SU1728781A1 - Способ контрол пьезокерамических преобразователей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к приборостроению , в частности к способам неразрушающего контрол  пьезокерамичёских преобразователей. Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности контрол  за счет учета информации о всей совокупности упругопьезодиэлектрических параметров контролируемого и эталонного преобразователей. С помощью генератора 1 возбуждают эталонный и контролируемый преобразователи 2 и 3 электрическим белым шумом. Шумовые сигналы отклика преобразователей 2 и 3 подаютс  в блок 4 измерени  первых двух отсчетов их нормированных функций автокоррел ции. С выхода блока 4 сигнал поступает в блок 5, где производитс  определение коэффициентов авторегрессии двух первых отсчетов нормированной автокоррел ционной функции. Затем в блоке 6 провод тс  определенные математические операции над полученными коэффициентами. В блоке 7 принимаетс  окончательное решение о качестве контролируемого преобразовател  3 путем сравнени  полученной величины с критическим значением, заданным в пороговом устройстве 8. 1 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к приборостроению , в частности к способам неразрушающего контрол  пьезокерамических преобразователей, и может быть использовано при определении дефектов в активных элементах и блоках пьезокерамических преобразователей .

Известен способ дефектоскопии пьезокерамических преобразователей, заключающийс  в том, что в контролируемом пьезокерамическом преобразователе возбуждают механические колебани  переменным электрическим полем двух частот в области резонанса частотной характеристики пьезокерамического преобразовател , измер ют амплитуду механических колебаний на резонансной частоте, а о качестве пьезопреобразовател  суд т, сравнива  амплитуду этой резонансной гармоники с эталонным значением (значением, измерен- ным на эталонном образце).

Основным недостатком этого способа контрол  пьезопреобразователей  вл етс  низка  точность и достоверность, так как в способе предлагаетс  контролировать мно- горезонансную колебательную систему (какой и  вл етс  пьезопреобразователь) с помощью только одной резонансной гармоники , уровень которой мало чувствителен к наличию в контролируемом пьезопреобра- зователе дефектов различного характера. К недостаткам следует также отнести неопределенность и неоднозначность в выборе оп- тимальных частот возбуждающего электрического пол , поскольку контроли- руемые преобразователи имеют разброс резонансных частот, и отсутствие однозначной физической интерпретации уровн  разностной гармоники и его св зь с параметрами контролируемого преобразо- вател .

Известен также способ контрол  пьезокерамических преобразователей, заключающийс  в том, что в контролируемом преобразователе возбуждают свободные колебани  импульсным электрическим полем , регистрируют эти свободные затухающие колебани  и по форме их огибающей по сравнению с эталонной суд т о целостности активного пьезоэлемента.

Основными недостатками данного способа  вл ютс  низка  точность и достоверность контрол , св занна  с тем, что при таком контроле преобразователей анализируютс  лишь амплитуда затухающих про- цессов и общее врем  затухани  и принципиально невозможно проанализировать тонкую структуру свободных колебаний, содержащую наибольшую информацию о качестве и параметрах контролируемых

пьезокерамических преобразователей, определ ющих их качество. Это ведет к потере полезной информации и снижает точность и достоверность контрол , Кроме того, к недостаткам также следует отнести большую длительность контрольно-измерительных операций.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ контрол  пьезокерамических преобразователей, в одновременном возбуждении контролируемого и эталонного пьезокерамических преобразователей белым электрическим шумом с частотным диапазоном от 0,1 fp до 10 fp, где fp - основна  резонансна  частота контролируемого преобразовател , причем определение степени идентичности эталонного и контролируемого преобразователей осуществл ют по максимуму коэффициента взаимной коррел ции шумовых откликов этих преобразователей .

Недостатком известного способа  вл етс  его недостаточно высока  достоверность контрол  вследствие того, что решение об идентичности контролируемого преобразовател  по одному информативному признаку, который интегрально учитывает наличие в нем различных дефектов, привод щих к изменению (по сравнению с эталонным) в основном его модул  упругости . Кроме того, техническа  реализаци  известного способа затруднительна в св зи с тем, что предполагает необходимость создани  двухканального устройства, сигналы в котором должны быть статистически зависимы и иметь гальваническую разв зку.

Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности контрол .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу контрол  пьезокерамического преобразовател  возбуждают эталонный и контролируемый преобразователи электрическим белым шумом с частотным диапазоном от 0,1 трдо 10fp. где fp-частота основного резонанса эталонного преобразовател , измер ют параметры сигналов отклика преобразователей и с их помощью определ ют качество контролируемого преобразовател , в качестве измер емых параметров используют коэффициенты авторегрессии двух первых отсчетов нормированных автокоррел ционных функций сигналов отклика преобразователей, а качество контролируемого преобразовател  определ ют по величине

R -J(ai-ai)2 + (a2-a2)2,

где ai, 32 - коэффициенты авторегрессии двух первых отсчетов нормированной автокоррел ционной функции сигнала отклика контролируемого преобразовател ;

ai, 32 - коэффициенты авторегрессии двух первых отсчетов нормированной автокоррел ционной функции сигнала отклика эталонного преобразовател .

