Виброзонд

1 тсит 8 О. - .ннчоск:; О П МС"Ж И"И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Совет синхСоцнвлнстнческнхРеспублни и 734586 К АВ в ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 09,11.77 (2 ) 2540896/18-21с присоединением заявки РЙ -(53 ) УД К.621,31 7, ,44( 088,8) оо делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Г, Т, Левченко и А. А. През Киевский ордена Ленина политехнический институтим. 50 петия Великой Октябрьской социалистическойреволюции(54) ВИВРОЗОНД Изобретение относится к области активных магнитометрических преобразователей в технике измерения магнитных полей, а именно к конструкции виброзондов,5 Известны виброзонды, содержащие пьезоэлектрический возбудитель вибраций с электродами, подключенными к генератору, и измерительный индуктив 10 ный элемент в виде витка, расположенного на поверхности возбудителя и подключенного к указателю величины магнитного поля И. Возбуждение такого пьезоэлектрического виброзонда требует15 электрических напряжений, превышающих по уровню полезный сигнал на выходе измерительного элемента, и это заставляет применять импульсный режим работы с измерением полезного сигнала впаузах между возбуждающими электрическими импульсами, то есть тогда, когда механические колебания пьезоэлектричес кого виброзонда экспоненциально зату-2хают. Неустановившийся характер колебаний, а также наличие устройства длясинхронизации импульсов возбуждения иизмерения снижают точность и чувствительность таких пьезоэлектрических виброзондов.Известен также виброзонд, содержащий пьезоэлектрический возбудитель. ввиде консольно закрепленной спирали,один из электродов которой являетсяизмерительным элементом 2,Однако пьезоэлектрическая спиральсложна по конструкции, а полезный сигнал на выходе виброзонда растет с амплитудой и частотой колебаний, следовательно, ограничен радиусом Й спиралии резонансной частотой ее изгибных колебаний, которая уменьшается с увеличением длины спирали. Таким образом ьедостатком этого виброзонда является невысокая точность и конструктивная сложность.С целью повышения точности измеоения и упрощения конструкции в вибро734586 ЗО 3зонде, содержащем пьезоэлектрическийвозбудитель с электродами возбуждения,подключенными к генератору, и измерительный элемент, пьезоэлектрическийвозбудитель и измерительный элемент выполнены в виде скрепленных концамидвух биморфных пластин, каждая из которых выполнена из слоя магнитотвердого материала и слоя пьезокерамическогоматериала, на котором расположены два 1 Оэлектрода возбуждения и электрод обратной связи, подключенные соответственнок выходу и входу генерато.а.На фиг. 1 приведена схема предлагаемого виброзонда; на фиг. 2 - зависимость относительной деформации магнитострикционного постоянного слоя магнитотвердого материала при изменениивнешнего магнитного поля.Виброэонд содержит две биморфйыепластины 1, состоящие каждая из внутреннего магнитострикционного слоя 2,изготовленного из магнитотвердого материала (постоянный магнит) и внешнего пьезоэлектрического слоя 3. Пластины 1 скреплены концами посредствомметаллических прокладок 4, обеспечивающих зазор между ними, На внешние поверхности пьезоэлектрических пластиннанесены электроды 5 возбуждения иэлектрод 6 обратной связи, подключенныесоответственно к выходу и входу генератора 7. Электроды 5 подключены такжек указателю 8 величины магнитного поля. Пластины закреплены в корпусе (непоказан) посредством растяжек 9,Виброэонд работает следующим образом.Электроды 5 и 6 виброзонда включе 40ны в цепи положительной обратной связигенератора 7. Поэтому генератор 7 работает на резонансной частоте изгибныхколебаний скрепленных пластин 1, Изгибные колебания обеспечиваются соответствующим направлением поляризации пьезо 45керамики (например, по толщине слоя 2навстречу друг другу, как показано нафиг. 1)е При отсутствии внешнего магнитного поля резонансную частотуопределяют толщинаи длина Р плас 0тины 1, зазор между ними Д и эффективная скорость звука М, зависящая от упругих свойств и плотности составляющихпластину материалов,55,=(ыг,лч 1 е гце Ч:О-А 1 Е,еАЕ,1 Ц-МреАуе,1,4 Е, Е- модули Юнга пьезокерамики и магнита;слоя от толщины пластины .При помещении виброэонда в магнитное поле в магнитострикционных слоях 3возникают деформации, поясняемые фиг. 2,на которой показана типичная зависимостьдеформации магнитострикционного материала в зависимости от напряженностивнешнего магнитного поля Н,Процесс намагничивания ферромагнетика во внешнем сильном поле Нобычно сопровождается магнитострикцией,то есть деформацией 5 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,ООТчем меньше коэффициент размагничивания,зависящий от величины коэрцитивногополя постоянного магнита 2 и его формы.При подаче внешнего поля Н 4 на такойпостоянный магнит 2 в направлении егоостаточной поляризации деформация возрастает до Б, а в поле противоположного направления Н уменьшается до5 . Поэтому в отсутствие внешнего2.поля резонансная частотапьезоэлектрического виброэонда соответствуетЯ постоянного магнцта 2. Когдаост,же виброзонд помещен в поле Н, егопластины 1 прогибаются вследствие односторонней деформации слоев 2 и увеличивают (или уменьшают) зазор Р в зависимости от знака магнитострикции и управления внешнего поля Н. Знак магнитострикционного эффекта (и связанное сним изменение частоты) определяет ориен.тацию виброзонда во внешнем магнитномполе и должен указываться, например,стрелкой на поверхности пластин виброзонда.Измерение величины и направлениеполя осуществляют постепенным поворотом плоскости виброзонда до максимального отклонения частоты, По отклонениючастоты Ьи постоянной чувствительности К, связывающей величину внешнего поля Н с частотой, рассчитывают напряженность поля,Н=КЗнак отклонения частоты определяет направление поля.НИИЛИ Заказ 2083/50 Тираж 10 исно филиал ППП "Патектф, г. Ужгород, ул. Проектная,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 Ьи постоянная чувствительность прибора К равны Формула изобретенияВиброэонд, содержащий пьезоэлектрический возбудитель с электродами воэбуждения, подключенными к генератору,соединенному с указателем магнитногополя, и измерительный элемент, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерения и упрощения конструкции, пьезозлектрическийвозбудитель и измерительный элементвыполнены в виде скрепленных концамидвух 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 экспертизе1Авторское свидетельство СССРМ 226-018, кл, (Ь 01 й. 33/02, 1967.2, Авторское свидетельство СССРМ 612194, кл. Ь 01 В 33/02, 1977.