поверхности контролируемого издели , возникающего вследствие нагрева издели в результате диссипации в нем энергии колебаний, от температурного распределени , установленного дл изделий, имеющих однородную структуру материала. 5 ил.The invention relates to non-destructive quality control of products and materials and can be used in the industry producing and using products from dielectric materials, in particular, from piezoceramics, both polarized and unpolarized. The purpose of the invention is to increase the information content of the control and to expand the class of controlled materials. In a controlled product, acoustic oscillations are excited, for example, by means of an electromechanical transducer, and for products made of a piezoelectric material, by an alternating electric field in series on several of its own odd modes above the first. The quality of the product is judged by the presence of deviations in the temperature distribution parameters on the surface of the product being monitored, arising from the heating of the product as a result of dissipation of the vibrational energy in it, from the temperature distribution established for products having a uniform material structure. 5 il.
Description
1one
Изобретение относитс к нераэруша- ющему контролю качества изделий и материалов и может быть использовайо в промышленности, производ щей и использующей издели из диэлектрических материалов, в частности из сегнето- керамики, как пол ризованной, так и непол ризованной.The invention relates to non-destructive quality control of products and materials and can be used in the industry producing and using products made of dielectric materials, in particular, of ferroelectric ceramics, both polarized and unpolarized.
Цель изобретени - повышение информативности контрол и расширение класса контролируемых материалов.The purpose of the invention is to increase the information content of the control and to expand the class of controlled materials.
Возбуждение в контролируемых образцах акустических колебаний обес- Excitation in controlled samples of acoustic oscillations is
печивает их внутренний нагрев за счет диссипативных потерь. При этом механические колебани изделий из пьезо- электриков (например, из пьезокера- мики) возбуждают переменным электрическим полем, а в издели х, не обла- . дающих пьезоэлектрическими свойствами , - посредством внешних источников колебаний, в качестве которых можно использовать, например, электромеханические преобразователи. Возможность контрол изделий из диэлектриков , не обладающих пьезоэлектричес4 bakes their internal heating due to dissipative losses. At the same time, mechanical oscillations of products from piezoelectric materials (for example, from piezoceramics) are excited by an alternating electric field, while in products that are not around. giving piezoelectric properties, - by means of external sources of oscillation, which can be used, for example, electromechanical transducers. The ability to control products from dielectrics that do not have piezoelectric 4
4ъ4b
слcl
соwith
к ими свойствами, расшир ет класс контролируемых материалов. Согласно процедуре контрол обычно контролируютс образцы, свободно лежащие на ка- кой-либо поверхности. При этом реализуютс такие граничные услови , при которых в образцах могут возбуждатьс только нечетные моды собственных колебаний.to their properties, extends the class of controlled materials. According to the control procedure, samples that lie on any surface are usually monitored. In this case, such boundary conditions are realized under which only odd natural oscillation modes can be excited in samples.
Возбуждение в контролируемом изделии акустических колебаний на собственных нечетных модах выше первой обеспечивает более детальный и более информативный контроль. Вследствие меньшей величины длины волны на собственных модах выше первой по сравнению с длиной волны на первой моде пучности и узлы распределени механических напр жений в установившей- с системе сто чих волн расположены в контролируемом образце чаще, чем при колебани х на первой моде. Вследствие этого уменьшаетс шаг проверки 1 и растет веро тность обнаружени дефектов.The excitation in a controlled product of acoustic oscillations on its own odd modes above the first provides a more detailed and more informative control. Due to the smaller wavelength on the eigenmodes higher than the first compared with the wavelength on the first mode, the antinodes and the distribution nodes of the mechanical stresses in the steady-state system of standing waves are located in the controlled sample more often than with oscillations in the first mode. As a consequence, the verification step 1 is reduced and the probability of detecting defects increases.
Осуществление контрол последовательно на несколько высших модах обеспечивает увеличение достоверное- .ти, так как с повышением номера моды уменьшаетс шаг проверки и, кроме того, измен етс пространственное расположение пучностей и узлов распределени механических напр жений в - объеме материала контролируемого из- v дели , за счет чего ликвидируютс мертвые зоны проверки. При обнаружении дефектов в образце, возбужденном на какой-либо моде, необходимость его контрол на более высоких модах, естественно, отпадает.The implementation of the control successively at several higher modes provides an increase in reliableness, since with an increase in the mode number, the verification step decreases and, moreover, the spatial arrangement of the antinodes and mechanical stress distribution nodes in the volume of the material under control is changed. account of which dead zones are eliminated. If defects are detected in a sample excited on a particular mode, the need for its control on higher modes naturally disappears.
