超聲元件分析儀

產(chǎn)品簡(jiǎn)介：

1. 尺寸僅有24cm*14cm*(前5cm后10cm)，重量?jī)H有1.95千克。

   目前最便攜的超聲阻抗分析儀。

2. 超大觸摸屏，無(wú)需物理按鍵，一次顯示全部參數(shù)和圖形，更直觀。

3. 超快測(cè)試速度，一次測(cè)試1000點(diǎn)僅需5秒。

4. 也可以連接電腦使用，且軟件與PV70A/80A*兼容。

5. 最大測(cè)試頻率可達(dá)5MHz。

一．   關(guān)于供電

系統(tǒng)可以工作在AC220V-250V的任意電壓下，功率30W，本儀器自帶專(zhuān)用電源，電源插口在儀器后部5芯的航空插頭。

二．   操作流程：

儀器操作流程如下：

1. 左后方五芯航插接上儀器專(zhuān)用電源，然后打開(kāi)儀器左側(cè)的開(kāi)關(guān)。

2. 系統(tǒng)啟動(dòng)完成后，進(jìn)入“中文"或者“英文"即可進(jìn)入相應(yīng)的操作界面。

3. 請(qǐng)將兩端的測(cè)試夾具接到中間兩個(gè)BNC測(cè)試端，（如果是陶瓷專(zhuān)用治具，則可以方便地直接接到所有四個(gè)BNC測(cè)試端）

4. 設(shè)定“起始（START）" 頻率和“終止 (END)" 頻率，頻率單位都是“KHz"。因?yàn)槭怯|摸屏，所以按下輸入位置即會(huì)彈出輸入鍵盤(pán)。

5. 設(shè)定檢測(cè)精度，根據(jù)所需要的測(cè)試點(diǎn)數(shù)不同一共有六個(gè)檔位：

Fast, Normal, Medium, High, Higher, Highest

如果器件的Qm較低，選擇靠前的檔位；如果器件的Qm較高，選擇靠后的檔位。

越低的檔位，測(cè)量點(diǎn)數(shù)越少，時(shí)間越短，越高的檔位，測(cè)量點(diǎn)數(shù)越多，時(shí)間越長(zhǎng)。

選擇檔位只要能保證導(dǎo)納圓大體上成圓形就可以，這樣可以節(jié)約測(cè)量時(shí)間。

檔位Fast測(cè)量點(diǎn)數(shù)大概在200點(diǎn)，最高的檔位Highest測(cè)量點(diǎn)數(shù)大約在2000點(diǎn)。

比如：一般倒車(chē)?yán)走_(dá)選擇第一檔Fast就可以，但是超聲焊接卻需要選擇最高一檔Highest。

按“啟動(dòng)"即可以開(kāi)始一次測(cè)量，測(cè)量時(shí)進(jìn)度條顯示測(cè)量進(jìn)度。

如果測(cè)到的到“導(dǎo)納圓曲線"不能完整成圓，則“精度設(shè)定"提高一檔再測(cè)。在屏幕左邊顯示一個(gè)完整的導(dǎo)納圓圖，右邊顯示一個(gè)波谷一個(gè)波峰，才是一次正確的測(cè)試！

7. 儀器的物理按鈕也是“啟動(dòng)"功能，在儀器上面板靠后的位置。

8. 儀器右后方三芯航插可以接外置式啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。

9. 點(diǎn)擊“設(shè)置"可以進(jìn)入儀器測(cè)試速度選擇界面，一共有

5ms/dot, 10ms/dot, 20ms/dot 三個(gè)檔位可以選擇。如果選擇5ms/dot，那么highest測(cè)試一次時(shí)間大約是10秒。

四： 測(cè)量圖形及數(shù)據(jù)

1. 圖形介紹

系統(tǒng)默認(rèn)顯示“導(dǎo)納圓圖"+“對(duì)數(shù)圖"

