Способ определения добротности пьезокерамического элемента

 

Изобретение относится к радиотехнике , в частности пьезотехнике, и может быть использовано при контроле свойств и изготовлении электроакустических радиодеталей и радиокомпо «- нентов пьезоэлектрических устройств. Цель изобретения - упрощение и расширение области использования способа - достигается за счет того, что измеряют частоты резонанса fj, и антирезонанса fq для такого колебания пьезокерамического элемента, размах амплитудно-частотной характеристики которого между уровнями резонанса и антирезонанса находится в пределах 1-8 дБ, а величину добротности находят по формуле (fq-fh), 2 ил. §

(g))g G О1 R 29/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M AETOPCKOMV CEMEETEOhCTMT где Я=

С о

fxo—

A ВГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОИ%ТЕНИЙМ И ОТНРЫТИЯМ

flPH ГННТ ССОР (21) 4733947/21 (22) 04,09,89 (46) 07.05,92, Бюл, " 17 (71) Научно-исследовательский институт "ЭЛПА" (72) А.В,Межерицкий (53) 621.317.75 (088,8) (56) Физическая акустика. Методы и приборы ультразвуковых исследований./flop ред. У.Мэзона. - М.: Мир

1966, т,1, ч, А, Материалы пьезокерамические. Технические условия, ОСТ 110444-87, Электростандарт, 1987, с. 114, (54) СПОСОБ ОПРЕРЕЛЕНИР,ОБРОТНОСТИ

ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА

Изобретение относится к радиотехнике, в частности пьезотехнике, и может быт ь испол ь зова но при контроле свойств и изготовлении электроакустических радиодеталей и радиокомпонентов пьезоэлектрических устройств.

Цель изобретения - упрощение и расширение области использования способа.

Способ заключается в следующем, Приведенная комплексная проводимость (Y) пьезокерамического элемента (ПКЗ) в окрестности резонансного колебания в общем случае определяется соотношением:

Y - .. 1

iА+ В (— — - i — ), (1) 0 Со 1+у 1+у

„,SU 17322 8 А1

2 (57) Изобретение относится к радиотехнике, в частности пьезотехнике, и может быть использовано при контроле свойств и изготовлении электроакустических радиодеталей и радиокомпо нентов пьезоэлектрических устройств.

Цель изобретения - упрощение и расширение области использования способа - достигается за счет того, что измеряют частоты резонанса f> и антирезонанса fa для такого колебания пьезокерамического элемента, размах амплитудно-частотной характеристики которого между уровнями резонанса и антирезонанса находится в пределах 1-8 рБ а величину роброт- а

В е ности находят по формуле Q=f г/(Кц-Г„) .

2 ил, 2ef - круговая частота; электрическая статическая емкость ПКЭ;

2Q (f /f

В частном случае стержневого ПКЭ:

i-; — i --"

7 /, „В-2лу ( о

1+э2 э

I

4) В

0 v - - v - 1 = О

А э

В

2 А.

4" а-4.. Г

Обозначим (--) 4- 1 =-1 + 8

"" 2А (4) где 3- методическая погрешность определения вепичины добротности по величине относительного резонансного промежутка рассматриваемого резонансного колебания:

f.4

q=- — — (1 8) (О- 4 исход4я иэ (I), (3) определим динамический размах АЧХ между уровнями резонанса и антирезонанса, Введем для удобства промежуточный па амет

В/2A = S, тогда S = (1 + 3 ) -1, откУРа = S — т4Рта1 и

l 4 Г

= (q1+S +S) (- 1 Cî Г (б) Аналогично для анти еэонансной частоты при у = S + $ +1 по9 лучим:

= Л(14- — S), !

4 >-"о Л

Тогда динамический размах колебаний составит:

/ /

Y (1 o!c и

В, К2 0 тф А n2 т Э где К = K, — коэффициент электро34 механической связи (КЭИС) продольного ко" лебания стержня, n--I,.3..5.,„„. -- номер обертона основной гармоники (и = 1), причем f>„=nf<, и =1.

Исходя из (1) определим резонансную и антиреэонансную частоты ПКЭ, соответствующие частотным экстремумам модупя комплексной проводимости:

Как видно из (5) и (8), методическая погрешность определения 0 no аеличине относительного резонансного промежутка определяется однозначно только размахом АЧХ между уровнями резонанса-антирезонанса и, что су1О щественно, не зависит от функцио" . нального вида коэффициентов А и П в (1), т,е, от типа и природы коле-бания, Так нормативная погрешность определения П в 10i ($ =- Оэ1) со-. ответствует интенсивности колебания

15 в 8 дБ, Учитывая, что предельным минимальным надежно фиксируемым затуханием является величина порядка дБ {прибор для исследования И!Х

1 Х1-449) э установлен критерий интенсивности размаха АЧ4Х в 1-8 дБ для, определения добротности ПКЭ с погрешностью не хуже +103. -В этом случае расчетная формула для добротности ПКЭ имеем вид:

f g .