Шумовые отклики на выходе эталонного и контролируемого преобразователей характеризуютс  своими статистическими характеристиками , которые, в свою очередь, определ ютс  упругопьезодиэлектрически- ми параметрами и техническим состо нием преобразователей.

При возбуждении преобразователей белым электрическим шумом их шумовые отклики представл ют собой стационарный случайный процесс. Возможен различный подход к оценке статистических характеристик этих откликов. В известном способе оценивалось значение функции взаимной коррел ции шумовых откликов эталонного и контролируемого преобразователей при нулевом временном сдвиге, которое выражаетс  через неидентичность их модулей упругости. При этом имелась возможность оценивать неидентичность преобразователей по модул м упругости и наличию в них таких дефектов, которые могут привести к изменению в основном их упругих свойств. .

При оценке статистических характеристик шумовых откликов преобразователей с помощью модели авторегрессии достаточно использовать только два первых отсчета ,/52 нормированной автокоррел ционной функции (НАКФ) дл  определени  коэффициентов авторегрессии преобразовател 

Р1 (1 Pi}-Р2-/3

Я , aiп

1 -р

Коэффициенты авторегрессии определ ютс , в свою очередь, всеми параметрами , характеризующими колебательную систему преобразовател  р./ус

ut 2-е-С05

ai

0)

V

p-ut

асГ-е где m - масса пьезопреобразовател ;

С - гибкость пьезопреобразовател ;

г-сопротивление внутреннего в зкого трени ;

At - временной сдвиг между отсчетами нормированной автокоррел ционной функции откликов преобразователей.

Таким образом, использу  только два первых отсчета НАКФ, имеетс  возможность определени  коэффициентов авторегрессии ai, аа, содержащих информацию о

всей совокупности упругопьезоэлектриче- ских параметров контролируемого и эталонного преобразователей.

Дл  оценки идентичности контролируемого и эталонного преобразователей одновременно по двум признакам, какими  вл ютс  коэффициенты авторегрессии ai и 32, значени  этих коэффициентов рассматриваютс  как координаты двухмерных векторов , рассто ние R между которыми,  вл  сь мерой близости этих векторов, позвол ет контролировать идентичность пье- зопреобразователей и вычисл етс  по формуле

.

R

2 (a(-ai)2

-J(ai-ai)2 + (a2-a2)2. .(3)

20 Далее прин тие решени  о наличии дефектов в контролируемом преобразователе осуществл етс  путем сравнени  величины заранее экспериментально установленного порогового значени  RO и значени  R, еоот25 ветствующего конкретному контролируемому преобразователю. Пороговое значение RO  вл етс  статистическим значением и определ етс  на основании экспериментальных данных дл  данной партии преобразоЗо вателей. Значение RO может измен тьс  в зависимости от статистических свойств результатов измерений и уровн  требуемой достоверности безошибочного контрол . Авторегрессионный анализ в совокуп35 ности с другими операци ми, например, ис- пользуетс дл определени 

допплеровского смещени  в радиолокационных сигналах. В данной задаче авторегрессионный анализ в совокупности с

2JQ другими операци ми примен етс  дл  получени  оценок спектральных плотностей ра- диолокационных сигналов с целью определени  скорости и направлени  движени  цели.

45 В известных технических решени х авторегрессионный анализ используетс  дл  определени  статистических св зей между случайными величинами, а в за вл емом способе с его помощью провод т оценку

50 идентичности пьезопреобразователей .одновременно по всему комплексу упругопье- зодиэлектрических . параметров, обусловливающих характеристики колебательной системы преобразовател , что в со55 четании с методикой вынесени  решени  о наличии дефектов в преобразователе одновременно по двум интегральным коэффициентам ai, 32 позвол ет повысить . достоверность контрол .

На чертеже представлена структурна  схема, реализующа  за вл емый способ.

Способ контрол  пьезокерамических преобразователей осуществл етс  следующим образом.

