SU708216A1 - Способ определени коэффициента механического демпфировани пьезоэлектрического преобразовател - Google Patents

Description

Изобретение относится к облести испытаний пьезоэлектрических преобразователей и может найти применение в гидроакустике и дефектоскопии.

Известен способ определения степени механического демпфирования ультразвуковых пьезопреобразователей путем определения акустического сопротивления демпфирующей массы пьезопластинки [1].

Недостатком этого способа является низкая точность определения полного акустического сопротивления демпфера в зависимости от весовой концентрации наполнителя демпфирующей массы.

Наиболее близким по технической сущ- _ί5 ности к изобретению является способ определения степени механического демпфирования ультразвуковых пьезопреобразователей при помощи определения волнового акустического сопротивления механи- 20 ческого демпфера [2]

В этом случае также низка точность определения коэффициента механического демпфирования из-за того, что не учи2 тываотся влияние механического и электрического контактов на степень демпфирования, а также нет возможности контролировать эффективность механического демпфирования пьезопластинок в искательных головках ультразвуковых дефектоскопов, толщиномеров, медицинских диагностических аппаратов и т. д. (коэффициентом механического демпфирования К называется отношение волновых акустических сопротивлений пьезо.материала Zq и демпфера 7^ , т. с. = Z_o /7^ )· Целью предложенного способа является повышение точности измерения коэффициента мехашТческого демпфирования ультразвуковых пьезопреобразователей.

Поставленная цель достигается тем, что по предлагаемому способу определяют коэффициент передачи преобразователя в режиме приема на антирезонансной частоте при компенсации емкости преобразователя, равной емкости зажатой пьезопластинки, и без компенсации, а коэффи циент демпфирования определяют из выра^квиия: „ ^{к Z}* ^Ki⁼ ъ^Kt %’ΊΓ' где k,j - коэффициент демпфирования,

- коэффициент электромеханической связи пьезоматериала _f

К - коэффициент передачи при компенсации,

Κθ — коэффициент передачи без ком-ю пенсации,

7₀ - волновое сопротивление пьезоматериала, ^2“ волновое 'сопротивление среды. 15

Способ позволяет учитывать влияние механического и электрического контактов демпфера на коэффициент механического демпфирования ультразвукового пьезопреобразователя, т. е. повысить точность ₂0 контроля коэффициента механического демпфирования датчиков ультразвуковых контропыю-*-измерительных приборов, в которых применяются демпфер с порошковым наполнителем (например эпоксидная 25 Ьмола с вольфрамом) или профилированный демпфер.

г Пример осуществления способа: из генератора. электрических сигналов ГЗ-41 подают радиоимпульсы, частота заполне- 30 ния которых равна частоте антирезонанса исследуемого преобразователя, на широкополосный пьезоизлучатель (частотный диапазон 0,1-10 МГц). Излучаемые ультра: звуковые сигналы принимаются исследуе- 35 (мым пьезопреобразователем· Коэффициент (передачи пьезоприемника без переходного слоя при полной компенсации емкости зажатой пьезопластинки С_о, т. е. когда параллельно пьезопластинке и входу инди- 40 катора напряжения подключается индуктивность L , величина которой подбирается исходя из условий CU_OL> = Ί |ии_оСо> (Μ3₀-2ίε£₀ ,ϊο ·'“ антирезонансная частота пьезопреобразователя), выражается: 45

где е - пьезоэлектрическая постоянная,

- толщина пьезопластинки, Амплитуда сигнала ГЦ на выходе пьезоприемника регистрируется при помощи индикатора.

При подключении пьезопреобразователя непосредственно к входу индикатора напряжения коэффициент передачи электри- ₅₅ чески ненагруженного пьезоприемника выражается:

^ко^х ωθηζ,+ζρ’ где £ - диэлектрическая проницаемость fпьезоэлектрической пластинки при постоянной деформации, Z₂ - волновое акустическое сопротивление рабочей среды. Сигнал на выходе пьезоприемника Uz в этом случае соответствует коэффициенту передачи электрически ненагруженного пьезоприемника. Необходимо отметить, что соотношение амплитуд электрических сигналов на выходе пьезоприемника соответствует соотношению коэффициентов передачи исследуемого пьезопреобразователя в режимах приема, т. е.К^-lKp-U^ IU2.· Соотношение коэффициентов передачи пьезопреобразователя в первом и во втором где случаях выражается:

^Kn к_о - 4K_t ’

Z, ' ^К2° Z_o .

- коэффициент электромеханической связи.

Из соотношения амплитудных значений, принятых в первом и во втором случаях сигналов, определяют коэффициент механического демпфирования ультразвуковых пьезопреобразователей:

К_п

Если в качестве рабочей среды применяется вода и измеряется К4 керами-, ческих (ЦТС-19) пьезопреобразователей , (К·^. - 0,45), то Kg- 0,05. В этом' случае ..

