Способ поляризации пьезоэлементов

 

Изобретение относится к ультразвуковому контролю, может быть использовано при создании ультразвуковых пьезокерамических преобразователей . Цель изобретения - повышение качества пьезокерамических элементов - заключается в ток, что подают электрическое напряжение на электроды пьезоэлемента от источника питания, меняют напряжение от 0 до U0, где U „„1 Епрэлектрическая прочность пьезокерамического материала; 1 - наименьшее расстояние между электродами. Изменение напряжения выполняют со скоростью , не превосходящей скорости установившегося равновесного процесса в пьезоматериале. После установления U U0 плавно снижают напряжение вновь до 0 также со скоростью, не превышающей скорости установившегося равновесного процесса в пьезоматериале. Повторяют изменение напряжения п раз, где п 5. 4 ил. с &

союз советсних соамлистических

РЕСПУБЛИК (Si)S Н 04 к 31/00

@ЖВЙ1 @

М" Г". """-

Б г Б,if

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изОБРетениям и отнРытиям

ПРИ ГКРIT СССР

t (21) 4486127/10 (22) 26.09.88 (46) 30.03.91. Бюл. Р 12 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по разработке неразрушающих методов и, средств контроля, качества материалов (72) А.Ф.Мельканович, Г.В.Пябус и О.И.Касьянов (53) 534.232(088.8) (56) Патент Великобритании У9 1090037, кл. H 04 R 17/06, 1967.

Патент США Р 2928032,кл.317-262, 1960; (54) СПОСОБ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТОВ (57) Изобретение относится к ультразвуковому контролю, может быть использовано при создании ультразвукоИзобретение относится к технике ультразвукового неразрушающего контроля и может быть использовано при создании ультразвуковых пьезокерамических преобразователей.

Цель изобретения — повышение качества пьезоэлементов.

На фиг. 1 представлено схематически устройство для реализации предлагаемого способа, на фиг. 2 — зависимость коэффициента электромеханиче . ской связи от напряжения поляризации для различных скоростей изменения поляризующего напряжения (зависимость а относится к скорости измененн цо-;

„„SU,, 1638807 А 1

2 вых пьезокерамических преобразователей. Цель изобретения — повышение качества пьезокерамических элементов— заключается в том, что подают электрическое напряжение на электроды пьезоэлемента от источника питания, меняют напряжение от 0 до U, где U < F.„p 1

Š— электрическая прочность пьезор) керамического материала; 1 — наименьшее расстояние между электродами. Изменение напряжения выполняют со скоростью, не превосходящей скорости установившегося равновесного процесса в пьезоматериале. После установления U = U плавно снижают напряжение вновь до 0 также со скоростью„ не превышающей скорости установившегося равновесного процесса в пьезоматериале. Повторяют изменение напряжения п раз, где пЬ 5. 4 ил. ляризующего напряжения, не превосхо- ©д дящей скорости установившегося равно- QQ весного процесса в пьезоматериале);. Я) на фиг. 3 — модули электрического сопротивления поляризуемого пьезоэлемента: а) пьезоэлемент не поляризован (U = О), б) напряжение поляризации принято равным U< (U = U<), в) напряжение поляризации принято равным

Ц 4U — Ug) IlpH этом U 7 Ц ; на

Зь фиг. 4 — наблюдаемые эхо-импульсы, принятые поляризуемым пьезоэлементом при различных напряжениях поляризации: а) U = О, б) U = U<„ ° . в) U -= -Ug. б

163

Устройство (фиг.1) содержит источник 1 напряжения, соединенный с электродом 2 через ограничительное сопротивление Е и электродом 3.

Между элтектродами 2 и 3 установлен поляризуемый пьезоэлемент 4, параллельно которому установлен измерительный вольтметр 5. Ne y электро-, дом 2 и источником i напряжения включено ограничительное сопротивление 6.

Источник i поляриэующего напряжения должен иметь возможность плавного изменения напряжения поляризации

U. Вольтметр 5 допжен иметь большое входное сопротивление (например, эле" ктростатический).

Способ осуществляют следующим образом.

Подают электрическое напряжение на электроды 2 и 3 пьезоэлемента от источника 1 питания через ограничительное сопротивпение 6, меняют напряжение источника питания от О до

U, где U Eд 1 Е „- электрическая прочность пьезокерамического материала, 1 — наименьшее расстояние между электродами. Изменение напряже" ния выполняют со скоростью, не превосходящей скорости установившегося равновесного процесса в пьезоматериале как электромеханической системе, после установления напряжения

П = Б плавно снижают напряжение вновь до О, при этом уменьшение напряжения выполняют со скоростью, не .превышающей скорости установившегося равновесного процесса в пьезоматериале. Описанные изменения напряжения выполняют не менее пяти раз.

Для осуществления способа необходимо определить численное значение скорости установившегося равновесного процесса в пьезоматериале. Зто может быть выполнено различными путями. Например, на фиг.3ц- 5 показа- ны наблюдаемые формы модуля электрического сопротивления пьезоэлемента в области частот резонанса f и антире-. зонанса f<, а на фиг,4g- 6 — йаблюдаемые. импульсы эхо-сигналов в момент времени t -= -t, когда поляризующее на.пряжение U = О, при t = t<, LI = U! при t = t>, U = U . С ростом U,óâåzzezaaexcs резонансный промежуток

5 ходимо в какой-то момент времени наФ пример при t = t, прекратить измене.1 ние Ц и наблюдать за значениями !

fII am U U . Если амплитуда импульса .

U! или частоты f < f + остаются прак-: тически неизменными, то скорость изменения Ц считается допустимой для обеспечения хода равновесного процесса. Практически неизменными значения и, f.> или U считаются тогда, ! 5 когда по йстечении З.мин значения и I! II

fo, U отличаются от исходных не более чем на 0,25Х.

Определив численное значение скорости поляризации для данного пьезо20 керамического материала, начинают процесс поляризации, который заключа.ется в следующем: плавно (с определенной скоростью) увеличивают напряжение поляризации от О до величины

U 4 Е„ 1, где Е „ - электрическая опрочность пьезокерамического материала; 1 — наименьшее расстояние между электродами, при достижении величины U начинают плавно умень4О

f д — f, а также разность амплитуд наблюдаемого имупльса. Пля определения допустимой скорости изменения LI необшать напряжение до О. Цикл 0 U O повторяют не менее 5 раз..

Использование способа позволяет повысить качество пьезокерамических элементов, используемых для изготовления пьезокерамических преобразователей..

Формула и э о б р е т е н и я

Способ поляризации пьезоэлементов, включающий изменение величины электрического напряжения на электродах пьезоэлемента от нуля до предпробойно-го и обратно до.нуля, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества пьезоэлементов, предварительно определяют скорость изменения электрического напряжения из условия изменения резонансной и антирезонансной частот не более чем на

0,25Х при выдержке в течение 3 мин после последнего -изменения электрического напряжнния, причем количество циклов изменения электрического напряжения выбирают больше пяти.

1638807 =6 )

0=0

3 ; 3

JzÄ(