Преобразователь механических величин
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИ ВЕЛИЧИН,содержащий источник света и установленные по ходу луча поляризатор , сегнетоэластичрский чувствительньй элемент, анализатор и фотоприемник , отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности , сегнетоэластический чувствительный элемент вьтолнен в виде монодомена одного ориентационного состояния . 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен из кристалла ванадата висмута, при этом оптическое излучение направлено вдоль оси второго порядка, которая перпендикулярна заданному направлению действия усилия, которое направлено; под углом 45 к главной кристаллографической оси, лежащей в плоскости симметрии .
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИС ГИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛЙН (19) (11) 3 1)G 01 L 1/24
,;1 1
», », . », »,„, ». ;r.
» »»;. <
:»,» ° »
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3541323/18-10 (22) 18.01.83 (46) 07,.05.84. Бюл. У 17 (72) В.П. Кузенков, И.В. Осипов, Е.Ф. Дудник и И.Е. онушкина (71) Московский ордена Трудового
Красного Знамени инженерно-физический институт и Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией (53) 531.781(088.8) (56) 1. "Известия высших учебных заведений". Физика. Т. 10, вып. 2, с. 145-146 °
2. Авторское свидетельство СССР
1по заявке В 3426283,кл.G 01 L 1/24, .20.04.82 (прототип). (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ
ВЕЛИЧИН, содержащий источник света и установленные по ходу луча поляризатор, сегнетоэластический чувствительный элемент, анализатор и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, сегнетоэластический чувствительный элемент выполнен в виде монодомена одного ориентационного состояния.
2. Преобразователь по п. 1, о т л и" ч а ю шийся тем, что чувстви- тельный элемент выполнен из -кристалла ванадата висмута, при этом оптическое излучение направлено вдоль оси второго порядка, которая перпендику" лярна заданному направлению действия усилия, которое направлено. под углом 45 к главной кристаллографической оси, лежащей в плоскости симметPHH °
109!036 кристалле, ниже темпер lòóphl фазовогo перехода (255 С), возможно существование двух кваэиперпенднкулярных наборов доменных стенок, разделяющих два ориентационных состояния.
Тензор спонтанной деформации в смежных доменах имеет различное значение компонент. Вследствии этого доменная стенка представляет область оптической неоднородности с переменным коэффициентом преломления по толщине. Толщина доменной границы составляет величину порядка 1 мкм.
Экспериментально установлено, что при распространении коллимированного линейно-поляризованного света вдоль доменной стенки он не изменяет плоскости поляризации и расходится под, небольшим углом вследствие дифракции, а также за счет изменения показателя преломления по толщине стенки. В то же время прохождения света сквозь толщу кристалла связано с двупреломлением и подчиняется соответствующим законам.
Характерным свойствам сегнетоэластиков является переключение кристалла иэ одного ориентированного состояния в другое под действием внешних механических напряжений. Форма тензора спонтанной деформации позволяет определить направление и вид механического нагружения (сжатие-растяжение, сдвиг, изгиб), способствующего образованию доменов нового ориентационного состояния. Значение компонент тензора деформаций позволяет судить о величине механических напряжений, необходимых для переключения кристалла: одноосные механические напряжения
11, 2, а также механические напря жения, имеющие сдвиговую компоненту
Ь,, способствуют образованию нового, энергетически более выгодного состояния
В варианте выполнения преобразователя механических величин чувствительный элемент имеет форму прямоугольного параллелепипеда (фиг.2) и подвергается деформации сжатия-растяжения в главной плоскости симметрии
ХУ. В этом случае на краю пластины, при увеличении нагрузки, вначале формируется клиновидный зародыш другого
25
l5
30
35!
В преобразователе механических величин эа счет использования сегнетоэластика с клиновидным доменом в качестве чувствительного элемента увеличена чувствительв<.сть более чем на порядок. ориентаинонно1 о состоял нл . Л,l l :о в i1 прорастающего ffîìiíë HMi à т фогту 1 вкого клина, образованного двум» дом Дальнейшее увеличение механического напряжения вызывает прямой рост клиновидного домена 5 сквозь толшу кристалла в разрешенном кристаллографическом направлении (32 к оси Х и Y) без существенного изменения толщины клина, которая для ванадата висмута не превьпнает трех толщин планарной доменной стенки. Экспериментально установлено, что величина удлинения клиновидного домена связана линейной зависимостью с изменением прикладываемой.механической нагрузки, при этом после снятия механического воздействия, не превышающего порогового уровня, доменная структура возвращается в исходное состояние и изменение доменной структуры под действием механического воздействия является воспроизводимой функцией. Вырезав чувствительный элемент толщиной, обеспечивающей .фазовую задержку - (1+2К), и установив поляризатор Е. . 3 параллельно анализатору 7 под углом о 45 к осям Х и (кристалла, получают проекцию клиновидного домена на фоточувствительной поверхности фотоматрицы 8 в виде светлой линии на темном фоне. Расположив поляризатор и анализатор под углом 90 друг к другу, получают обратное изображение (темной линии на светлом фоне). Для увеличения изображения можно применить простую оптическую систему, например линзу, установив ее между анализатором и фотоматрицей. 1091036 Pyg, Г. Составитель А. Северин Редактор Л. Коссей Техред И.Метелева Корректор В, Бутяга Заказ 3072/39 Тираж 823 Подписное RHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб °, д. 4/5 Филиал ИПЛ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
