№ 818-1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Технологический институт Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет»

Методические указания к выполнению лабораторной работы

Автоматизированная установка для измерения

параметров пьезоэлектрических преобразователей

по курсу

Акустические измерения

для студентов очной, очно-заочной и вечерней

форм обучения

по специальностям:

200102 – Приборы и методы контроля качества и

диагностики;

200105 – Акустические приборы и системы;

180301 – Морская акустика и гидрофизика

Таганрог 2011

Авторы: Т.Н. Куценко – к.т.н., доцент кафедры ЭГА и МТ;

С.С. Снесарев – ст. препод. кафедры ЭГА и МТ;

Г.В. Солдатов – аспирант ЭГА и МТ

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Акустические измерения» на тему: «Автоматизированная установка для измерения параметров пьезоэлектрических преобразователей» для студентов очной, очной заочной и вечерней форм обучения для специальностей: 200102 – Приборы и методы контроля качества и диагностики; 200105 – Акустические приборы и системы; 180301 – Морская акустика и гидрофизика. Таганрог. 2011. - 33с.

Табл. 16. Ил.19. Библиогр.: 6 назв.

Рецензент: В.Ю.Дорошенко, к.т.н., доцент

1. 1. Цель работы

1. Изучить принцип работы «Автоматизированной установки для измерения параметров пьезоэлектрических преобразователей» с применением цифровых измерительных приборов, АЦП и ЭВМ.

2. Научиться измерять основные характеристики пьезоэлектрических преобразователей и оценивать погрешности измерений на автоматизированной установке.

2. Теоретические сведения

   1. Назначения и область применения измерительных установок в акустических измерениях

При промышленном выпуске гидроакустических антенн, эхолотов, гидролокаторов бокового обзора, профилографов, а также головок дефектоскопов, различных излучателей, работающих в воздухе и других средах, технические характеристики и параметры пьезоэлектрических преобразователей обеспечиваются контролем их основных электроакустических параметров, от которых в первую очередь зависят характеристики всего изделия. Такой контроль проводится как в процессе производства акустических систем (пьезокерамики, блоков, антенн, преобразователей и др.), так и в процессе их эксплуатации и является довольно трудоемкой и дорогой технологической операцией.

Основными электроакустическими параметрами, определяющими эксплуатационные характеристики пьезоэлектрических преобразователей являются: частоты резонанса и антирезонанса, полоса пропускания, добавочные резонансы, активная составляющая полного электрического сопротивления, частотная зависимость модуля полного (комплексного) сопротивления от частоты.

2. Методика измерения параметров преобразователей

Рисунок 2.1 – Структурная схема стандартной установки для измерения параметров преобразователей. 1 – генератор; 2 – частотомер; 3 – осциллограф; 4 – вольтметр (напряжение на выходе генератора Uг); 5 – резистор Rд; 6 – преобразователь; 7 – вольтметр (напряжение на преобразователе Uпр); 8 – фазометр (разность фаз между током и напряжением φ).

Основные электроакустические параметры пьезоэлектрических преобразователей определятся по частотной характеристике. Контроль частотной характеристики модуля полной электрической проводимости (сопротивления) по которой определяются такие основные характеристики пьезоэлектрического преобразователя как частоты резонанса f_r и антирезонанса f_а, полоса пропускания, активные и реактивные сопротивления проводится по стандартной структурной схеме, представленной на рис.2.1 [1].

Установка состоит из низкочастотного генератора 1, который служит для создания электрических колебаний в преобразователе в требуемом диапазоне частот, добавочного резистора 5, преобразователя 6; осциллографа 3; электронных вольтметров 4 и 7 для контроля напряжения на преобразователе ПР и на добавочном резисторе R; фазометра 8.

Результатами измерений являются значения: U_пр – напряжение на преобразователе; U_г – напряжение на выходе генераторе; φ – разность фаз между током и напряжением на преобразователе.

По измеренным данным определяются следующие параметры преобразователя:

1. |Z| – модуль полного электрического сопротивления

;

2. |Y| – модуль полной электрической проводимости

;

3. R_w – активная составляющая полного электрического сопротивления

^;

4. X – реактивная составляющая полного электрического сопротивления

;

5. G – активная составляющая полной электрической проводимости

;

6. B – реактивная составляющая полной электрической проводимости

;

7. C_д - динамическая емкость преобразователя

.

Измерение частотной характеристики преобразователей по структурной схеме, представленной на рис. 2.1, является длительным и трудоемким процессом, требующим внимания и временных затрат. Автоматизированная установка измеряет частотную характеристику преобразователя автоматически, обрабатывает результаты и выдает данные в виде таблиц и графиков.