膜片式压电驱动器缺陷检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于压电驱动器缺陷检测技术，涉及一种激光陀螺用压电驱动器的缺陷检测方法。
【背景技术】
[0002]膜片式压电驱动器作为激光陀螺的驱动器，其在军事、民用惯性导航、制导领域有其广泛的用途。激光陀螺用压电驱动器一般由低膨胀材料和压电陶瓷片组成。
[0003]压电驱动器要长期工作在高低温环境下、受反复伸缩变形、“内应力”等不利因素影响，压电驱动器的内部缺陷和连接层的缺陷一旦超过一定程度，很容易导致缺陷或“微裂纹，，扩展，从而导致压电驱动器失效，进而导致整个激光陀螺失效，进而导致惯导系统工作异常。
[0004]压电驱动器内部缺陷和连接层缺陷，一般通过破坏性试验检测，通过断面检测连接强度或连接面积，为抽检，存在检测效率低，检测精度低的特点。而通过X射线检测存在对连接层定位难、难以检测整体，检测效率低下、检测精度相对较低的特点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是:提供一种检测效率高、检测精度高、检测成本低，能有效检测膜片式压电驱动器内部缺陷和连接层缺陷的检测方法。
[0006]本发明的技术方案是:一种膜片式压电驱动器缺陷检测方法，其包括如下步骤:
[0007]步骤1、将压电陶瓷片的正负电极分别连接到幅频特性测试检测设备，输出幅频特性曲线，通过判断幅频特性上的毛刺，确定该压电陶瓷片内部有无缺陷；
[0008]如果幅频特性曲线上有毛刺，则认为有缺陷，剔除该压电陶瓷片，反之，则认为没有内部缺陷；
[0009]步骤2:将没有内部缺陷的两个压电陶瓷片和基底材料通过焊接或胶粘连接在一起形成压电驱动器，其中，该基底材料设置在两个压电陶瓷片之间；
[0010]步骤3:分别引出两个压电陶瓷片的正极连接线和负极连接线，并分别连接到幅频特性测试检测设备，并输出两个压电陶瓷片各自幅频特性曲线；
[0011]步骤4、任何一个压电陶瓷片的幅频特性曲线出现毛刺时，认为存在连接层缺陷，则剔除整个驱动器，只有当两个压电陶瓷片的幅频特性曲线均无毛刺时，则认为没有缺陷。
[0012]所述毛刺为幅频特性曲线的斜率在除谐振点、反谐振点外，曲线切线斜率从正值突变为负值或由负值突变为正值的区域。
[0013]本发明的技术效果是:本发明膜片式压电驱动器缺陷检测方法采用小信号测试，为无损测试，避免了传统的破坏性检测。另外，相对其他X射线的无损检测技术，本发明通过检测压电驱动器幅频特性曲线，检测压电驱动器内部缺陷和连接层缺陷，具有检测效率高、检测精度高、检测成本低的优点。
【附图说明】
[0014]图1为本发明膜片式压电驱动器缺陷检测方法的具体过程；
[0015]图2为膜片式压电驱动器示意图，
[0016]I为基体、2为连接层、3为压电元件、4为压电元件负极连接线、5为压电元件正极连接线；
[0017]图3:正常压电元件幅频特性曲线示意图，
[0018]6为压电元件幅频特性曲线；
[0019]图4为压电元件存在内部缺陷时，对应幅频特性曲线出现“毛刺”的示意图；
[0020]图5为毛刺相对图4出现的扩大示意图；
[0021]图6为压电驱动器连接层无缺陷时幅频特性曲线示意图；
[0022]图7为压电驱动器连接层出现缺陷时幅频特性曲线示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
[0024]压电元件加电压时，压电元件沿径向伸缩变形。当对压电元件加交变电压时，压电元件径向振动。
[0025]压电幅频特性曲线测试采用对压电元件采用一定输入电压，输入不同的频率采集压电元件振动的反馈信号，从而形成幅频特性曲线。
[0026]根据振动理论，振动频率与等效长度“I”和质量分布“m”相关，一旦压电元件内部存在裂纹，或内部缺陷超过一定程度，就会造成等效长度“ I ”和质量分布“m”的连续性被破坏，从而造成压电元件振动模式部分区域“间断”，进而导致压电振动的反馈信号产生异常，导致压电元件幅频特性曲线出现“毛刺”。
[0027]当压电元件与基体材料连接“连续”时，由于二阶压电效应的存在连续，因此压电元件的振动模式不会间断，压电驱动器的幅频特性曲线仍连续不出现“毛刺”。
[0028]一旦当压电元件与基体材料连接出现不连续，即二阶压电效应的“存在”不连续超过一定程度，就会造成等效长度“ I ”和质量分布“m”的连续性被破坏，从而造成压电元件谐振模式间断，进而导致压电振动的反馈信号产生异常，导致压电元件幅频特性曲线出现“毛刺”。
[0029]压电驱动器同时受压电元件和连接层的影响，压电元件或连接层出现缺陷都会导致压电驱动器谐振模式间断，进而导致压电振动的反馈信号产生异常，幅频曲线出现“毛刺”。因此，从原理上分析，可以采用压电驱动器同时对压电元件缺陷和连接层缺陷进行检测。
