本發(fā)明涉及壓電陶瓷檢測(cè)，具體涉及一種水聲換能器壓電陶瓷壓電性能通用檢測(cè)方法及裝置。
背景技術(shù)：
1、基于壓電陶瓷的水聲換能器一般由結(jié)構(gòu)件、壓電陶瓷、前置電路、硫化層組成。主要用于水下聲信號(hào)的采集（被動(dòng)水聲換能器）與水下聲信號(hào)發(fā)射（主動(dòng)水聲換能器）。水聲換能器中的結(jié)構(gòu)件用于夾持、安裝壓電陶瓷，同時(shí)也是硫化層的附著表面。前置電路用于信號(hào)的放大，阻抗匹配。硫化層一般采用聚氨酯硫化工藝成型，用于在壓電陶瓷和聲波介質(zhì)（水）間形成隔絕層，同時(shí)對(duì)脆弱的陶瓷起到一定保護(hù)作用。如圖1所示，為一種典型水聲換能器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
2、壓電陶瓷作為換能器的核心部件，可將聲場(chǎng)振動(dòng)機(jī)械能與電場(chǎng)電能相互轉(zhuǎn)換。作為接收換能器，壓電陶瓷將聲波振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成微弱電信號(hào)。作為發(fā)射換能器，壓電陶瓷則是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，將能量以聲波的形式發(fā)射出去。壓電陶瓷的壓電性能直接決定了換能器的關(guān)鍵性能指標(biāo)，如靈敏度，發(fā)射響應(yīng)，指向性等。因此在水聲換能器的設(shè)計(jì)與制造過程中，如何實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷最佳壓電性能是一個(gè)核心關(guān)鍵課題。
3、壓電陶瓷的壓電性能受到多種因素影響，工程實(shí)踐中壓電陶瓷的預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)最為關(guān)鍵。受水聲換能器的使用場(chǎng)景和制造工藝限制，水聲換能器的靈敏度、指向性等核心指標(biāo)只能在水下進(jìn)行專業(yè)測(cè)試才能定量考核，所以換能器只能在完成硫化成型后方可進(jìn)行指標(biāo)測(cè)試。但硫化成型后的換能器無法對(duì)壓電陶瓷的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行調(diào)節(jié)，如前期裝配過程中的瑕疵造成預(yù)應(yīng)力不平衡，將一定概率導(dǎo)致?lián)Q能器的靈敏度、指向性等核心指標(biāo)超差。因此如何在壓電陶瓷裝配完成后，換能器硫化成型前對(duì)壓電陶瓷的壓電性能進(jìn)行定量檢測(cè)，是提高換能器質(zhì)量的關(guān)鍵。如圖2所示，為一種典型水聲換能器壓電陶瓷預(yù)應(yīng)力受力示意圖，在換能器的裝配過程中通過調(diào)節(jié)壓緊螺母，給下方的壓電陶瓷環(huán)施加向下的預(yù)應(yīng)力。該預(yù)應(yīng)力的大小與平衡直接影響了換能器硫化成型后的關(guān)鍵性能指標(biāo)，如能在硫化成型前對(duì)預(yù)應(yīng)力下的壓電性能進(jìn)行測(cè)量評(píng)估，可有效提高換能器的合格率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供水聲換能器壓電陶瓷壓電性能通用檢測(cè)方法，以提高換能器的合格率。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：一種水聲換能器壓電陶瓷壓電性能通用檢測(cè)方法，包括：
3、s1、將被測(cè)換能器的壓電陶瓷安裝到結(jié)構(gòu)件中，調(diào)整預(yù)應(yīng)力狀態(tài)；若壓電陶瓷預(yù)應(yīng)力狀態(tài)與硫化封膠前一致，無需再做額外調(diào)整。
4、s2、將被測(cè)換能器與標(biāo)準(zhǔn)換能器固定在對(duì)稱位置，利用對(duì)稱振動(dòng)工裝同時(shí)對(duì)兩者進(jìn)行振動(dòng)能量輸出；也就是對(duì)被測(cè)換能器與標(biāo)準(zhǔn)換能器同時(shí)施加相等的能量輸入，便于后續(xù)測(cè)試過程中的比對(duì)。標(biāo)準(zhǔn)換能器指經(jīng)過專業(yè)計(jì)量機(jī)構(gòu)測(cè)試，頻率響應(yīng)穩(wěn)定的換能器。
5、s3、同時(shí)采集、監(jiān)測(cè)兩路換能器的輸出信號(hào)，調(diào)整振動(dòng)工裝的各項(xiàng)參數(shù)，使得兩路信號(hào)的幅值穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，記錄此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)換能器的輸出幅值，記為a1；各項(xiàng)參數(shù)包括但不限于距離、位置、頻率、幅度等，目的是使得采集的兩路信號(hào)完整、穩(wěn)定。
