Пристрій дефектоскопії п’єзокерамічних перетворювачів

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля качества изделий и может быть использовано для обнаружения геометрических и структурных дефектов в пьезокерамических преобразователях с высоким разрешением. Наиболее близким к заявляемому является устройство дефектоскопии пьезокерамических преобразователей, содержащее первый и второй генераторы электрических напряжений, первый сумматор, входы которого соединены с выходами генераторов, последовательно соединенные входную клемму, пьезокерамический преобразователь, выходную клемму, первый фильтр нижних частот и анализатор спектра, выход первого сумматора соединен со входной клеммой. Недостатком этого устройства является невысокая точность дефектоскопии пьезокерамических преобразователей, что объясняется низкой чувствительностью устройства к структурным дефектам материала пьезокерамических преобразователей, таких как неравномерность плотности материала, внутренние деформации, вариации химического состава и т.п. Амплитуда сигнала-отклика разностной частоты, по которой судят о качестве пьезокерамических преобразователей, дает информацию только о геометрических дефектах внутри материала (микротрещины, раковины, расслоения и т.п.). Кроме того, на амплитуду сигнала-отклика разностной частоты оказывают влияние непостоянство уровня возбуждающих сигналов двух частот и нестабильность чувствительности узкополосного анализатора спектра, в состав которого входят избирательные усилители и фильтры. В основу изобретения поставлена задача создать устройство дефектоскопии пьезокерамических преобразователей, в котором введение новых элементов и блоков с их связями позволит определять наряду с геометрическими и структурные дефекты пьезокерамических преобразователей и исключит влияние нестабильности параметров источников и приемника сигналов, что повысит точность дефектоскопии пьезокерамических преобразователей. Поставленная задача решается тем, что в устройство дефектоскопии пьезокерамических преобразователей, содержащее первый и второй генераторы электрических напряжений, первый сумматор, входы которого соединены с выходами генераторов, последовательно соединенные входную клемму, пьезокерамический преобразователь, выходную клемму и первый фильтр нижних частот, и анализатор спектра, выход первого сумматора соединен с входной клеммой, согласно изобретению, введены последовательно соединенные балансный смеситель, второй фильтр нижних частот, делитель напряжения, круговой фазовращатель и второй сумматор, входы балансного смесителя соединены с выходами первого и второго генераторов электрических напряжений, второй вход второго сумматора соединен с выходом первого фильтра низких частот, а выход - с анализатором спектра. Введение в устройство кругового фазовращателя в указанной связи с другими блоками позволяет получить измерительную информацию о фазовом сдвиге информационного напряжения на разностной частоте и, соответственно, обнаруживать структурные дефекты пьезокерамических преобразователей. Кроме того, введение в устройство балансного смесителя, второго фильтра нижних частот, делителя напряжения, кругового фазовращателя и второго сумматора и их связей между собой и с известными блоками позволяет произвести компенсационное измерение геометрических и структурных дефектов пьезокерамических преобразователей и, следовательно, устранить непостоянство уровня возбуждающих пьезокерамический преобразователь электрических напряжений и нестабильность узкополосного анализатора спектра, благодаря чему повышается точность дефектоскопии. На чертеже (фиг.) представлена функциональная схема устройства дефектоскопии пьезокерамических преобразователей. Устройство дефектоскопии пьезокерамических преобразователей содержит первый и второй генераторы электрических напряжений 1 и 2, первый сумматор 3, клеммы 4 и 5 для подключения пьезокерамического преобразователя, первый фильтр нижних частот 6, второй сумматор 7, анализатор спектра 8, балансный смеситель 9, второй фильтр нижних частот 10, делитель напряжения 11, круговой фазовращатель 12 и пьезокерамический преобразователь 13. Устройство дефектоскопии пьезокерамических преобразователей работает следующим образом. Электрические напряжения с выходов первого и второго генераторов 1 и 2 поступают на входы первого сумматора 3 и входы балансного смесителя 9. На выходе первого сумматора 3 