^ = 0,81-^-0,05/

Из этого следует, что индикатор, подключенный к выходу измерителя отношений электрических сигналов СЦ I U2 , регистрирует окончательный результат, т. е., коэффициент механического демпфирования пьезопреобразователя.

Claims (2)

1. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНМЯ КОЭФФИИНЕНТА Д ЕХАНИЧЕСКОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 7 циент демпфировани  определ ют из вьфажени : ., A..llL 1Г -t К О -о К - коэффициент д емпфиро вани , коэффициент электромеханической св зи пьезоматериала J коэффи1шеНт передачи при компенсации, | - коэффициент передачи без ком пенсации, Zo волновое сопротивление пьезоматериал а, волновое сопротивление среды . Способ позвол ет учитывать вли ние механического и электрического контактов демпфера на коэффициент механического демпфировани  ультразвукового пьезопреобразовател , т. е. повысить точность контрол  коэффициента механического демпфировани  датчиков ультразвуковых контрольно- -измеритвльных приборов, в Которых примен ютс  демпфер с порошковым наполнителем (например эпоксидна  Ьмола с вольфрамом) или проф1шированный демпфер. I Пример осуществлени  способа: из гв;нератора . электрических сигналов ГЗ-41 подают радиоимпульсы, частота ааполнеки  которых равна частоте антирезонанса исследуемого преобразовател , на широко . :полосный пьезоизлучатель (частотный диа :пазон О,1-10 МГц). Излучаемые ультра|звуковые сигналы принимаютс  исследуеiMbiM пьезопреобразователем. Коэффициент :пёредачи пьезоприемника без переходного опо  при полной компенсации емкости зажатой пьезопластинки ,, т. е. когда параллельно пьезопластинке и входу инди катора напр жени  подключаетс  индуктивность U , величина которой подбираетс  исход  из условий (Л)п-2К(., ,f., - антирезонансна  часто та пьезопреобразовател ), выражаетс : - -i- - п Г где е - пьезоэлектрическа  посто нна , Е - толщина пьезопластинки, Амплиту да сигнала И на выходе пьезоприемника регистрируетс  при помощи индикатора. При подключении пьезопреобразовател  непосредственно к входу индикатора напр жени  коэффициент передачи электри .чески ненагруженного пьезоприемника вы ражаетс :л о cWpfU - z V 6 где - диэлектрическа  проницаемость пьезоэлектрической пластинки при посто нной деформации, Zg - волновое акустическое сопротивление рабочей среды. Сигнал на выходе пьезоприемника Ug. в этом случае соответствует коэффициенту передачи электрически ненагруженного пьезоприемника. Необходимо отметить, что соотношение амплитуд электрических сигналов на выходе пьезоприемника соответствует соотношению коэффициентов передачи исследуемого пьезопреобразовател  в режимах приема, т. е. , Соотношение коэффициентов передачи пьезопреобразовател  в первом и во втором случа х выражаетс : К ,-) к --жг где 2.-коэффициент . электромеханической св зи. Из соотношени  амплитудных значений, прин тых в первом и во втором случа х сигналов, опредап ют коэффициент механического демпфировани  ультразвуковых пьезопреобразователей: Если в качестве рабочей среды приме1ыетс  вода и измер етс  К тсерами-. ческих (ЦТС-19) пьезопреобразователей , (К. 0,45), то k2 О,05. В этом случае К 0,81 -0,05: 2 Из этого следует, что индикатор, подключенный к выходу измерител  отношений электрических сигналов U I U2 ; регистрирует окончательный результат, т. е,, коэффициент меха1шческого демпфировани  пьезопреобразовател . Формула изобретени  Способ определени  коэффициента механического демпфировани  пьезоэлектрического преобразовател , основанный на определении волнового акустического сопротивлени  механического демпфера, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , определ ют коэффициент передачи преобразовател  врежиме приема на антиреэонанс57082 ной частоте при компенсации емкости преобразовател , равной емкости зажатой пьезопластннки, и без компенсашш, а коэффициент демпфировани  определ ют из вьфажени : . , ,ч K-. . 1 1C К Zо О . - коэффициент демпфироваК - коэффициент апет ромеха- ° нической св зи льезо . , Кд - коэффициент передачи при компенсации, Kjj - коэффициент п едачибез комценсации. 6 to - волновое сопротивлекве пьезоматериала, Ij - волоовое сопротивл те среды. Источники ив юрмации, . прин тые во внимание при экспертизе 1.Меркулова В. М. Акустические свойства некоторых гетерогенных сред на ультразвуковых частотах. Акустический журнал , 1965, № 1, с. .
2. 2.Домаркас В. И.|Кажис Р. -И. Ю. Контрольно-измерительные пьезоэлектр Минтае , В льческие преобразовател , 1нюс, 1975. с. 2О2.