С помощью генератора 1 белого элект- .рического шума с диапазоном частот от 0,1 fp до 10 fp, где fp - частота основного резонанса эталонного преобразовател , возбуждают последовательно в эталонном 2 и контролируемом 3 преобразовател х за счет обратного пьезоэффекта упругое шумовое поле. Прохождение и отражение каждой из гармоник упругого шумового пол  в материале преобразовател  зависит от конструкции преобразовател , наличи  в нем различных дефектов, изменени  упругих и электрофизических параметров преобразовател . Далее результат суммарного взаимодействи  этих гармоник из-за пр мого пьезоэффекта преобразуетс  на выходе преобразователей в шумовой сигнал отклика . Этот шумовой отклик  вл етс  информативно насыщенным, поскольку имеет большой набор гармонических составл ющих (часть из них будет подавлена из-за узкополосности частотной характеристики пьезопреобразовател ), и в нем в виде значений статистических характеристик содержитс  информаци  о наличии дефектов в контролируемом пьезокерамическом преобразователе .

Шумовые отклики эталонного и контролируемого преобразователей последовательно подаютс  в блоки измерени  первых двух отсчетов их НАКФ,.где производитс  измерение двух отсчетов НАКФрт и pi шумовых откликов эталонного и контролируемого преобразователей. В качестве блока измерени  отсчетов НАКФ может быть использован , например, коррелометр типа Х6- 8. Причем частота выборки fe отсчетов определ етс  частотой основного резонанса fp контролируемого преобразовател  и должна быть не менее 20 fp. Така  степень дискретизации определ етс  теоремой Ко- тельникова исход  из верхней частоты возбуждающего шумового сигнала, равной 10 fp. Временной сдвиг между отдельными отсчетами определ етс  частотой выборки и должен быть не менее 1 /fp. При этом значение нулевого отсчета РО (соответствующее нулевому временному сдвигу при оценке НАКФ) всегда будет равно единице.

Значени  двух отсчетов НАКФ pi л р% последовательно дл  шумовых откликов эталонного и контролируемого преобразователей далее поступают в блок 5 определени  коэффициента авторегрессии, где

производитс  определение коэффициентов авторегрессии шумовых откликов последовательно дл  эталонного ai, 32 и контролируемого at, 32 преобразователей. Определение коэффициентов авторегрессии осуществл етс  в блоке 5 в соответствии с выражением (1).

При этом дл  определени  коэффициентов авторегрессии ai, aa используетс  от0 счеты НАКФ шумового отклика эталонного преобразовател , а при определении коэффициентов авторегрессии ai, 32 - отсчеты НАКФ шумового отклика контролируемого преобразовател . Учитыва  последователь5 ную схему контрол , определение значений ai, 32 дл  эталонного преобразовател  производитс  однократно и далее используетс  в процессе контрол  преобразователей дл  всей партии. Таким образом, на выходе

0 блока 5 формируютс  два вектора коэффициентов авторегрессии: {ai, - вектор значений, соответствующий эталонному преобразователю и {аь 32} - вектор значений , соответствующий контролируемому

5 преобразователю. В блоке 6 определени  рассто ни  между векторами определ етс  величина R в соответствии с вырэжением(3). Вырэжение(3) геометрически предстэвл ет собой рассто ние между двум  векторами

0 на плоскости.Таким образом, значение рассто ни  R определ ет меру близости двух векторов.

Далее в блоке 7 вынесени  решени  о наличии дефектов устанэвливаетс  наличие

5 дефектов в контролируемом преобразователе по превышению измеренного значени  величины R заданного порогового значени  RO, формируемого пороговым устройством 8. Причем дл  каждой партии преобразова0 телей в зависимости от составз эктивного материалз, типа колебательной системы и ее назначени  априорно устэнавливают максимэльно допустимое.пороговое значение RO, при котором контролируемый преоб5 разователь может соответствовать эталонному и характеризоватьс  отсутствием в нем дефектов. Если в процессе контрол  измеренное значение R RO, то контролируемый преобразователь соответ0 ствует эталон ному, в нем нет дефектов, если R RO, то контролируемый преобразователь признаетс  дефектным.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ контрол  пьезокерамич еских

   5 преобразователей, заключающийс  в том, что возбуждают эталонный и контролируемый преобразователи электрическим белым шумом с частотным диапазоном от 0,1 fp до 10 fp, где fp - частота основного резонанса эталонного преобразовател , измер ют параметры сигналов отклика преобразователей и с их помощью определ ют качество контролируемого преобразовател , отл и- чающийс  тем, что, с целью повышени  достоверности контрол , в качестве измер емых параметров используют коэффициенты авторегрессии двух первых отсчетов нормированных автокоррел ционных функций сигналов отклика преобразователей, а качество контролируемого преобразовател  определ ют по величине R

   R (ai-ai)2 + (a2-a2)2, где ai, 32 - коэффициенты авторегрессии двух первых отсчетов нормированной автокоррел ционной функции сигнала отклика контролируемого преобразовател ;

   - коэффициенты авторегрессии двух первых отсчетов нормированной автокоррел ционной функции сигнала отклика эталонного преобразовател .