Оценка качества издели по наличию отклонений параметров температурного распределени на поверхности образца от температурного распредеге- ни , установленного дл образцов,. имеющих однородную структуру материала , обеспечивает обнаружение дефектов в виде нарушени сплошности материала издели (раковины, трещины,инородные включени , расслоени и т.д.) и неоднородности структуры материала бездефектного издели , вызванной самопроизвольными отклонени ми местных значений электромеханических параметров (диэлектрическа проницаемость, тангенс диэлектрических потерь, механическа добротность, плотность, коEvaluation of the product quality by the presence of deviations of the temperature distribution parameters on the sample surface from the temperature distribution set for the samples. having a uniform material structure, provides detection of defects in the form of discontinuity of the product material (sinks, cracks, foreign inclusions, delamination, etc.) and heterogeneity of the material structure of the defect-free product caused by spontaneous deviations of local values of electromechanical parameters (dielectric constant, dielectric tangents losses, mechanical quality, density,
5 0 5 5 0 5
о about
5five
00
5five
эффициент электромеханической св зи и т.д.) в объеме вещества издели .the effect of electromechanical communication, etc.) in the volume of the substance of the product.
Как показали исследовани , издели с однородной структурой материала и не имеющие других дефектов,колеблютс в соответствии с возбуждаемой модой, и распределение температуры их на поверхности подобно задаваемой моде. В случа х контрол изделий из диэлектрических материалов, имеющих правильную геометрическую форму (пластины, диски, кольца, стержни, цилиндры и т.п.), распределение температуры на поверхности однородного образца может быть рассчитано теоретически. Показано также , что при отсутствии в издели х дефектов типа нарушени сплошности вещества, распределение температуры на поверхности некоторых образцов не соответствует температурному распределению задаваемой моды. Такие образцы не обеспечивают заданных рабочих характеристик, например, имеют пониженный ресурс работы, т.е. выдерживают меньше циклов колебаний, чем образцы, имеющие однородную структуру. Таким образом, предлагаемый способ оценки качества изделий по наличию отклонений параметров температурного распределени образца от температурного распределени , установленного дл образцов, имеющих однородную структуру материала, повышает информативность, достоверность и чувствительность контрол .Studies have shown that products with a uniform material structure and no other defects, fluctuate in accordance with the mode being excited, and their temperature distribution on the surface is similar to the mode being set. In the case of testing products made of dielectric materials with a regular geometric shape (plates, disks, rings, rods, cylinders, etc.), the temperature distribution on the surface of a homogeneous sample can be calculated theoretically. It was also shown that in the absence of defects in the products such as discontinuity of the substance, the temperature distribution on the surface of some samples does not correspond to the temperature distribution of the specified mode. Such samples do not provide the specified performance, for example, they have a reduced service life, i.e. maintain less cycles of oscillations than samples with a homogeneous structure. Thus, the proposed method of assessing the quality of products by the presence of deviations of the parameters of the temperature distribution of the sample from the temperature distribution established for samples with a uniform material structure increases the information content, reliability and sensitivity of the control.
На фиг. 1 представлена схема устройства дл осуществлени способа неразрушающего контрол изделий из диэлектрических материалов; на фиг. 2 - распределение температур по поверхности издели , совершающего колебани на первой (п 1) моде собственных колебаний; на фиг. 3 - то же, на третьей (п 3) моде собственных колебаний (сплошна крива - образец имеет однородную структуру материала, пунктирна крива - образец , материал которого имеет неоднородность структуры); на фиг. 4 - то же, на п той (п 5) моде собственных колебаний; на фиг. 5 - то же, на третьей моде собственных колебаний при наличии в изделии дефекта типа разрыва сплошности среды.FIG. 1 shows a diagram of an apparatus for carrying out a method of non-destructive testing of articles made of dielectric materials; in fig. 2 - temperature distribution over the surface of the product oscillating in the first (n 1) mode of natural oscillations; in fig. 3 - the same, on the third (p 3) mode of natural oscillations (full curve - the sample has a uniform material structure, the dotted curve is a sample, the material of which has a heterogeneous structure); in fig. 4 - the same, on the fifth (n 5) mode of natural oscillations; in fig. 5 - the same, on the third mode of natural oscillations in the presence of a defect in the product such as a discontinuity of the medium continuity.
