Разработка метода и средств экспресс-контроля электроакустических пьезокерамических преобразователей

• Автор: Ключников, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Анализ существующих методов определения параметров ЭАПиПКЭ
1.1 Представление ЭАП и ПКЭ эквивалентной электрической схемой
1.2 Определение добротности электрической цепи
1.3 Определение добротности ЭАП и ПКЭ
1.3.1 Частотные характеристики ЭАП и ПКЭ их измерение
1.3.2 Определение добротности ЭАП и ПКЭ по активной и реактивной составляющим проводимости
1.3.3 Определение добротности ЭАП и ПКЭ по модулю проводимости
1.3.4 Измерение добротности ЭАП и ПКЭ при импульсном воздействии
1.4 Определение пьезомодуля пьезоматериала в динамическом режиме
Выводы к главе
Глава 2 Новый метод контроля ЭАП и ПКЭ по активной составляющей проводимости
2.1 Определение параметров ЭАП и ПКЭ по амплитудным измерениям
2.2 Определение добротности ПКЭ и ЭАП по результатам измерений
на одной характерной частоте
2.3 Определение пьезомодуля пьезоматериала ПКЭ по результатам измерений на одной характерной частоте
2.4 Приближенные соотношения для определения пьезомодуля на образцах ПКЭ в форме диска
2.5 Определение коэффициента электромеханической трансформации
и чувствительности ЭАП в режиме излучения

Выводы к главе
Глава 3 Результаты экспериментальных исследований
3.1 Сравнение погрешности определения добротности различными
методами
3.2 Определение добротности ЭАП и ПКЭ различными методами
3.2.1 Исследование образцов ЭАП
3.2.2 Исследование образцов ПКЭ
3.2.3 Исследование погрешности определения пьезомодуля
различными методами
3.3 Исследования на программно-аппаратном комплексе на
основе ЬаЬУ1Е¥
3.3.1 Исследование быстродействия методов определения
добротности
3.3.2 Оценка погрешности определения добротности в зависимости
от числа точек измерений в области резонанса
3.3.3 Оценка погрешности определения пьезомодуля в зависимости
от числа точек измерений в области резонанса
Выводы к главе
Заключение
Список использованной литературы
Приложение
Приложение
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В акустике для излучения и приема волн в водной среде широко используются электроакустические преобразователи (ЭАП). Основу построения большинства ЭАП составляют пьезокерамические элементы (ГЖЭ) - тела различной геометрической формы, изготовленные из диэлектрика, обладающего пьезоэлектрическими свойствами.
Потребность в контроле качества больших партий ЭАП и ГЖЭ возникает на предприятиях-изготовителях ультразвуковой техники, а также во время эксплуатации ЭАП в составе различных систем, например, многоэлементных гидроакустических антенных решеток. При этом, основными требованиями к устройствам контроля должны быть простота изготовления, невысокая стоимость, эффективность и быстродействие.
В настоящее время для контроля ЭАП и ГЖЭ используются те же методы, которые используются для исследовательских целей: метод
«резонанса-антирезонанса» и ОВШ-метод. Эти методы требуют проведения измерений частотных характеристик проводимости, определения характерных точек (например, частот резонанса и антирезонанса) по ряду измеренных значений в определенной области, измерения значений частот и проводимостей в характерных точках и проведения последующих расчетов. Только после этого формируется сигнал, несущий информацию о величине контролируемого параметра.
Большой вклад в развитие таких методов и средств измерения и контроля параметров ГЖЭ и ЭАП внесли такие ученые как: Акопьян В.А., Доля В.К., Иванов Н.М., Земляков В.Л., Крамаров Ю.А., Милославский Ю.К., Парфенов Б.Г., Прудько Н.И., Пугачев С.И. ЕегшБзе Е., Но11а^ Я., Магбп С., Бтйя Г и ряд других [Г - 8, 13 - 14, 25-38, 40, 42 - 44, 69, 80 - 82, 92 - 94, 96].
Однако применение исследовательских методов при оперативном контроле ЭАП и ПКЭ приводит к тому, что процедура испытаний занимает значительное время и не удается после измерений без дополнительных
- для пластины при сдвиговых колебаниях
(1.17)
столбика
^зз ~ ^зз^'з'з^’зз)1 ■
(1.18)
Рассмотрим определение входящих в формулы (1.15) — (1.18) величин. Коэффициент электромеханической связи пьезоматериала к- можно определить измерив частоты резонанса и антирезонанса.
Расчетные формулы имеются, например, в [84]. В частности:
- для стержня
электромеханической связи, 7/ - наименьший положительный корень
(1.19)
для кольца и шайбы
(1.20)
для столбика, толщинных колебаний диска и пластины
(1.21)
- для планарных колебаний диска
к2 ?)2--сг2 а>1 ~(о2р ,2 772-1-сг^
(1.22)

В последней формуле кр-къх{21(}-а)) - планарный коэффициент