Зонд для исследования пьезоматериалов Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к техническим средствам для локального исследования пьезомзтериалов, например плоских слоев пьезокерамики, в том числе топких пьезоке- рамических пленок толщиной несколько микрон и более, шлифов горных пород, содержащих кристаллы кварка, турмалина, сульфида и др

Известен ЗП1Д, применяомый в видеодефектоскопии, содержащий корпус с пье- зоэлементом. Размеры контактирующей поверхности зонда с исследуемой поверхностью пьезоматериала составляют в диаметре порядка 7- 10 мм

Применение зонда для локальных исследований шлифов горных пород и выявлений дефектов в пьезоматериале невозможно.

Известны точечные зонды для исследования шлифов юрных пород В данном изобретении использовались два зонда для приема электрических и механических колебаний.

Зонд для приема механических колебаний содержал отрезок металлической трубы, металлический цилиндр пружину,

пьезоэлемент Металлический цилиндр с одной стороны имел конус с наконечником шариковой авторучки, с другой стороны к наму жестко фиксировался пьезоэлемент Цилиндр мог перемещаться вдоль отрезка металлической трубы. Между пьезоэлемен- том и фиксатором в трубе располагалась пружина, которая обеспечивала контакт зонда с пьезоэлементом.

Зонд для приема электрических колебаний содержал диэлектрический цилиндр, по оси которого жестко фиксировался металлический стержень с наконечником шариковой авторучки Диэлектрический цилиндр вставлялся в отрезок металлической трубы и мог перемещаться вдоль ее. Между диэлектрическим цилиндром и фиксатором трубы располагалась пружина, обеспечивающая контакт зонда с исследуемым материалом

Для оценки пьезомодуля материала необходимо в одной и той же координате поочередно располагать точечные сьемники электрических и механических колебаний Точно установить из-за люфта системы невозможно, а это приводит к ошибком изме(Л

ел

ю

рения и достаточно грубым, порядка 10%. Кроме того, увеличивается время измерения и поэтому снижается производительность труда.

Целью изобретения является повышения точности и производительности исследований за счет обеспечения возможности определения локального распределения интенсивности электрических колебаний одновременно с механическими.

Эта цель достигается тем, что зонд, содержащий цилиндрический корпус, металлический стержень с шариковым наконечником,пьезоэлемент, соединенный с приемником сигналов, дополнен диэлектрической втулкой, установленной в корпусе, диэлектрической прокладкой и двумя эмит- терными повторителями, стержень расположен с возможностью перемещения в отверстии втулки и подпружинен относительно нее, диэлектрическая прокладка рас- положена между стержнем и пьезоэлементом и жестко соединена с ними, входы эмиттерных повторителей соединены соответственно со стержнем и с пьезоэлементом, а их выходы соединены с приемником сигналов.

На чертеже показан зонд, общий вид.

Зонд содержит цилиндрический корпус 1, диэлектрическую втулку 2, металлический стержень 3, шайбу 4, пружину 5, шариковый наконечник 6, диэлектрическую прокладку 7, пьезоэлемент 8, эмиттерные повторители 9, 10Ч

Диэлектрическая втулка 2 вставляется в цилиндрический корпус 1 и имеет отверстие для металлического стержня 3. Отверстие в центре втулки расширено для расположения пружины 5, С одной стороны втулка выполнена в виде конуса, с другой стороны имеет резьбу, в которой фиксируется фиксатор пружины, выполненный в виде отдельной небольшой втулки. Через диэлектрическую втулку 2 проходит металлический стержень 3 с фиксированной шайбой 4 для опоры пружины 5. На конце стержня впаян шариковый наконечник 6. Другой конец стержня через диэлектрическую прокладк 7 жестко соединен с пьезо- элемеитом 8 для обеспечения акустического контакта между ними. Под действием пружины 5 стержень с шариковым наконечником контактирует с исследуемым пьезоматериалом под постоянным статистическим давлением. Электрический

сигнал, снимаемый с исследуемого материала, через стержень 3 подается на эмиттер- ный повторитель 9, а преобразованные механические колебания пьезоэлементом 8

в электрические сигналы подаются на эмит- терный повторитель 10.

Был изготовлен зонд, в котором использовался пьезоэлемент диаметром 6 мм и высотой 10 мм. Диэлектрическая втулка была изготовлена из винипласта Диаметр металлического стержня составлял 2,5 мм. а его длина - 55 мм. Зонд предназначался для определения однородности пьезоэлектрического диска диаметром 65 мм и толщиной

3 мм.

Разработанный зонд позволяет определять в локальных точках пьезоматериала пьезомодуль d Кл/Н, однородность пьезо- материалов с достаточно высокой точностью, порядка 1%. Неоднородность легко оценивается в относительных изменениях пьезомодуля Ad/d, который пропорционален относительному изменению напряжения на исследуемом материале AU/U.

Изменение напряжения может быть разной величины и обычно обусловлено дефектами: неоднородностью частиц, из которых состоит пьезоматериал, рыхлостью, пористостью, наличием трещин, избыточной влагой

и т.д.

Формула изобретения Зонд для исследования пьезоматериа- лов, содержащий цилиндрический корпус,

металлический стержень с шариковым наконечником и пьезоэлемент, соединенный с приемником сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности исследований за счет

обеспечения возможности определения локального распределения интенсивности электрических колебаний одновременно с

механическими, он снабжен диэлектрической втулкой, установленной в корпусе диэлектрической прокладкой и двумя эмиттерными повторителями, стержень расположен с возможностью перемещения в отверстии втулки и подпружинен относительно нее, диэлектрическая прокладка расположена между стержнем и пьезоэлементом и жестко соединена с ними, входы эмиттерных повторителей соединены соответственно со стержнем и с пьезоэлементом, а их выходы соединены с

приемником сигналов.

4 j t 978 Плата

3 ,

/§xgsx.xx5

ztr±±r±n 118шдд

NKSSSSSSSSSSSSSSSSSSS

Iff

ъВыход

Использование относится к техническим средствам для локальных исследований пьезодиэлектриков - шлифов горных пород и пьезокерамики Сущность изобретения зонд содержит отрезок полой металлической трубы, металлический стержень, шариковый наконечник, пьезоэлемент и снабжен диэлектрической втулкой, фиксированной шайбой, пружиной, диэлектрической прокладкой, жестко соединенной с металлическим стержнем и пьезоэлемен- том, двумя эмиттерными повторителями на полевых транзисторах для согласования входных сопротивлений приемников электрических сигналов с пьезоэлементами 1 ил