Устройство дл осуществлени предлагаемого способа содержит контролируемое изделие 1, закрепленное дер514A device for carrying out the method of the present invention contains a controlled article 1, fastened der 514
жателем (не показан), средство наблюдени и регистрации температурного распределени на поверхности 2 издели 1, например тепловизор или устройство с термочувствительной , жидкокристаллической пленкой (не показано ) , внешний источник - возбудитель в контролируемом изделии 1 акустических колебаний, возбуждаемых в направлении 3 (вдоль оси х), например электромеханический преобразователь (не показан). При контроле образцов из пьезоактивных материалов акустические колебани образца могут возбуждатьс переменным электрическим полем от генератора электрических колебаний.a device (not shown), a means of monitoring and recording the temperature distribution on the surface 2 of the product 1, for example, a thermal imager or a device with a heat-sensitive liquid crystal film (not shown), an external source - the causative agent in the controlled product 1 of acoustic oscillations excited in the direction 3 (along the axis x), for example, an electromechanical transducer (not shown). When testing samples from piezo-active materials, acoustic oscillations of the sample can be excited by an alternating electric field from an electrical oscillator.
Пример. В исследуемом образце 1 (фиг. 1) возбуждают колебани на нечетных собственных модах с ноExample. In sample 1 under study (Fig. 1), oscillations are excited on odd eigenmodes with
мерами п выше первой, а затем регистрируют температурное распределение Т(х,у) на поверхности 2 образца, параллельной направлению 3 колебаний . Вид распределени Т(х,у,) зависит от геометрии испытуемого образца . Так, в данном примере издели в виде пластин, изготовленных из однородного материала, имеют температурные распределени Т(х,у) на первых трех нечетных модах, показанные на фиг. 2-4. Локальные значени температур в распределении Т(х,у) пропорциональны механическому напр жению в материале возбуждаемого образца . Следовательно, максимумам температуры соответствует максимумы механического напр жени в образце. При увеличении номера моды колебаний (фиг. 2-4) уменьшаетс рассто ние между соседними зонами материала, подвергающимис усиленному механическому воздействию, за счет чего обеспечиваетс более детальное обследование объема материала испытуемого издели . Если сравнить распределени Т(х,у) на третьей (фиг. 3) и п той (фиг. 4) модах, то легко заметить , что максимумы Т(х,у) при попадают в районы минимумов распределени Т(х,у) при п 3. Таким образом , последовательный контроль изделий на третьей, а затем на п той модах ликвидирует мертвые зоны и повышает достоверность контрол .measures n above the first, and then register the temperature distribution T (x, y) on the surface 2 of the sample, parallel to the direction of 3 oscillations. The type of distribution T (x, y,) depends on the geometry of the test sample. Thus, in this example, the products in the form of plates made of a homogeneous material have temperature distributions T (x, y) in the first three odd modes shown in FIG. 2-4. The local temperatures in the distribution T (x, y) are proportional to the mechanical stress in the material of the sample being excited. Consequently, the maxima of temperature correspond to the maxima of the mechanical stress in the sample. Increasing the number of the vibration mode (Fig. 2-4) decreases the distance between adjacent zones of the material exposed to increased mechanical stress, thereby providing a more detailed examination of the material volume of the test product. If we compare the distributions of T (x, y) in the third (Fig. 3) and fifth (Fig. 4) modes, it is easy to see that the T (x, y) maximums fall in the areas of the T (x, y) distribution minima with n 3. Thus, the sequential control of products at the third, and then at the fifth modes eliminates dead zones and increases the reliability of the control.
Если при контроле образца на фоне стандартного распределени Т(х,у) характерного дл данной моды колеба 5 If, when testing a sample against the background of the standard distribution T (x, y), the oscillation characteristic of this mode is 5
00
5five
00
пературы (см., например, пик на фиг. 5), то в материале издели имеет место дефект типа разрыва сплошности среды, и образец должен быть отбракован . Производить контроль такого образца на более высоких модах колебаний нецелесообразно.perimeter (see, for example, the peak in Fig. 5), then a defect such as a discontinuity of the medium takes place in the material of the product, and the sample must be rejected. It is impractical to control such a sample at higher oscillation modes.