6、s4、計(jì)算兩路信號(hào)幅值的比值，記為k1，k值即為被測(cè)換能器壓電陶瓷在裝配狀態(tài)下的壓電性能標(biāo)量值，同時(shí)固定此時(shí)的測(cè)量要素集合m；所述測(cè)量要素集合m包括被測(cè)換能器安裝位置、標(biāo)準(zhǔn)換能器安裝位置，振動(dòng)工裝輸出參數(shù)。
7、s41：截取兩路信號(hào)同一時(shí)間窗的幅值平均值進(jìn)行計(jì)算，時(shí)間窗應(yīng)在兩路信號(hào)的穩(wěn)態(tài)過程中選取，非穩(wěn)態(tài)信號(hào)不應(yīng)納入時(shí)間窗；
8、s42：固定此時(shí)的測(cè)量要素集合m，該步驟應(yīng)充分考慮影響振動(dòng)能量輸出的各個(gè)因素，一般情況下必然包括被測(cè)品安裝位置、標(biāo)準(zhǔn)換能器安裝位置，振動(dòng)工裝位置等因素。
9、s5、更換被測(cè)換能器，在測(cè)量要素集合m條件下，獲得新被測(cè)換能器的k2值，以此類推，批量測(cè)試獲得一個(gè)kn序列，且該序列保持在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，從而控制成品換能器的核心性能指標(biāo)的一致性。
10、在此步驟中，還應(yīng)觀察標(biāo)準(zhǔn)換能器的輸出值與a1值的差值，當(dāng)差值大于預(yù)設(shè)門限時(shí)，表明測(cè)量要素集合m發(fā)生了不可忽略的偏移，應(yīng)及時(shí)調(diào)整測(cè)試要素，使得標(biāo)準(zhǔn)換能器的輸出值回歸a1值。
11、一種水聲換能器壓電陶瓷壓電性能通用檢測(cè)裝置，包括：
12、安裝支架，對(duì)稱布置，用于安裝被測(cè)換能器與標(biāo)準(zhǔn)換能器；
13、振動(dòng)工裝，設(shè)置于安裝支架一側(cè)，用于同時(shí)對(duì)被測(cè)換能器與標(biāo)準(zhǔn)換能器進(jìn)行振動(dòng)能量輸出；
14、振動(dòng)電機(jī)，與振動(dòng)工裝相連，所述振動(dòng)電機(jī)連接有振動(dòng)控制盒，
15、信號(hào)采集系統(tǒng)，通過連接電纜與被測(cè)換能器與標(biāo)準(zhǔn)換能器相連，通過上位機(jī)軟件截取兩路信號(hào)的幅值，并進(jìn)行比值對(duì)比。
16、所述安裝支架上設(shè)置有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整被測(cè)換能器與標(biāo)準(zhǔn)換能器的安裝位置。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
18、能夠在硫化成型前將換能器壓電陶瓷的壓電性能調(diào)至最優(yōu)狀態(tài)；
19、對(duì)于批量樣本，能有效控制壓電陶瓷的壓電性能在一定范圍內(nèi)，從而保證換能器關(guān)鍵性能指標(biāo)的一致性；
20、能夠方便快捷、定量地研究壓電陶瓷在不同預(yù)應(yīng)力條件下的壓電性能，為各類換能器設(shè)計(jì)、壓電陶瓷選型提供新的思路與手段。
1.一種水聲換能器壓電陶瓷壓電性能通用檢測(cè)方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水聲換能器壓電陶瓷壓電性能通用檢測(cè)方法，其特征在于，所述測(cè)量要素集合m包括被測(cè)換能器安裝位置、標(biāo)準(zhǔn)換能器安裝位置，振動(dòng)工裝輸出參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水聲換能器壓電陶瓷壓電性能通用檢測(cè)方法，其特征在于，所述將被測(cè)換能器與標(biāo)準(zhǔn)換能器同時(shí)固定在對(duì)稱位置，利用對(duì)稱振動(dòng)工裝同時(shí)對(duì)兩者進(jìn)行振動(dòng)能量輸出，包括對(duì)被測(cè)換能器與標(biāo)準(zhǔn)換能器同時(shí)施加相等的能量輸入，便于后續(xù)測(cè)試過程中的比對(duì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水聲換能器壓電陶瓷壓電性能通用檢測(cè)方法，其特征在于，所述計(jì)算兩路信號(hào)幅值的比值包括：
5.一種水聲換能器壓電陶瓷壓電性能通用檢測(cè)裝置，基于權(quán)利要求4所述的水聲換能器壓電陶瓷壓電性能通用檢測(cè)方法，其特征在于，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水聲換能器壓電陶瓷壓電性能通用檢測(cè)裝置，其特征在于，所述安裝支架（1）上設(shè)置有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（7），用于調(diào)整被測(cè)換能器與標(biāo)準(zhǔn)換能器的安裝位置。