образуется двухчастотное испытательное напряжение, которое через клемму 4 поступает на контролируемый пьезокерамический преобразователь 13, в котором возбуждаются соответствующие механические колебания. Характеристика пьезокерамического преобразователя нелинейна и аппроксимируется степенным рядом, содержащим квадратичный член. При возбуждении пьезокерамического преобразователя двухчастотным испытательным напряжением в спектре механических колебаний появляются гармонические составляющие комбинационных частот. Наиболее низкочастотной составляющей спектра является комбинационная составляющая разностной частоты где и - частоты возбуждающих напряжений. С выхода преобразователя 13 электрическое напряжение комбинационных частот через клемму 5 поступает на первый фильтр нижних частот 6, где производится предварительная фильтрация напряжения для подавления составляющих с частотами возбуждения и двухчастотного испытательного напряжения. Далее низкочастотное напряжение через сумматор 7 поступает на анализатор спектра 8, где производится вы деление информационного напряжения в виде электрического колебания разностной частоты и его регистрация. В результате потерь энергии и запаздывания механических колебаний в пьезокерамическом преобразователе возникает ослабление амплитуды принимаемого информационного напряжения и его фазовый сдвиг где - коэффициент ослабления амплитуды информационного напряжения; - фазовый сдвиг информационного напряжения; - амплитуда опорного напряжения разностной частоты; - время. Для компенсации информационного напряжения формируется опорное напряжение разностной частоты которое образуется в результате непосредственного смешивания сигналов первого и второго генераторов 1 и 2 в балансном смесителе 9. Выделение опорного напряжения разностной частоты осуществляется вторым фильтром нижних частот 10. С помощью делителя напряжения 11 амплитуда опорного напряжения устанавливается равной амплитуде информационного напряжения. Круговым фазовращателем 12 фазовый сдвиг опорного напряжения устанавливается равным по величине, но противоположным познаку фазовому сдвигу информационного напряжения. Момент компенсации напряжений фиксируется по нулевому показанию анализатора спектра 8, настроенного на разностную частоту Значения коэффициента ослабления амплитуды и фазового сдвига считываются по отсчетным устройствам делителя напряжения 11 и кругового фазовращателя 12. Коэффициент ослабления амплитуды в основном зависит от геометрических дефектов материала (микротрещины, раковины, расслоения и т.п.), а фазовый сдвиг - от структурных дефектов (неравномерности плотности, неоднородности состава, анизотропия и т.п.). Поэтому в совокупности коэффициент ослабления амплитуды и фазовый сдвиг колебаний разностной частоты несут полную информацию о внутренних дефектах пьезокерамических преобразователей. В качестве эталонного уровня и выбираются установленные экспериментально уровни и соответствующие допустимому уровню дефекта в пьезокерамическом преобразователе, определяет максимально допустимый размер дефекта, а - максимально допустимую неравномерность структуры материала. О качестве проводимого контроля судят путем сравнения измеренных значений и с соответствующими эталонными значениями и Сравнение с эталонными значениями ослабления амплитуды и фазового сдвига колебаний информационного напряжения может производиться самим оператором или с помощью пороговых блоков (не показаны), подключенных к делителю напряжения 11 и круговому фазовращателю 12, Поскольку измеренные коэффициент ослабления амплитуды и фазовый сдвиг не зависят от уровня электрических напряжений первого и второго генераторов 1 и 2, то исключено влияние нестабильности параметров этих генераторов на точность контроля. Аналогичным образом исключено влияние нестабильности параметров анализатора спектра 8, в частности полосы пропускания. Таким образом, изобретение позволяет повысить точность дефектоскопии пьезокерамических преобразователей за счет измерения двух параметров информационного напряжения (ослабления амплитуды и фазового сдвига), что позволяет выявлять как геометрические (размерные), так и структурные (пространственные) дефекты. Кроме того, компенсационное измерение параметров информационного напряжения исключает влияние непостоянства уровня электрических напряжений и нестабильность параметров узкополосного анализатора спектра на результат контроля.