Ceramika piezoelektryczna do technologii badań nieniszczących

Materiały piezoelektryczne, dyskowy  mają ,  doskonałe piezoelektryczny przetwornik  właściwości sprzęgania siłowo-elektrycznego i są szeroko stosowane w dziedzinie badań nieniszczących. Technologia nieniszczących badań wibracyjnych piezoelektrycznych charakteryzuje się następującymi cechami: 1) jest wrażliwa na małe uszkodzenia wewnętrzne dużych konstrukcji; 2) stabilny i niezawodny, szeroki zakres liniowy pracy, umożliwiający dostosowanie się do bardziej skomplikowanych warunków pracy; 3) bardziej niezawodna stabilność. Późniejsze przetwarzanie danych jest proste. W artykule przedstawiono ogólną konstrukcję piezoelektrycznego urządzenia do badań nieniszczących.

Najpierw wybiera się generator sygnału i wzbudnicę piezoelektryczną jako część wzbudzającą i część emitującą sygnał. Podstawowym urządzeniem części wzbudzającej jest ceramika piezoelektryczna, a specyficzna operacja jest następująca: Najpierw ceramikę piezoelektryczną wkleja się lub zakopuje na powierzchni lub wewnątrz kompozytowego elementu testowego. W ten sposób można jednocześnie podłączyć elementy czujnikowe i wzbudzające; wówczas generator sygnału generuje typowy sygnał napięciowy w postaci fali prostokątnej, a sygnał napięciowy w postaci fali prostokątnej jest łatwy do wygenerowania i ma wysoką precyzję analizy. Zgodnie z odwrotnym efektem piezoelektrycznym, ceramika piezoelektryczna poddana wzbudzeniu napięciem zostanie odkształcona, aby napędzać kompozytowy element testowy i generować okresowy sygnał wibracyjny. Zmienia się także energia struktury wewnętrznej. Okresowe wibracje konstrukcji będą z kolei powodować odkształcenie ceramiki piezoelektrycznej; zgodnie z dodatnim efektem piezoelektrycznym, czujnik piezoelektryczny będzie generował okresowo zmienny sygnał napięciowy, zbierał sygnał, wzmacniał go wzmacniaczem, a następnie odfiltrowywał część zakłóceń. Sygnał jest przesyłany do tensometru oporowego, a następnie cyfrowy przyrząd do akwizycji służy do digitalizacji zebranego sygnału, a na koniec podłączany jest do komputera w celu analizy i przetwarzania sygnału. Pozwala to na analizę wewnętrznych parametrów strukturalnych kompozytu. Elektroniczna maszyna do prób rozciągania jest używana głównie do próby rozciągania materiałów. Wybrany model to elektroniczna maszyna do próby rozciągania WDW300. Zalety są następujące:

1) Możliwe jest załadowanie i zmierzenie próbki z dużą precyzją;

2) Silnik prądu stałego i tyrystorowy system bezstopniowej regulacji prędkości mogą realizować bezstopniową regulację.

Przyrząd do wykrywania obciążenia wybiera czujnik obciążenia ciągnącego typu BLR42. Metoda połączenia ma postać mostka Wheatstone'a. Tensometr oporowy i wrażliwe elementy elastyczne są przymocowane do badanego elementu. Metodą przyklejania może być tryb pełnego mostu, który może poprawić czułość; ten instrument jest tańszy i może generować dowolne przebiegi i sygnały szerokopasmowe. Oscyloskop wykorzystuje oscyloskop dwuścieżkowy i dwuścieżkowy wyświetlacz do jednoczesnej obserwacji sygnału wzbudzenia i sygnału odpowiedzi. Porównując sygnał zarejestrowany przez kolektor z sygnałem wyświetlanym na oscyloskopie, można określić, czy odbierany sygnał jest zniekształcony i jaki jest jego stopień; można również obserwować wyświetlanie sygnału na oscyloskopie, aby upewnić się, że napięcie sygnału wysyłane do kolektora nie przekracza maksymalnego dopuszczalnego poziomu kolektora.