0 (9) а t

Выше приведен анализ исходного выражения (1) для приведенной проводимости ПКЭ в виде 7 63С, Влия-. нием на полученный результат различия значений множителя (4 на резонансной и антирезонансной частотах îæíî пренебречь, .так какЯ,„/G3> = 1 + 0 при выполнении выдвинутых условий проведения, измерений и пер-:"пад уровней емкостной составляющей проводи-. мости составпяет менее 0.1 r,Á (с 1 дБ) при О ; 100, К тому же в практическом отношении АЧХ может в чистом виде соответствовать величине 7 ПКЭ при активном характере нагрузки измерительной схемы или величине У/ЯСо при емкостном характере нагрузки, физическая природа резонансного колебания, удовлетворяющего условиям предлагаемого технического решения, может быть различной: "паразитное" колебание в окрестности основной гармоники или ее обертонов из-эа асимметрии ПКЭ - неоднородность микро:= структуры ПКЭ„ раэнотолщинность "-лектрода и пласти.-4ы ПКЭ, сколы и др, сложный спектр вязанных копебаний !

43 эа близости дву . частoòñççäýþùÿõ размеров ПКЭ или ангармони -4еские олебания, Определени=. добротности пр. †.д-.

1 ложенным способом может проводиться по параметрам основной гармоники на начальном этапе поляризации ПКЭ, или по параметрам колебания планарного типа сдвигового ПКЭ за счет реально

cóûåñTBóþùåé компоненты вектора поля ризации, перпендикулярной поверхност электрода и т,д, Однако даже в идеальном случае отсутствия указанных факторов предложенное техническое решение может быть реализовано на соответствующих обертонах. основной гармоники, наличи которых неизбежно для электромеханических систем с распределенными па раметрами, какими и является ПКЭ. Ка следует из приведенного расчета при и > 3 (А 1-Кг). чины относительного резонансного промежутка (f z/Г, 1) от интенсивности

Т резонансного колебания обертона.

Цифры на графике обозначают порядковый. номер возбуждаемого обертона (n = 1, 3, 5...27), общий интервал и частот от 80 кГц (n = 1) до 1,3 МГц (n = 27), Сплошные линии соответствуют экстраполяции экспериментальных зна" чений, пунктирная линия - среднее . значение (К Яр-1)- по обертонам и е = 9-23, соответствующее величине добротности Q ПКЭ (О = 330+15), Измерения проводились на дисковом ПКЭ к. ф 30 <0 3 мм из пьезокерамики ЦТБС-3 с параметрами планарного КЭМС Y. =

= 0,48 и „„ = 320 (добротность определялась по известному методу на основной гармонике), Для исследуемого ПКЭ расчет по (11) дает возбуждаемые целые нечетные значения и из интервала 8,8-24,4, 25 т.е, n = 9-23. Интенсивность этих обертонов лежит в требуемом интервале 1-8 дБ, значение добротности удовлетворительно совпадает с результатои измерения по прототипу. При п 9 (Т> 8 лБ) относительный резоЗО нансный промежуток уже определяется . величиной КЭМС, а не добротностью, а при п)23 (Т (1 дБ) погрешность определения добротности превышает допустимую норму из-за слабого уров35 ня размаха АЧХ - на пределе чувствительности измерительного прибора (Хl-"9) °

4К2 0 (12п2 (1-К2) I

Размах резонансного колебания величиной не более 8 дБ соответствует значению 3 а 0,1, а при размахе не менее 1 дБ 3 Ь 0,001, откуда следует, что размах колебания лежит в пределах 1-8 дБ для обертона с порядковым номером и из интервала:

V2 О (09 - 2,5)

Ф Ф 1-К2

Причем для опререления пределов значений требуемого номера обертона и на величину КЭМС К может быть взята, например, нормированная величина КЭМС, соответствующая возбуждаемому типу колебаний, используемого в

ПКЭ пьезокерамического материала, а за величину 0 — нормированная величина механической добротности Q пьезокерамического материала ПКЭ.

На фиг.l показана зависимость нормированного на добротность относительного резонансного промежутка (f+/fq-1)> 0 от интенсивности резонайсного колебания Т ПКЭ, определяемой по отношению (дБ) уровней резонанса-антирезонанса (фрагмент фиг. l ) .

