Способ определения характеристик акустического пьезоэлектрического преобразователя

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5g 4 С 01 И 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ м втсескому свиЩткльСтвМ

t

)i

1В,"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4 169582/25-28 (22) 06.11.86 (46) 15.06.88. Бюл, Ф 22 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по разработке неразрушающих методов и средств контроля качества материалов (72) В.P. Гусаров, В.Е. Антипин и В.Г. Перлатов (53) 620. 179.16(088.8) (56) Приборы для нераэрушающего контроля материалов и изделий, кн.2. М.:

Машиностроение, 1976, с.203-208.

ГОСТ 23702-85. Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Методы измерения основных пара.метров. п.2. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК

АКУСТИЧЕСКОГО ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к области акустических измерений. Целью изобретения является повышение производительности и точности благодаря опре„„SU„„1402920 А 1 делению параметров преобразователя с одной установки преобразователя на нагрузку вследствие измерения параметров излучения и приема преобразователя в различных точках его поверхности и инверсной фильтрации этих параметров. Преобразователь устанавливают на акустической нагрузке и излучают им импульс ультразвуковых (УЗ) колебаний. В плоскости, параллельной рабочей поверхности преобразователя, принимают УЗ-колебания и измеряют давление P в различных точках плоскости приема. После этого в различных точках плоскости приема возбуждают импульсы УЗ-колебаний и принимают их преобразователем. При этом на преобразователе измеряют напряжение U.

Посредством инверсной фильтрации Р и U получают распределенные передаточные функции приема и излучения контролируемого преобразователя и по ним определяют его характеристики.

1 ил. i402920

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано при определении характеристик акустического пьезоэлектрического преобразователя, в частности при контроле работоспособности ультразвуковых (УЗ) преобразователей, используемьи в дефектоскопии.

Целью изобретения является повыше-1р ние производительности и точности за счет определения параметров излучейия и приема преобразователей в разЛичных точках его поверхности и инверсной фильтрации этих параметров. 15

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ определения характеристик акустического йьезоэлектрического преобразователя.

Способ определения характеристик 20 акустического пьезоэлектрического преобразователя заключается в следующем.

Преобразователь устанавливают на акустической нагрузке и возбуждают 25 бго электрическим сигналом. В плоскости, параллельной рабочей поверхНости преобразователя, принимают

Прошедшие материал нагрузки колебания

И измеряют акустическое давление 3р

Р (X,Y,t) дискретно во времени е в каждой точке плоскости приема с координатами Х,Y. Затем поочередно возбуждают импульсы акустических колебаний в каждой точке плоскости npuega c координатами Х,Y и принимают

1 гфеобразователем импульсы этих колеб аний, прошедшие через материал нагрузки. В ходе приема измеряют на преобразователе электрическое напря. жение U(X,Y Ф) дискретйо во времени

После этого посредством инверсной фИльтрации U (Х,Y, L,) и Р(Х, Y,t) получают распределенные передаточные функции приема и излучения контроли- 45 р емого преобразователя и по ним определяют характеристики преобразователя.

Устройство, реализующее способ ОЙределения характеристик акустичесKiro пьезоэлектрического преобразователя, содержит последовательно соедин нные измерительный генератор 1, коммутатор 2, амплитудно-временной квантователь 3, буферный запоминающий блок 4„ модуль 5 дискретного преобра55 зования Фурье, блок 6 памяти, цифровсй инверсный фильтр 7, цифровой вычИслитель Н, например микроЭВИ типа

ДВК-1, и блок 9 индикации. Устройство также содержит блок 10 управления, выход которого соединен с вторыми входами коммутатора 2, буферного запоминающего блока 4, блока 6 памяти, цифрового вычислителя 8 и блока 9 индикации, и генератор 1t импульсов возбуждения, выход которого соединен с третьим входом коммутатора 2; Кроме того, устройство содержит акустическую нагрузку 12, выполненную в виде толстой пьезокерамической пластины, толщина Н которой выбирается из усло1 вия НЪ вЂ” — - где С вЂ” скорость рас2,.С и пространения акустических колебаний в материале пластины, „- длительность импульсов на выходе генератора 11.