 

The Pierścień piezoceramiczny z materiału PZT8  w czujniku piezoelektrycznym charakteryzuje się bardzo dużą rezystancją wewnętrzną, a moc sygnału wyjściowego jest niewielka. Zasadniczo nie można go bezpośrednio wyświetlać, nagrywać ani używać i należy go poddać transformacji impedancji i wzmocnieniu sygnału. Dlatego obwód pomiarowy używany z Pierścień ceramiczny piezoelektryczny z twardego materiału  musi być przedwzmacniaczem o wysokiej impedancji wejściowej, który ma dwie funkcje: pierwsza polega na wzmocnieniu słabego sygnału czujnika piezoelektrycznego; drugim jest wyprowadzenie czujnika o wysokiej impedancji. Przekształcony w wyjście o niskiej impedancji. Wzmacniacz ładunku można wybrać spośród wyprodukowanego wzmacniacza ładunku DHF2A. Tensometr oporowy urządzenia jest typu YD28. Tensometr ma wewnątrz obwód sprzężenia zwrotnego, który może automatycznie zerować i wyeliminować dryf zera. Tensometr ma również zalety: niski poziom hałasu, szerokie pasmo przenoszenia i wysoką stabilność. Wewnętrzny obwód zabezpieczający przed wyłączeniem zasilania eliminuje niektóre niebezpieczne czynniki.

Wykorzystany w tym artykule przyrząd do gromadzenia danych WSUSB ma 16 kanałów. Instrument jest stosunkowo zaawansowanym urządzeniem z technologią automatycznego skanowania kanałów i pamięcią buforową FIF0, dzięki czemu dane mogą być automatycznie zbierane i przetwarzane, a prędkość przetwarzania jest również dość wysoka. Do akwizycji sygnału wykorzystuje się oprogramowanie. Oprogramowanie do analizy i przetwarzania sygnałów wykorzystuje oprogramowanie V.0205, które jest kompatybilne z systemem operacyjnym. Dlatego instalacja jest wygodna i można się jej nauczyć samodzielnie zgodnie z instrukcją. W trakcie eksperymentu pewne niezwiązane ze sobą czynniki będą zawsze zakłócać test, takie jak wysokie i niskie napięcie, zakłócenia zewnętrznych pól elektrycznych i magnetycznych. Dlatego bardzo konieczna jest regulacja sygnału wejściowego. Po wielokrotnych próbach i testach stwierdziłem, że regulator napięcia AC SM7801J może osiągnąć ten cel.

Podczas zbierania sygnałów należy zwrócić uwagę na:

1) Sygnał pomiarowy nie powinien przekraczać wartości maksymalnej;

2) Stosunek sygnału do szumu sygnału wejściowego jest stosunkowo wysoki. Jeśli jest więcej sygnałów szumu, musi on zostać przetworzony przez filtr;

3) Przetestuj i przeanalizuj prędkość konwersji kolektora, prędkość przetwarzania komputera i prędkość transmisji interfejsu.

Etapy projektowania eksperymentalnego opisane w tym artykule dzielą się na:

1) Piezoelektryczny kryształ ceramiczny jest przyspawany i mocowany na powierzchni próbki belki kompozytowej na bazie włókna węglowego. I testowanie działania tego domowego czujnika;

2) Sprawdzenie działania przyrządu użytego w teście. Debuguj instrument i ustaw parametry;

3) Badana jest zdrowa próbka złożona, a sygnał rejestrowany jest w jednym kanale;

4) Umieścić próbkę na elektronicznej maszynie rozciągającej, zwiększyć nacisk na próbkę, zasygnalizować test i zarejestrować proces ładowania (tj. proces uszkodzenia próbki) oraz akwizycję dwukanałową;

5) Wprowadź zebrany sygnał do komputera, użyj oprogramowania do konwersji danych, a następnie wykonaj analizę widma.