導(dǎo)納圓圖：導(dǎo)納隨頻率變化在極坐標(biāo)系下顯示的軌跡。

對(duì)數(shù)圖：紅線是阻抗幅度的對(duì)數(shù)值曲線，藍(lán)線是阻抗相位曲線。

可以點(diǎn)擊“LgZ/GB-F"可以顯示導(dǎo)納曲線，紅線是導(dǎo)納實(shí)部，藍(lán)線是導(dǎo)納虛部。（導(dǎo)納曲線用的不多，在此不做詳細(xì)介紹）

2. 參數(shù)介紹：

1）   諧振頻率Fs：壓電振子等效電路中串聯(lián)支路的諧振頻率，在這個(gè)頻率下，壓電振子的阻抗最小。如下圖標(biāo)為“Fs"處的頻率值。

2）最大電導(dǎo)Gmax：壓電振子諧振時(shí)的導(dǎo)納值的實(shí)部，即“Fs"處的導(dǎo)納實(shí)部。

      導(dǎo)納圓圖           對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖                等效電路圖

3）半功率點(diǎn)F1與F2： 從導(dǎo)納圓上看，導(dǎo)納實(shí)部等于Gmax／2處的頻率，這樣的頻率有兩個(gè)，大于Fs的為F2，小于Fs的為F1，如圖上標(biāo)為“F1"和“F2"處的頻率值。

4）反諧振頻率Fp：壓電振子并聯(lián)支路的諧振頻率，在這個(gè)頻率下，壓電振子的阻抗最大。如圖上標(biāo)為“Fp"處的頻率值。

5）機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm：計(jì)算公式為Qm＝，其中Fs為諧振頻率，F1、F2為半功率點(diǎn)。或者Qm＝，其中R1為動(dòng)態(tài)電阻，L1為動(dòng)態(tài)電感，C1為動(dòng)態(tài)電容。這兩個(gè)公式計(jì)算結(jié)果*相同。

6）自由電容CT： 壓電器件在1kHz頻率下的電容值。此值和數(shù)字電橋測(cè)得的值是一致的。

7）動(dòng)態(tài)電阻R1：即為圖中壓電振子串聯(lián)支路的電阻。計(jì)算公式為：R1＝1／Gmax，其中Gmax為最大導(dǎo)納。

8）動(dòng)態(tài)電感L1：即為圖中壓電振子串聯(lián)支路的電感。計(jì)算公式為：

L1＝，其中R1為動(dòng)態(tài)電阻，F1、F2為半功率點(diǎn)。

9）動(dòng)態(tài)電容C1：即為圖中壓電振子串聯(lián)支路的電容。計(jì)算公式為：

C1＝，其中Fs為諧振頻率，L1為動(dòng)態(tài)電感。

10）靜態(tài)電容C0：計(jì)算公式為C0＝CT－C1，其中CT為自由電容，C1為動(dòng)態(tài)電容。

注：靜態(tài)電容也可以根據(jù)導(dǎo)納圓圓心和電導(dǎo)軸（G軸）的偏移距離來(lái)計(jì)算。但是在實(shí)際應(yīng)用中，一般都采用公式C0＝CT－C1，因此這里也采用C0＝CT－C1作為靜電容的計(jì)算公式。

11）有效機(jī)電耦合系數(shù)Keff：

Keff定義為無(wú)負(fù)載的壓電振子在機(jī)械諧振時(shí)，貯存的機(jī)械能與貯存的全部能量比值的平方根。其計(jì)算公式為：Keff＝

12）平面機(jī)電耦合系數(shù)Kp：

這個(gè)參數(shù)僅用于壓電陶瓷片，它反映的是薄圓片沿厚度方向極化和電激勵(lì)，作徑向伸縮振動(dòng)時(shí)，有關(guān)其機(jī)電耦合效應(yīng)的參數(shù)。計(jì)算公式可以在軟件中選擇。

13）自由介電常數(shù) ：

這個(gè)參數(shù)僅適用于壓電陶瓷片，計(jì)算公式為；，其中CT為自由電容，單位是pF；t為薄圓片厚度，單位是cm；D為薄圓片直徑，單位是cm。

點(diǎn)擊“合格條件"，可以設(shè)置每個(gè)參數(shù)的上下限范圍，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定的上下限范圍自動(dòng)判別合格，顯示為在Qc后的紅燈（不合格）或者綠燈（合格）

