Виброзонд

 

""тт:итт —

О И-й -"б-"Ж- И-:И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Совет скин

Социвлмстичесиык

Республик

iii 734586

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6ll ) Лополнительиое к авт. свид-ву(22) За я влево 09, 1 1. 7 7 (2! ) 2540896/1 8 2 1 с присоединением заявки J%— (23) П ряоритет—

Опубликовано ) 5 Q5 8Q Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 18.05.80 (5l)M. Кл.

G 01 R 33/02

Государственный комнтвт (53) УДК.621.317. .44(088. 8) II0 делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения

Г. Т. Левченко и А. А. През

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50 летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) ВИВРОЗОНД

Изобретение относится к области активных магнитометрических преобразователей в технике измерения магнит ных полей, а именно к конструкции виброзондов.

Известны виброзонды, содержащие пьезоэлектрический возбудитель вибраций с электродами, подключенными к генератору, и измерительный индуктив10 ный элемент в виде витка, расположенного на поверхности возбудителя и подключенного к указателю величины магнитного поля (11. Возбуждение такого пьезоэлектрического виброзонда требует

15 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- „

2 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 R спирали и резонансной частотой ее изгибных колебаний, которая уменьшается с увеличением длины спирали. Таким образом недостатком этого виброзонда является невысокая точность и конструктивная сложность.

С целью повышения точности измеоения и упрощения конструкции, в вибро734586

ЗО

3 зонде, содержащем пьезоэлектрический возбудитель с электродами возбуждения, подключенными к генератору, и измерительный элемент, пьезоэлектрический возбудитель и измерительный элемент выполнены в виде скрепленных концами двух биморфных пластин, каждая из которых выполнена из слоя магнитотвердого материала и слоя пьезокерамического материала, на котором расположены два to электрода возбуждения и электрод обратной связи, подключенные соответственно к выходу и входу генерато«а.

На фиг. 1 приведена схема предлага емого виброзонда; на фиг. 2 — зависимость относительной деформации магнитострикционного постоянного слоя магнитотвердого материала при изменении внешнего магнитного поля.

Виброэонд содержит две биморфйые 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, подключенные соответственно к выходу и входу генератора 7. Электроды 5 подключены также к указателю 8 величины магнитного поля. Пластины закреплены в корпусе (не показан) посредством растяжек 9, Виброэонд работает следующим образом.

Электроды 5 и 6 виброзонда включе4О ны в цепи положительной обратной связи генератора 7. Поэтому генератор 7 работает на резонансной частоте изгибных колебаний скрепленных пластин 1. Изгибные колебания обеспечиваются соответствующим направлением поляризации пьезо45 керамики (например, по толщине слоя 2 навстречу друг другу, как показано на фиг. 1). При отсутствии внешнего магнитного поля резонансную частоту определяют толщина и длина P. плас$0 тины 1, зазор между ними Д и эффективная скорость звука V, зависящая от уп ругих свойств и плотности составляющих пластину материалов.

=(,2 t2,161Ч IЕ гие Ч =.(И-А1Е АЕ,„1 ((1-А\у„+АЕ, 1, 4

Е„Е „- модули Юнг а пьезокерамики и магнита;

Р и - их плотности, сС - относик гм тельная доля магнитного слоя от толщины пластины .

При помещении виброэонда в магнитное поле в магнитострикционных слоях 3 возникают деформации, поясняемые фиг. 2, на которой показана типичная зависимость деформации магнитострикционного материала в зависимости от напряженности внешнего магнитного поля Н .

Процесс намагничивания ферромагнетика во внешнем сильном поле Н„обычHQ сопровождается магнитострикцией, то есть деформацией Я положительного (например у железа) или отрицательного (у никеля) знака. После снятия внешнего поля в материале сохраняется остаточная индукция и соответствующая деформация «, и их значения тем больше, o«:r; чем меньше коэффициент размагничивания, зависяший от величины коэрцитивного поля постоянного магнита 2 и его формы.

При подаче внешнего поля )-(< на такой постоянный магнит 2 в направлении его остаточной поляризации деформация возрастает до 5, а в поле противоположного направления Н2 уменьшается до

S . Поэтому в отсутствие внешнего т поля резонансная частота пьезоэлектрического виброэонда соответствует

Я постоянного магнцта 2. Когда ост, же виброзонд помещен в поле Н, его пластины 1 прогибаются вследствие одна» сторонней деформации слоев 2 и увеличивают (или уменьшают) зазор Р в зависимости от знака магнитострикции и управления внешнего поля Н. Знак магнитострикционного 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 Ь | и постоянной чувствительности К, связывающей величину внешнего поля Н с частотой, рассчитывают напряженность поля, н =к %.

Знак отклонения частоты определяет направление поля.

734586 ь|=д нч (44j к=м1а ч

//

Риа.2

Риа.1

ЦНИИПИ Заказ 2083/50 Тираж 10 19 Подписное

Филиал ППП "Патект, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Наличие зазора между пластинами 1 устраняет двиговые деформации и потери, связанные с ними, что позволяет сравнительно просто осуществлять изгибные колебания виброзонда с добротностью 5 выше 300, Острый резонанс повышает точность измерения частоты, а следовательно, и величины магнитного поля.

Вынужденную" магнитострикцию слоя

3 во внешнем поле Н и приращение д зазора расчитывают по формуле

Тогда соответствующее изменение частоты Ь и постоянная чувствительность прибора К равны

Формула изобретения

Виброэонд, содержащий пьезоэлектрический возбудитель с электродами воэбуждения, подключенными к генератору, соединенному с указателем магнитного поля, и измерительный элемент, о тличающийся reM,что,сцелью повышения точности измерения и упрощения конструкции, пьезоэлектрический возбудитель и измерительный элемент выполнены в виде скрепленных концами двух биморфных пластин, каждая иэ которых выполнена из слоя магнитотвердого материала и слоя пьеэокерамического материала, на котором расположены два электрода возбуждения и электрод обратной связи, подключенные соответственно к выходу и входу генератора.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Авторское свидетельство СССР

М 226-018, кл. G 01 R. 33/02, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

М 612194, кл. G 01 R 33/02, 1977.