Активный элемент преобразователя динамических деформаций

 

Изобретение относится к измерению механических колебаний твердого тела, а именно к пленочным преобразователям динамических деформаций, предназначенным для преобразования динамических деформаций измеряемых объектов в электрические сигналы. Целью изобретения является повышение чувствительности при изгибах и после нагревов выше температуры Кюри материала. Активный элемент выполнен в виде поляризованной сегнетоэлектрической пленки цирконата титаната свинца на металлической подложке. Толщина сегнетоэлектрической пленки составляет 0,07 - 2,0 мкм. Это обеспечивает стабильность поляризованного состояния пленки при изгибах и нагревах. Активный элемент позволяет измерить динамические деформации поверхностей меняющейся кривизны в широком температурном интервале без деполяризаций. 3 ил. 1 табл.

Изобретение относится к измерению механических колебаний твердого тела, а именно к пленочным преобразователям динамических деформаций (колебаний), предназначенным для преобразования динамических деформаций измеряемых объектов в электрические сигналы с последующей обработкой и регистрацией сигналов различными приборами. Целью изобретения является повышение чувствительности активного элемента преобразователя при изгибах и после нагревов выше температуры точки Кюри материала. На фиг. 1 схематически показан активный элемент преобразователя динамических деформаций; на фиг.2 зависимость пьезомодуля d₃₃ (в относительных единицах) поляризованных пленок ЦТС от толщины пленки; на фиг.3 зависимость отношения d₃₃/d₃₃^o пленок ЦТС от толщины, где d₃₃ величина пьезомодуля пленки после нагрева выше температуры Кюри материала и охлаждения; d₃₃^о величина пьезомодуля до нагрева. Устройство содержит поляризованную пленку цирконата-титаната свинца 1 толщиной 0,07-2,0 мкм, нанесенную на фольгу из нержавеющей стали 2. На поверхности пленки напылен металлический электрод 3. Сегнетоэлектрические пленки ЦТС получают ВЧ-катодным распылением стехиометрических мишеней. После напыления верхнего электрода нижним электродом служит подложка пленки поляризуют приложением серии импульсов постоянного электрического поля напряженностью Е5˙10⁷ В/м при комнатной температуре (длительность импульсов 15 с, скважность следования импульсов 2), а затем искусственно состаривают при температуре ≈350 К в течение 20 ч для стабилизации пьезоэлектрических характеристик. Пьезомодули структур определяют квазистатическим методом. На фиг. 2 видно, что в области толщин, меньших 0,07 мкм, пьезочувствительность пленок резко снижается. Этот результат обусловил нижний предел толщин пленок, при которых достигается положительный эффект. В области толщин пленки d > 0,07 мкм пьезомодуль пленок практически не зависит от толщины d, вплоть до 10 мкм. Из фиг. 3 видно, что у пленок ЦТС толщиной d ≥ 2 мкм, как и у объемных образцов (керамики), имеет место деполяризация при нагревах выше Т_к, а пленки толщиной менее 2,0 мкм после нагрева выше Т_к и последующего охлаждения сохраняют значения пьезомодуля, близкие к начальному (т.е. d₃₃/d₃₃^o ≈1). Важной характеристикой активного элемента является устойчивость к действию изгибных напряжений, что позволяет его использовать при измерении динамических деформаций поверхностей изменяющейся кривизны. Результаты испытаний активных элементов на устойчивость к изгибам отражены в таблице, где приведены значения относительных пьезомодулей пленок различных толщин при разных радиусах прогиба R. Активные элементы с пленками толщиной 0,07 мкм <d<2 мкм cохраняют чувствительность при приборах вплоть до радиуса 2 мм. Например, активный элемент, содержащий поляризованную пленку ЦТС толщиной 1,8 мкм, нанесенную на металлическую фольгу, выдерживает изгибные деформации вплоть до радиуса кривизны 2 мм без разрушения и ухудшения чувствительности, т. е. практически не уступая гибкости полимерных пьезокерамическим преобразователям на основе пленок ПВДФ.

Формула изобретения

АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ, содержащий поляризованную сегнетоэлектрическую пленку цирконата-титаната свинца на металлической подложке, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности при изгибах и после нагревов выше температуры точки Кюри материала, толщина сегнетоэлектрической пленки находится в интервале от 0,07 до 2,0 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---