五：端口介紹

儀器右側(cè)有三個(gè)端口，從上到下依次為

1. USB口：用于接入U盤(pán)，可以保存測(cè)量數(shù)據(jù)，也可以保存EXCEL參數(shù)表格（自動(dòng)生產(chǎn)線上自動(dòng)保存）

2. 232端口1：PLC與儀器通信的232口接口。

3. 232端口2：電腦與儀器通信的接口。（附：本儀器仍然可以與之前的PV70A/80A/90A一樣在電腦上進(jìn)行操作，而且軟件都是與之前的*兼容）

六．關(guān)于自動(dòng)測(cè)試生產(chǎn)線

在自動(dòng)測(cè)試生產(chǎn)線上，本儀器具有兩種與PLC進(jìn)行通信的方式

1.  232通信。

2.  IO通信方式，儀器預(yù)留一個(gè)繼電器輸入端和一個(gè)繼電器輸出端。

建議使用232通信方式，這種方式最靈活，可通訊的數(shù)據(jù)量最大，協(xié)議可以根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的方式進(jìn)行兼容設(shè)計(jì)。

七．產(chǎn)品型號(hào)與規(guī)格

八．導(dǎo)納圓的原理

對(duì)于壓電器件來(lái)說(shuō)，如果在離某一諧振頻率很遠(yuǎn)的頻率上，沒(méi)有其他諧振，則在這個(gè)諧振頻率附近可把壓電器件近似看成一個(gè)集總系統(tǒng)，其符號(hào)和等效電路如左下圖所示：

壓電器件等效電路                     導(dǎo)納圓示意圖

上圖左邊為為壓電器件的等效電路。其中C0是靜態(tài)電容，R1、C1、L1分別為動(dòng)態(tài)阻抗中的電阻、電容、電感。

在這個(gè)等效電路中，假定壓電器件的總導(dǎo)納為Y，并聯(lián)支路和串聯(lián)支路（或稱(chēng)之為靜態(tài)導(dǎo)納和動(dòng)態(tài)導(dǎo)納）分別為Y0和Y1，則Y=Y0+Y1。通過(guò)運(yùn)算可以得出動(dòng)態(tài)導(dǎo)納Y1和總導(dǎo)納Y隨頻率變化的情況。

取橫坐標(biāo)表示電導(dǎo)（導(dǎo)納的實(shí)部），取縱坐標(biāo)表示電納（導(dǎo)納的虛部）。當(dāng)頻率在諧振頻率附近的范圍內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，Y1的相矢終端軌跡為一圓，其圓心為（1/2R1，0），半徑為1/2R1。

當(dāng)Y1的相矢終端旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，Y0的相矢終端隨頻率變化一般較小，近似認(rèn)為為一常數(shù)，于是，把Y1的軌跡圓在復(fù)平面上沿縱軸向上平移。即可得到總導(dǎo)納的相矢終端隨頻率變化的軌跡圓，即所謂的導(dǎo)納圓。

利用導(dǎo)納圓圖，可以求出壓電器件的等效電路和其他一些重要的參數(shù)，從圖中可以看到三對(duì)諧振頻率：

阻抗分析儀可以提供以上所有的頻率，但是應(yīng)用中只需要Fs和Fp。

Fm、Fn為傳統(tǒng)的傳輸線法測(cè)到的頻率，我們由此可以看到，傳輸線法測(cè)到的諧振頻率Fm與換能器的工作頻率Fs還有一些差別，如果導(dǎo)納圓的圓心距離G軸距離較小，可以近似認(rèn)為：Fs≈Fm≈Fr，Fp≈Fn≈Fa；但是，如果導(dǎo)納圓的圓心距離縱坐標(biāo)有一定的距離，則Fs與Fm有很大區(qū)別。顯然，阻抗分析儀測(cè)量的更準(zhǔn)確。

Fr和Fa一般的應(yīng)用中不用。