SU756671A1 - Измеритель коэффициента электромеханической связи пьезоэлектрических элементов1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к области испытаний пьезоэлектрических преобразователей и может найти пр'именение в гидроакустике и дефектоскопии.'

Известно устройство для измерения электромеханической связи, в котором исследуемый пьезопреобразователь возбуждается генератором электрических сигналов, с помощью цндикатора измеря-^д ется резонансная и антиреэонансная частоты пьезопреобразователя и.из этих частот вычисляется коэффициент электромеханической связи [1] .

•Недостатком этого устройства является низкая точность определения рё- ¹⁵ зонансной и антирезонансной частот пьезопластинок, вызванная дополнительными максимумами и минимумами входного электрического импеданса пьезопре- _ обраэователя из-за радиальных резонан-^^и сов пластинки. Кроме того, производительность измерения с помощью такого ' устройства является довольно низкой.

Наиболее близким по технической 25 сущности к предлагаемому является из^ мерйтель коэффициента электромеханической связи пьезоэлектрических элементов, включающий блок возбуждения связи элементов, блок регистрации и 30

2

индикатор [2] . В этом устройстве исследуемый пьезоэлемент возбуждается генератором качающейся частоты и на экране индикатора наблюдается частотная характеристика входного импеданса пьезопреобразователя. По частотам максимума и минимума модуля входного электрического импеданса вычисляется коэффициент электромеханической связи.

Недостатками данного устройства являются значительная погрешность измерений вследствие наличия паразитных мод колебаний пьезопластинки, а также резонансов радиальных колебаний и низкая производительность измерений, так как отсутствуют возможности автоматизации процесса измерений.

Целью изобретения является повышение производительности и точности измерения коэффициента электромеханической связи.

Цель достигается за счет того, что в измерителе коэффициента электромеханической связи пьезоэлементов, включающем блок возбуждения пьезоэлементов, блок регистрации й индикатор, блок возбуждения выполнен в виде генератора радиоимпульсов, модулятора, перестраиваемой индуктивности и первого

3

той пьезопластинки 5, коэффициент передачи пьезризлучателя

756671

коммутатора, к выходу которого подключен измеряемый пьезоэлемент, к управляющему входу - выход модулятора, к первому рабочему входу - выход генератора радиоимпульсов,'к второму рабочему входу - выход генератора через перестраиваемую индуктивность, причем , $

вход генератора радиоимпульсов подключен к выходу модулятора, а блок регистрации выполнен в виде последовательно соединенных пьезоприемника, , установленного в рабочей среде измеряемого пьезоэлемента соосно с ним, усилителя, детектора, второго коммутатора, управляющий вход которого подключен - к выходу модулятора, и измерителя отношения напряжений, вы- 15 ход которого подключен к входу индикатора.

На чертеже изображена структурная схема измерителя коэффициента элект- 20 ромеханической связи.

Измеритель содержит блок возбуждения пьезоэлементов, состоящий из генератора 1 радиоимпульсов, модулятора 2, индуктивности З.и первого комму- 25 татора 4, к которому подключен измеряемый пьезоэлемент 5, блок регистрации, содержащий последовательно соединенные широкополосный пьезоприемник 6, усилитель 7, детектор 8, второй βθ коммутатор 9 и измеритель отношения напряжений 10, и индикатор 11. Модулятор соединен с управляющими входами коммутаторов 4 и 9 и генератора 1 радиоимпульсов. Пьезоприемник установ- * лен в одной рабочей среде 12 с измеря> емым пьезоэлементом.

Устройство работает следующим образом..

Из генератора 1 радиоимпульсов че- ⁴θ рез коммутатор 4 на исследуемый пьезопреобразователь 5 подаются радиоимпульсы, частота заполнения которых равна частоте резонанса пьезопреобразователя. Коэффициент передачи пьезо- 45 излучателя’ 5 без переходного’ слоя на резонансной частоте при питании от генератора напряжения

где е - пьезоэлектрическая постоянная;

. Е - толщина пьезоэлемента.

Из излучателя через рабочую среду 12 акустические импульсы поступают на пьевоприемник 6. В пьезоприемнике акустические импульсы преобразуются в радиоимпульсы и через усилитель 7 и пиковый детектор 8 поступают на вход коммутатора 9.

При подключении пьезопреобразовате-60 ля 5 к генератору 1 радиоимпульсов через перестраиваемую индуктивность 3, величина которой подбирается, исходя из условий - 1/соо С_о, т.е. при

полной компенсации емкости С_о зажа- ' 65

61С кг_'

2-е к| ’

где Ч)_о~2 Τ1ϊ_ο, ί_ο актирезонансная час-, Фота пьеэоэлемента 5, К £ - коэффициент электромеханической связи пьезоэлемента 5, К х. 22, ζ_ο , Ζ₂ - вол—

новые акустические сопротивления соответственно пьеэоэлемента и рабочей среды 12.

Модулятор 2 управляет работой генератора 1 радиоимпульсов и коммутаторов 4 и 9 таким образом, что во время первого радиоимпульса исследуемый пьеэопреобразователь 5 подключается непосредственно к выходу генератора 1, а во время второго радиоимпульса - к выходу генератора через индуктивность 3. Соотношение амплитуд электрических сигналов в первом и втором случаях на выходе коммутатора 9 соответствует соотношению коэффициентов передачи исследуемого пьезоэлемента, т.е. * 44*Электричеи₂

4ι

и.

ские сигналы и.) с первого и 11₂ с второго выходов коммутатора 9 поступают на измеритель 10 отношений электрических сигналов. Из соотношения амплитудных значений сигналов 1Ц и 1)₂ определяется коэффициент электромеханической связи исследуемого пьезоэлемента

ν - I ГСК-г ^Κϊ -4”"й"

Если в качестве рабочей среды применяется вода и измеряется керамических (ЦТС-19) пьезопреобразователей, то

•Ч =0,05.

В этом случае

*{

Из этого следует, что, если указанный цикл работы предлагаемого измерителя повторяется периодически (частота цикла измерений задается модулятором 2), то индикатор 11 электрического напряжения, подключенный к выходу измерителя 10 отношений электрических сигналов, непрерывно регистрирует окончательный результат, т.е. коэффициент электромеханической связи исследуемого пьеэоэлемента.

Предлагаемое устройство обеспечивает непрерывное измерение коэффициента электромеханической связи пьезоэлементов с точностью 0,5 - 1% и создает возможность автоматического контроля параметров пьезопреобразователей как в лабораторных, так и в производственных условиях. Устройство может найти применение в дефектоскопии, гидроакустике и в других областях ультразвуковой контрольно-измерительной техники.

5

756671

6

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Измеритель коэффициента электромеханической связи пьезоэлектрических элементов, включающий блок возбуждения пьеэоэлементов, блок регистрации и. ин-5 дикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, блок возбуждения выполнен в виде генератора радиоимпульсов, модулятора, перестраиваемой индуктивности и первого коммутатора, к выходу которого подключен измеряемый пьезоэлемент, к управляющему входу - выход модулятора, к первому рабочему входу - выход генератора радиоимпульсов, к второму ра-'5 бочему входу - выход генератора через перестраиваемую индуктивность, причем вход генератора радиоимпульсов

   подключей к выходу модулятора, а блок регистрации выполнен в виде последова тельно соединенных пьезоприемника,установленного в рабочей среде измеряемого пьезоэлемента соосно с ним,усилителя, детектора, второго коммутатора, управляющий вход которого подключен к выходу модулятора, и измерителя отношения напряжений, выход которого подключен к входу индикатора.