Методическая погрешность определения добротности О ПКЭ по предлагаемому техническому решению не более 103 обеспечивается при интенсивности колебания не более 8 дБ, 1 I

На фиг.2 приведены экспериментальные данные зависимости обратной вели"

0 1

n =

«З

1 К2 ((1+ ) 2 Ц4Н

7322986

Предложенный способ реализован следующим образом, Измерение резонансной и антирезо« нансной частот проводится на приборе для исследования АЧХ Xl-49 (с лога" рифмическим преобразователем), Калибруется уровень затухания в 9 дБ, например, соответствующий 1-й клетке на экране прибора, В режиме непрерывной .частотной развертки путем плавного изменения номинальной частоты развертки просматривается АЧХ

ПКЭ и проводится измерение частот

f и f колебания с размахом 1-8 дБ, Упрощение способа определения добротности ПКЭ достигнуто за счет

55 уменьшения числа измеряемых парамет-, ров и измерительных операций - изиеряют лишь частоты Гд, Г и размах

АЧХ, При этом область использова ния способа расширена также на такие

1

ПКЭ, добротность которых по известному способу определяется с недопустимо большой погрешностью в силу, например, низкой пьезоактивности, от сутствия моночастотности и т,п, Формула изобретения

Способ определения добротностии ьезокерамического элемента, за ключающийся в возбуждении пьезоэлемента гармоническим сигналом, регистрации сигнала реакции пьезоэлемента, измерении резонансной и антирезонансной

732298частот и расчете величины добротйости

У о т л и ч а ю.шийся тем, что, с целью упрощения и расширения области использования способа измеряют резонансную f„. и антирезонансную f частоты для колебания с динамическим размахом амплитудно-частотной характеристики между уровнями резо нанса и антирезонанса в пределах

1-8 дБ и величину добротности пьезоэлемента находят по формуле

f p

fa fv

Составитель В, Мак.-.ии",-.нко

Редактор В.Бугренкова Техред ;ь,- „ „ рре! " ор Л. Пи.ns "iе"., нко

Заказ ) 58 l 1 иоd)K t I .г пи с Viaþ

) 13035 длос1:ва,. ?4- 33., ь. в, )":,,на,ъ Йл".О., p ч /:)

Производственно-издательский конб.:-.лат "Патент . г, Ужтород, уп. Гагарина, О1

Способ определения добротности пьезокерамического элемента Способ определения добротности пьезокерамического элемента Способ определения добротности пьезокерамического элемента Способ определения добротности пьезокерамического элемента Способ определения добротности пьезокерамического элемента 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества пьезокварца в технологическом процессе

Изобретение относится к технической акустике и может быть использовано при изготовлении и поверке ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения резонансных характеристик пьезоэлектрического .резонатора Цель изобретения - повышение точности измерения добротности резонатора и расиирение функциональных возможностей - достигается путем определения частоты последователького резонанса

Изобретение относится к радиоэлектронике

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве измерительного преобразователя активного сопротивления кварцевого резонатора на частоте его последовательного резонанса в интервал времени

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля качества изделий и может быть использовано в производстве пьезодатчиков, пьезодвигателя и других изделий из пьезокерамических материалов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытаниях пьезокерамических материалов и пьезоэлементов в процессе их производства и эксплуатации

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано для измерения параметров пьезоэлементов, в том числе в процессе их изготовления

Изобретение относится к области радиотехнических измерений и может быть использовано для прецизионного измерения двух параметров пьезоэлемета: собственной частоты и добротности в процессе изготовления радиокомпонентов, шлифования, напыления на пьезоэлектрическую подложку и других операций

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано для определения полярности выводов пьезоэлектрических преобразователей как одиночных, так и входящих в состав многоэлементных антенных решеток, а также для определения полярности напряжения в электрических цепях

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано для определения полярности выводов одиночных пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) и ПЭП, входящих в состав многоэлементных антенных решеток, а также для определения полярности напряжения в электрических цепях

Изобретение относится к области проверки метрологических характеристик виброизмерительных преобразователей (датчиков) и определения возможности их дальнейшего использования без демонтажа с объекта эксплуатации

Изобретение относится к технике измерений и предназначено для измерения функций переходных процессов установления частоты и амплитуды колебаний кварцевых генераторов, а также их коэффициента неизохронности

Изобретение относится к радиотехнике, в частности пьезотехнике, и может быть использовано при контроле свойств и изготовлении электроакустических радиодеталей и радиокомпонентов пьезоэлектрических устройств частотной селекции
Наверх