Спосіб дефектоскопії п’єзокерамічних перетворювачів

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля качества изделий и может быть использовано для комплексной оценки свойств пьезокерамических преобразователей и последующей сортировки их по коэффициенту преобразования и времени задержки. Наиболее близким к заявляемому является способ дефектоскопии пьезокерамических преобразователей, заключающийся в том, что в них возбуждают механические колебания переменным электрическим полем двух частот в области резонанса частотной характеристики пьезокерамического преобразователя, регистрируют механические колебания на резонансной частоте и о качестве пьезокерамических преобразователей судят, сравнивая их с эталонными значениями. При этом принимают эхо-сигналы от возбуждающего поля, измеряют их амплитуду и по ней судят о качестве пьезокерамического преобразователя. Из-за неизбежной задержки механических колебаний внутри пьезокерамического преобразователя происходит не только их ослабление, но и фазовая задержка, которая зависит как от геометрических параметров пьезокерамического преобразователя, так и от его внутренних дефектов. Поэтому амплитуду принимаемых колебаний можно рассматривать как комплексную величину, которая характеризуется двумя параметрами: модулем и фазой, или двумя ортогональными составляющими. Недостатком этого способа является невысокая точность дефектоскопии пьезокерамических преобразователей. Это объясняется низкой чувствительностью к структурным дефектам материала пьезокерамических преобразователей, таких как неравномерность плотности материала, внутренние деформации, вариации химического состава и так далее. В частности, неоднородности состава пьезокерамических материалов и их неравномерное распределение по толщине и диаметру пьезокерамического преобразователя сильно влияют на время прохождения механических колебаний в контролируемой среде (время задержки) и мало влияют на модуль (амплитуду) принятого информационного сигнала. В результате этого известный способ позволяет обнаруживать внутренние трещины, раковины, пузырьки и тому подобное, влияющие только на энергетические параметры преобразователя (затухание, сопротивление и тому подобное), а структурные дефекты, влияющие на время распространения механических колебаний, оказываются необнаруженными. В основу изобретения поставлена задача создать такой способ дефектоскопии пьезокерамических преобразователей, в котором введение новых операций перед операцией возбуждения механических колебаний в пьезокерамических преобразователях позволило бы обеспечить выявление геометрических и структурных дефектов, благодаря чему повысилась бы точность дефектоскопии пьезокерамических преобразователей. Поставленная задача решается тем, что в способе дефектоскопии пьезокерамических преобразователей, заключающемся в том, что механические колебания возбуждают переменным электрическим полем двух частот в области резонанса частотной характеристики пьезокерамического преобразователя, регистрируют механические колебания на разностной частоте и о качестве пьезокерамических преобразователей судят по результатам сравнения их значений с эталонным значением, согласно изобретению, переменное электрическое поле двух частот смешивают вне пьезокерамического преобразователя, выделяют из него опорное низкочастотное колебание разностной частоты, напряжение которого дополнительно сдвигается на 90°, измеряют проекции комплексной амплитуды принятых колебаний разностной частоты на опорное и квадратурное с ним напряжение и о качестве пьезокерамических преобразователей судят по результатам сравнения значения двух проекций комплексной амплитуды принятых колебаний разностной частоты с эталонным значением. Смешивание переменного электрического поля двух частот вне пьезокерамического преобразователя в сочетании с другими существенными признаками позволяет путем измерения как амплитуды, так и фазы принимаемых колебаний получить информацию не только о потерях энергии механических колебаний на геометрических дефектах пьезокерамических преобразователей, но и о дополнительном запаздывании механических колебаний от структурных дефектов, связанных с вариациями плотности и распределением неоднородностей по объему материала этих преобразователей, это повышает качество контроля пьезокерамических преобразователей за счет более полного выявления внутренних дефектов. На чертеже (фиг.) представлена функциональная схема устройства, реализующего данный способ дефектоскопии пьезокерамических преобразователей. Схема содержит генераторы электрических колебаний 1 и 2, сумматор 3, клеммы 4 и 5 для подключения контролируемого пьезокерамического преобразователя, балансный смеситель 6, фильтры нижних частот 7 и 8, усилитель низкой частоты 9, синхронные детекторы 10 и 11, квадратурный фазовращатель 12, вольтметры 13 и 14, контролируемый пьезокерамический преобразователь 15. Входы сумматора 3 и балансного смесителя 6 подключены к выходам генераторов 1 и 2. Входная клемма 4 соединена с выходом сумматора 3, а выходная клемма 5 - с последовательно соединенными фильтром нижних частот 7 и усилителем низкой частоты 9. К выходу балансного смесителя 6 через фильтр нижних частот 8 подключены непосредственно опорный вход синхронного детектора 10 и опорный вход синхронного детектора 11 через квадратурный фазовращатель 12. Сигнальные входы синхронных детекторов 10 и 11 соединены с выходом усилителя низкой частоты 9. К выходам синхронных детекторов 10 и 11 подключены вольтметры 13 и 14. Способ дефектоскопии пьезокерамических преобразователей осуществляется следующим образом. Исходные электрические колебания генераторов 1 и 2 суммируются с помощью сумматора 3 и возбуждают пьезокерамический преобразователь 15 переменным электрическим полем двух близких частот. Частоты колебаний ω 1 и ω 2 выбираются близкими в области резонанса частотной характеристики пьезокерамического преобразователя в пределах полосы пропускания. Характеристика пьезокерамического преобразователя в общем случае нелинейна, аппроксимируется степенным рядом, содержащим квадратичный член. При этом квадратичная нелинейность при подаче на пьезокерамический преобразователь переменного электрического поля двух близких частот приводит к появлению одного из комбинационных колебаний разностной частоты, которое и выбирается в качестве сигнала отклика пьезокерамического преобразователя. Разностную частоту W = ω 1 - ω2 выбирают в удобном для измерения диапазоне частот с удалением от частот поля электрического возбуждения на один - два порядка в область низких частот (W