При контроле образцов, не имеющих дефектов, о неоднородности внутренней структуры их материалов у-ожно дить по отклонению параметров температурного распределени на поверхности образца от температурного распределени , установленного дл образцов, имеющих однородную структуру. Так,на фиг. 3 сплошной кривой показаноWhen inspecting samples without defects, the heterogeneity of the internal structure of their materials can be determined by the deviation of the temperature distribution parameters on the sample surface from the temperature distribution established for samples that have a uniform structure. Thus, in FIG. 3 solid curve is shown
стан- о дартное температурное распределение,standard temperature distribution,
а пунктирной кривой - распределение температур на поверхности образца с неоднородной структурой материала. Если параметры температурного распределени контролируемого образца отли5 чаютс от стандартного распределени Т(х,у) на моде с номером п 1, то образец должен быть отбракован, В случае, когда параметры температурного распределени образца, возбуж0 денного на моде п -1 , соответствуют стандартному распределению Т(х,у), контроль необходимо повторить на моде с номером п + 2. Если и в этом случае параметры температурного распределени образца соответствуют г стандартному распределению Т(х,у), то образец следует признать качественным .and the dotted curve is the temperature distribution on the surface of the sample with a non-uniform material structure. If the temperature distribution parameters of the sample being monitored are different from the standard distribution T (x, y) on mode n 1, then the sample should be rejected. In the case where the temperature distribution parameters of the sample excited on mode n -1 correspond to the standard distribution T (x, y), the control must be repeated on the mode with the number n + 2. If in this case, too, the parameters of the temperature distribution of the sample correspond to the standard distribution T (x, y), then the sample should be considered qualitative.
0 При массовом промышленном производстве и контроле изделий из диэлектриков основной целью контрол вл етс отбраковка дефектных изделий , как правило, без идентификации и локализации дефектов, так как ремонт дефектных изделий из диэлектрических материалов технически и экономически нецелесообразен. Так, при контроле пьезокерамических элементов составных элeктpoaкvcтичecкиx пьезопреобразователей дефектные пье- зоэлементы технически и экономически целесообразно отбраковывать без последующего их ремонта, в результате0 In mass industrial production and control of products made of dielectrics, the main purpose of control is the rejection of defective products, as a rule, without identifying and localizing defects, since the repair of defective products made of dielectric materials is technically and economically impractical. So, when controlling the piezoceramic elements of composite electric piezoelectric transducers, it is technically and economically feasible to reject defective piezoelectric elements to reject them without subsequent repair.
е чего отпадает надобность в идентификации и локализации дефектов. Попадание дефектного пьезоэлемента в составной электроакустический пьезо- преобразователь вывод т из стро весьthere is no need to identify and localize defects. Hitting a defective piezoelectric element in a composite electroacoustic piezoelectric transducer removes all of the
5five
пьезопреобразователь, содержащий несколько пьезоэлементов. Пьезопреобра- зователь в этом случае также не ремонтируетс , а отбраковываетс .piezoelectric transducer containing several piezoelectric elements. In this case, the piezo transducer is also not repaired, but rejected.
Предлагаемый способ неразрушающего контрол изделий из диэлектрических материалов по сравнению с известными обладает более высокой информативностью , достоверностью и чувствительностью контрол вследствие его осуществлени на высоких модах собственных колебаний образца, что обеспечивает более детальный контроль, а также контроль как по дефектам, св занным с нарушением сплошности материала издели (раковины, трещины и т.д.), так и по неоднородности структуры материала издели . Кроме того, способ обладает большей универсальностью контрол , вырыжающейс в возможности контрол изделий как из пол ризованных , так и непол ризованных диэлектриков, обеспечивает возможность контрол изделий до проведени ойераций металлизации и пол ризации , что снижает трудоемкость изготовлени изделий и позвол ет экономить драгоценный металл - серебро.The proposed method of non-destructive testing of products made of dielectric materials in comparison with the known ones has a higher information content, reliability and sensitivity of control due to its implementation in high modes of natural oscillations of the sample, which provides more detailed control, as well as control of defects related to discontinuity of the material products (sinks, cracks, etc.), and the heterogeneity of the structure of the material of the product. In addition, the method has greater versatility of control, arising from the ability to control products from both polarized and unpolarized dielectrics, provides the ability to control products before carrying out oration of metallization and polarization, which reduces the complexity of manufacturing products and saves precious metal - silver .