Позицией 13 на чертеже обозначен контролируемый преобразователь. Диаметр пластины нагрузки 12 выбирают в

2-3,5 раза большим максимального диаметра испытуемых преобразователей

13. На пьезопластине нагрузки 12 имеется один электрод, соединенный с земляной шиной и расположенный со стороны рабочей поверхности преобразователя 13. С противоположной стороны пьезопластины нагрузки 12 имеется другой электрод, разделенный на участки, например, размерами 1,5х1,5 мм на расстоянии 1 мм друг от друга, электрически соединенные с остальными входами коммутатора 2.

Способ определения характеристик акустического пьезоэлектрического преобразователя реализуется следующим образом.

Преобразователь электрически соединяется с выходом генератора 11 и . устанавливается на акустической нагрузке 12. Генератор 11 возбуждает испытуемый УЗ-преобразователь 13, который формирует акустическое поле в нагрузке 12. С выводов нагрузки 12 рельеф акустического поля в виде напряжения в функции времени последовательно с каждого элемента нагрузки l2 через коммутатор 2 подают на амплитудно-временной квантователь 3, где аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму, после чего запоминается блоком 4. Затем этот сигнал в цифровой форме поступает в модуль

5 дискретного преобразователя Фурье, на выходе которого получают комплекс1402920 ную матрицу, значения которой запоминаются блоком 6. Эти значения представляют собой дискретные выборки среза для излучения испытуемого УЗ5 преобразователя 13 на заданной частоте. После этого коммутатор 2 по сигналу блока 10 последовательно подключает измерительный генератор 1 к каждому элементу акустической нагрузки 12, а выход преобразователя

13 — к амплитудно "временному квантователю 3, где аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму. Преобразованный сигнал запоминается блоком 15

4 и подвергается дискретному преобразованию Фурье в модуле 5, на выходе которого получают еще одну комплексную матрицу, также запоминаемую блоком 6. Значения полученных матриц, 20 подвергают цифровой инверсной двумерной фильтрации в фильтре 7, на выходе которого получают распределенные передаточные функции преобразователя 13.

В цифровом вычислителе 8 с использованием математической модели акустического тракта УЗ-дефектоскопа получают необходимые вторичные характеристики преобразователя 13, например диаграмму направленности, коэффициент 30 преобразований и т.п. Результаты измерений и обработки фиксируются блоком

9, например печатающим устройством, в виде паспорта испытуемого пьезоэлектрического преобразователя 13.

Погрешность восстановления распределенных передаточных функций излучения и приема по данным измерения среза поля равна 0,9Е где Я вЂ” погрешность измерения среза поля, а по- 40 грешность вычисления вторичных параметров равна 0,99Е. Измерение первичных параметров (распределенных передаточных функций излучения и приема)

УЗ-преобразователей позволяет вычис- 45 лить все необходимые вторичные параметры и характеристики пьезоэлектрического преобразователя, что повы-. шает производительность контроля за счет экономии времени измерений, полученной с одной установки испытуемого УЗ-преобразователя на одну акустическую нагрузку, что характеризуется стабильным акустическим контактом, уменьшением влияния разброса результатов измерений и обеспечивает достаточно высокую точность контроля работоспособности УЗ-пьезоэлектрических преобразователей.

Формула из обретения

Способ определения характеристик акустического пьез оэлектрического преобразователя, заключающийся в том, что устанавливают преобразователь на акустической нагрузке, возбуждают преобразователь электрическим сигналом, принимают акустические колебания, прошедшие материал нагрузки, измеряют параметры принятых колебаний и с их помощью определяют характеристики преобразователя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения производительности и точности, прием акустических колебаний производят в плоскости, параллельной рабочей поверхности преобразователя, измеряют акустическое давление дискретно во времени в каждой точке плоскости приема, затем дополнительно возбужда-. ют поочередно в каждой точке плоскости приема импульсы акустических колебаний, принимают преобразователем дополнительно возбужденные импульсы, в ходе приема дополнительно возбуж-. денных импульсов измеряют электрическое напряжение дискретно во времени на преобразователе, по измеренным величинам фиксируют распределенные передаточные функции приема и излучения, по которым определяют характеристики преобразователя.

1402920

Составитель В, Гондаревский

Техред А.Кравчук Корректор М.Демчик

Редактор И. Рыбченко

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5

Заказ 2850/33

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4