Общество с ограниченной ответственностью
Научно-производственный центр
контрольные измерительные технологии

УДК 681.518.54; 681.586.773

Михайлов П.Г., Лапшин И.О., Михайлова В.П.

Контроль и диагностика чувствительных элементов пьезоэлектрических датчиков

Mikhaylov P.G., Lapshin I. O., Mikhaylovа V. P.

Control and diagnostics of sensing elements of the piezoelectric sensors

Описаны методы диагностики и применение их в конструкции пьезоэлектрических датчиков акустических давлений, использующих прямой и обратный пьезоэффекты.

Ключевые слова: ДАТЧИК, ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТ, ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ДИАГНОСТИКА, КОНТРОЛЬ, ПЬЕЗОЭФФЕКТ, ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА.

Are described the methods of diagnostics and their application in the construction of the piezoelectric sensors of the acoustic pressures, which use the straight and reverse piezoelectric effect.

The keywords: SENSOR, PIEZOELECTRIC CELL, SENSING ELEMENT, DIAGNOSTICS, CONTROL, PIEZOELECTRIC EFFECT, THE PHYSICAL QUANTITY

Основным компонентом, определяющим технические и эксплуатационные характеристики датчика является его чувствительный элемент (ЧЭ). Поэтому при разработке, изготовлении и функционировании ЧЭ большое внимание уделяется контролю и диагностике их работоспособности. Кроме того, при разработке ЧЭ в их конструкцию целесообразно закладывать элементы контроля электрической и механической целостности ЧЭ. В качестве указанных элементов могут быть использованы нагреватели, вибраторы, резисторы, пьезотрансформаторы и т.д. [1, 2].

Так, применительно к пьезоэлектрическим датчикам, измеряющие давление и вибрацию, необходимо осуществлять дистанционный контроль работоспособности на уровне пьезоэлемента, с целью определения его механической целостности и работоспособности. 

Принцип диагностики пьезоэлемента основан на использовании прямого и обратного пьезоэффектов. Подавая на электроды пьезоэлемента переменное напряжение, а затем, измеряя отклик, можно судить о его работоспособности. Для повышения достоверности контроля, в пьезоэлементе используется дополнительный электрод, служащий для подачи контролирующего переменного напряжения или импульсов (рис. 1). Данная система работает как пьезоэлектрический трансформатор [3]. При подаче на вход напряжения с частотой равной или кратной частоте механического резонанса в пьезоэлементе образуется стоячая волна с максимальной амплитудой колебаний. На резонансной частоте коэффициент трансформации (1) достигает максимума и не зависит от геометрических размеров пьезоэлемента: 

Полный текст: ссылка Выбор материала