[0030]本发明膜片式压电驱动器缺陷检测方法通过将膜片式压电驱动器接到幅频特性测试设备，得到压电驱动器的幅频特性曲线，通过判断幅频特性曲线有无毛刺，来确定是否存在缺陷。
[0031]请参阅图1，本发明膜片式压电驱动器缺陷检测方法的具体过程如下:
[0032]步骤1、将压电陶瓷片的正负电极分别连接到幅频特性测试检测设备，输出幅频特性曲线，通过判断幅频特性上的毛刺，确定该压电陶瓷片内部有无缺陷；
[0033]如果幅频特性曲线上有毛刺，如图4所示，则认为有缺陷，剔除该压电陶瓷片，反之，如图3，则认为没有内部缺陷；
[0034]步骤2:如图2所示，将没有内部缺陷的两个压电陶瓷片和基底材料通过焊接或胶粘连接在一起形成压电驱动器，其中，该基底材料设置在两个压电陶瓷片之间；
[0035]步骤3:分别引出两个压电陶瓷片的正极连接线和负极连接线，并分别连接到幅频特性测试检测设备，并输出两个压电陶瓷片各自幅频特性曲线；
[0036]步骤4、任何一个压电陶瓷片的幅频特性曲线出现毛刺时，认为存在连接层缺陷，则剔除整个驱动器，只有当两个压电陶瓷片的幅频特性曲线均无毛刺时，则认为没有缺陷，如图6所示。
[0037]另外，对本发明方法所探测的缺陷进行进一步验证:
[0038]将有“毛刺”的压电元件，如图4所示，受反复冲击力，可以看出随着冲击次数的增力口，压电元件的内部缺陷将不断增大，而同时，通过幅频特性检测设备检测时，“毛刺”也不断增大，见图5。由于压电元件内部缺陷受反复冲击力扩展，扩展成为裂纹并且不断扩大，最终可以检测到压电元件出现可见裂纹。
[0039]将两个压电元件和基体材料连接在一起时，分别连接成两个压电驱动器，其中因连接工艺问题产生连接层缺陷。
[0040]对两个压电驱动器检测幅频特性曲线，可以看出，一个压电驱动幅频特性曲线明显出现“毛刺”，如图7，另一个完好，如图6。
[0041]将图6所示幅频特性曲线没有毛刺的压电驱动器，将压电元件剔除后，观察连接层，没有观察到连接层部分存在缺陷。
[0042]对图7所示，幅频特性曲线明显出现毛刺的压电组件将压电元件剔除，可观察到部分连接层存在缺陷，导致压电元件和基体材料未连接或连接不完整。
[0043]从而充分证明本发明膜片式压电驱动器缺陷检测方法的有效性和精度，能够探测传统破坏性方法无法检测的缺陷(通过放大能用传统方式确认所探测到的缺陷)。
[0044]综上所述，本发明膜片式压电驱动器缺陷检测方法采用小信号测试，为无损测试，避免了传统的破坏性检测。另外，相对其他X射线的无损检测技术，本发明通过检测压电驱动器幅频特性曲线，检测压电驱动器内部缺陷和连接层缺陷，具有检测效率高、检测精度高、检测成本低的优点。
【主权项】
1.一种膜片式压电驱动器缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1、将压电陶瓷片的正负电极分别连接到幅频特性测试检测设备，输出幅频特性曲线，通过判断幅频特性上的毛刺，确定该压电陶瓷片内部有无缺陷； 如果幅频特性曲线上有毛刺，则认为有缺陷，剔除该压电陶瓷片，反之，则认为没有内部缺陷； 步骤2:将没有内部缺陷的两个压电陶瓷片和基底材料通过焊接或胶粘连接在一起形成压电驱动器，其中，该基底材料设置在两个压电陶瓷片之间； 步骤3:分别引出两个压电陶瓷片的正极连接线和负极连接线，并分别连接到幅频特性测试检测设备，并输出两个压电陶瓷片各自幅频特性曲线； 步骤4、任何一个压电陶瓷片的幅频特性曲线出现毛刺时，认为存在连接层缺陷，则剔除整个驱动器，只有当两个压电陶瓷片的幅频特性曲线均无毛刺时，则认为没有缺陷。2.根据权利要求1所述的膜片式压电驱动器缺陷检测方法，其特征在于，所述毛刺为幅频特性曲线的斜率在除谐振点、反谐振点外，曲线切线斜率从正值突变为负值或由负值突变为正值的区域。
【专利摘要】本发明属于压电驱动器缺陷检测技术，涉及一种激光陀螺用压电驱动器的缺陷检测方法。本发明属于膜片式压电驱动器检测方法，通过测试膜片式压电驱动器的幅频特性曲线，即通过压电元件内部缺陷、压电陶瓷片与连接基体的连接的缺陷对压电元件的振动模式的影响，从而定性检测压电片的内部缺陷、压电陶瓷片与连接基体的连续性缺陷检测。依靠本方法，可实现检测压电元件的内部缺陷和压电驱动器连接层的连续性缺陷检测，且操作简单，易行，实现了无损检测。相对传统检测方式，可直接检测产品缺陷和连接层缺陷，有检测效率高、检测精度高、检测成本低的优点。
【IPC分类】G01N27/00
【公开号】CN105675648
【申请号】
【发明人】张华伟, 耿岚昱, 陈宁, 王朋国, 焦潞铭
【申请人】中国航空工业第六一八研究所
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2014年11月17日