00
5five
указанные технические преимущества предлагаемого способа создают изобретению положительный технический эффект , а с учетом крупносерийного1 изготовлени промышленностью изделий из диэлектрических материалов - и большой экономический эфффект.The indicated technical advantages of the proposed method create a positive technical effect for the invention, and taking into account the large-scale production of products made of dielectric materials by the industry, a large economic effect.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU874298984A SU1474531A1 (en) | 1987-08-24 | 1987-08-24 | Method of non-destructive inspection of articles made of dielectric materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU874298984A SU1474531A1 (en) | 1987-08-24 | 1987-08-24 | Method of non-destructive inspection of articles made of dielectric materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1474531A1 true SU1474531A1 (en) | 1989-04-23 |
Family
ID=21325048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU874298984A SU1474531A1 (en) | 1987-08-24 | 1987-08-24 | Method of non-destructive inspection of articles made of dielectric materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1474531A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10052631C1 (en) * | 2000-10-24 | 2002-04-04 | Bosch Gmbh Robert | Testing device for piezo active material uses application of electric and/or magnetic field with detection of temperature variation |
-
1987
- 1987-08-24 SU SU874298984A patent/SU1474531A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР № 783667, кл. G 01 N 25/72, 1975. Пол нкин А.Н. и др. Вы вление дефектов пьезокерамических излучателей ультразвука при помощи тепловизора. - Дефектоскопи , 1982, № 5, с. 91-93. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10052631C1 (en) * | 2000-10-24 | 2002-04-04 | Bosch Gmbh Robert | Testing device for piezo active material uses application of electric and/or magnetic field with detection of temperature variation |
| US7025499B2 (en) | 2000-10-24 | 2006-04-11 | Robert Bosch Gmbh | Device for testing a material that changes shape when an electric and/or magnetic field is applied |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5495763A (en) | Method for resonant measurement | |
| Turner et al. | Materials for high temperature acoustic and vibration sensors: A review | |
| US11573192B2 (en) | Enhanced guided wave thermography inspection systems and methods of using the same | |
| Reece et al. | Observation of 4× 10-17 cm harmonic displacement using a 10 GHz superconducting parametric converter | |
| SU1474531A1 (en) | Method of non-destructive inspection of articles made of dielectric materials | |
| US5952576A (en) | Concurrent RUS measurements using multiple frequencies | |
| US3756070A (en) | Ultrasonic inspection device | |
| Johnson et al. | Nonlinear resonant acoustic detection of cracks in multilayer ceramic capacitors | |
| JP2010249629A (en) | Nondestructive inspection device for solid oxide fuel cell | |
| SU1642348A1 (en) | Method of nondestructive testing of dielectric products | |
| Hirose et al. | Acoustic emission in ceramic actuators | |
| Omote et al. | Shear piezoelectric properties of vinylidene fluoride trifluoroethylene copolymer, and its application to transverse ultrasonic transducers | |
| SU1725101A1 (en) | Method of non-destructive inspection of articles | |
| Johnson et al. | Nonlinear acoustic effects in multilayer ceramic capacitors | |
| US3481185A (en) | Core testing | |
| Hirakawa et al. | 1J1-4 Sol-gel composite Film Measurement by Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy | |
| JP4691782B2 (en) | Defect detection method for piezoelectric resonance element | |
| US3643494A (en) | A nondestructive measuring system | |
| Morikawa et al. | Monitoring surface breaking defects with piezoelectric active systems | |
| Redwood | Coupling between two modes of vibration in a piezoelectric resonator | |
| Bemis et al. | Nondestructive evaluation of thermally shocked silicon carbide by impact-acoustic resonance | |
| SU1201750A1 (en) | Flaw detection device for piezoceramic transducers | |
| SU1244583A1 (en) | Method of checking articles | |
| SU864117A1 (en) | Ultrasonic method of flaw detection in polycrystalline materials | |
| Kang | Excitation method for thermosonic non-destructive testing |