Виброзонд Советский патент 1980 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к области активных магнитометрических преобразователей в технике измерения магнитных полей, а, именно к конструкции виброзондов. Известны виброзонды, содержащие. пьезоэлектрический возбудитель вибраций с электродами, подключенными к генератору, и измерительный индуктивный элемент в виде витка, расположенного на поверхности возбудителя и подключенного к указателю величины маг- нитного поля jl}. Возбуждение такого пьезоэлектрического виброзонда требует электрических напряжений, превышающих по уровню полезный сигнал на выходе измерительного элемента, и это заставляет применять импульсный режим работы с измерением полезного сигнала в паузах между возбуждающими электричес кими импульсами, то есть тогда, когда механические колебания пьезоэлектричес кого виброзонда экспоненциально зату- , хают. Неустановившийся характер колебаний, а также наличие устройства для синхронизации импульсов возбуждения и измерения снижают; точность и чувствительность таких пьезоэлектрических виброзондов. Известен также виброзонд, содержащий пьезоэлектрический возбудитель, в виде консольно закрепленной спирали, один из электродов которой является измерительным элементом 2. Однако пьезоэлектрическая спираль сложна по конструкции, а полезный сигнал на выходе виброзонда растет с амплитудой и частотой колебаний, следовательно, ограничен радиусом Rj, спирали и резонансной частотой ее изгибных колебаний, которая уменьшается с увеличением длины спирали. Таким образом не- дсютатком этого виброзонда является невысокая точность и конструктивная сложность. С целью повышения точности измеоения и упрощения конструкции, в виброзонде, содержащем пьезоэлектрический возбудитель с электродами возбуждения, подключенными к генератору, и измерительный элемент, пьезоэлектрический возбудитель и измерительный элемент вы полнены в виде скрепленных концами двух биморфных пластин, каждая из которых выполнена из слоя магнитотвердого материала и слоя пьезокерамического материала, на котором расположены два электрода возбуждения и электрод обратной связи, подключенные соответственно к выходу и входу генерато{-а. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого виброзонда; на фиг. 2 - зависимость относительной деформации магии- тострикционного постоянного слоя магни- тотвердого материала при изменении внешнего магнитного поля. Виброзонд содержит две биморфные пластины 1, состоящие каждая из внутреннего магнитострикционного слоя 2, изготовленного из магнитотвердого материала (постоянный магнит) и внешнего пьезоэлектрического слоя 3. Пластины 1 скреплены концами посредством металлических прокладок 4, обеспечивающих зазор между ними. На внешние поверхности пьезоэлектрических пластин нанесены электроды 5 возбуждения и электрод 6 обратной связи, подключенны соответственно к выходу и входу генера тора 7. Электроды 5 подключены также к указателю 8 величины магнитного поля. Пластины закреплены в корпусе (не показан) посредством растяжек 9. Виброзонд работает следующим образом. Электроды 5 и 6 виброзонда включены в цепи положительной обратной связи генератора 7. Поэтому генератор 7 работает на резонансной частоте изгибных колебаний скрепленных пластин 1. Изгиб ные колебания обеспечиваются соответст вующим направлением поляризации пьезокерамики (например, по толщине слоя 2 навстречу друг другу, как показано на фиг. 1). При отсутствии внешнего магнитного поля резонансную частоту f Q определяют толщина t и длина g плас тины 1, зазор между ними (5 и эффектив ная скорость звука V , зависящая от уп ругих свойств и плотности составляющих пластину материалов. ,1сУ-) где : lЧW- Ч l|U - P :P Al к, А модули Юнга пьезокера- МИКИ и магнита; О р - их плотности, cL - относительная доля магнитного слоя от толщины пластины -Ь. При помещении виброзонда в магнитное поле в магнитострикционных слоях 3 возникают деформации, проясняемые фиг. 2, на которой показана типичная зависимость деформации магнитострикционного материала в зависимости от напряженности внешнего магнитного поля Н . Процесс намагничивания ферромагне ика во внешнем сильном поле Н обычо сопровождается магнитострикцией, то есть деформацией S положительного (например у железа) или отрицательного (у никеля) знака. После снятия внешнего поля в материале сохраняется остаточная индукция и соответствующая деформация SOOT- значения тем больше, чем меньше коэффициент размагничивания, зависящий от величины коэрцитивного поля постоянного магнита 2 и его формы. При подаче внешнего поля H на такой постоянный магнит 2 в направлении его остаточной поляризации деформация возрастает до S , а в поле противоположного направления И уменьшается до 5,7, . Поэтому в отсутствие внешнего поля резонансная частота f пьезоэлектрического виброзонда соответствует 9. постоянного магната 2. Когда же виброзонд помещен в поле Н, его пластины 1 прогибаются вследствие односторонней деформации слоев 2 и увеличивают (или уменьшают) зазор (У в зависимости от Знака магнитострикции и управления внешнего поля Н. Знак магнито- стрикционного эффекта (и связанное с ним изменение частоты) определяет ориентацию виброзонда во внешнем магнитном поле и должен указываться, например, стрелкой на поверхности пластин виброзонда. Измерение величины и направление поля осуществляют постепенным поворотом плоскости виброзонда до максимального отклонения частоты. По отклонению частоты Д и постоянной чувствительности К, связывающей величину внешнего поля Н с частотой, рассчитывают напряженность поля. H X iЗнак отклонения частоты определяет направление поля.