Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
ще и €jf. - компоненты тензоров механических напряжений и деформаций; -
компонента вектора поляризации; djjk и - компоненты тензора
пьезоэлектрических модулей и тензора пьезоэлектрических коэффициентов
соответственно. Кристаллографическая симметрия кварца такова, что в
матрицах этих тензоров имеется лишь пять ненулевых компонент [162]:
(4.14)
\dy\ - 0 0 -^i4 -2dtt
ООО о
dn -d it О dj4 О О
=
0 0 0 0
W dfj - djjfidf 9_о+*) - difk + df
Таким образом, (4.14) принимает Pt ~ duOt - duo2 + с/м<V, Pi = -duOs -
2^ц06;
Рз = 0;
Pi ~ Оцв1 - ец"з + 464;
Pi = -61465 - 61164;
Рз = 0,
dfcj, дляе^у - аналогично.
вид
(4.15)
139
Рис. 4.31. Использование пьезоэффекта в кварце для измерения
магнитострикции [161]:
а - напряжения, приводящие к поляризации Р\ в ЛГ-срезе кварца; б - то же
для поляризации Р\2 в ЛГУ-срезе; в - приклейка пластины Л'-среза для
измерения продольной магнитострикции; г - то же для измерения моноклинных
искажений; X, Z - оси кварца (X - С2; Z = С3); а, Ь, с - оси ромбического
образца; Хс и Хас - объемная и сдвиговая магнитострикции
где а. - а..] а9_ ~ о/к ~ ок-\ для е. - аналогично.
Отметим,
что 6) и е2 -- относительные деформации растяжения-сжатия вдоль
кристаллографических осей кварца X и Y, а е4, е5, е6 - сдвиговые
деформации в YZ-, ZX- и ХУ-плоскостях соответственно. Симметрия кристалла
кварца такова, что при любом однородном напряжении компонента поляризации
по оси Z всегда равна нулю (см. матрицу [^у]). Это объясняется тем, что
ось Z - ось третьего порядка - в классе 32 не является полярной.
Так, используя специальным образом вырезанные пластины кварца, можно
измерять деформации различных типов в исследуемом образце (рис. 4.31).
140
ряс. 4.32. Вставка для измерения температурных зависимостей маг-
яятострикции методом контактного пьезодатчика:
1 - вакуумная рубашка; 2 -медный хладопровод; 3, 4 - экраны коаксиального
кабеля; 5 -его центральная жила; 6 - нагреватель; 7 - угольный насос; 8 -
пружины из бериллиевой бронзы; 9 - гелиевый дыоар; 10 -медные подводы; 11
- монокристалл кварца; 12 - образец; 13 - кварцевый хладопровод; 14 -
термопара
Решив задачу о совместной деформации образца и тонкой кварцевой иластины,
склеенных вместе, можно получить зависимость деформации кварца от
координаты х (х < А, А - толщина кварцевой пластины), *.е. распределение
деформации по поперечному сечению кварцевой пластины [161]:
обр 4-3/1, - 6(х/й) (1-Л,)
е, (*) * е. v ----------------------------- , (4.16)
1 4 - Зл, + л2а(4 + Зал,)
где е^бр - деформация образца в магнитном поле; Ах = (1 - А2а2)/ /(1 +
А2а3); а = А/Аобр; А2 = Е/Еобр; Е, ЕоЪр - модули Юнга, а Ь, Аобр -
толщины кварцевой пластины и образца соответственно. Цри А < Аобр, как
видно из (4.16), деформации тонкой кварцевой пластины практически
повторяют деформации самого образца.
Для измерения магнитострикции служит устройство, изображенное на рис.
4.32. При усилении сигнала, поступающего с датчика, необходимо выполнение
двух условий, обеспечивающих как передачу сигнала без искажений его
формы, так и получение сигнала достаточной амплитуды: RBX Скв > т0о н
Скаб < Скв, где RBX - входное сопротивление подводящего кабеля; Скв и
Скаб - емкости кварца и подводящего ка-
141
Рис. 4.33. Схема компенсации емкости подводящего кабеля, используемая при
измерениях магнитострикции методом контактного пьезодатчика (К -
кварцевый пьезодатчик) [161]
беля; г00 - длительность импульса поля. Обеспечить выполнение первого
требования довольно просто подключением к выходному датчику катодного
повторителя на электрометрической лампе. Второе же условие выполнить
очень трудно, так как Скв " 2 пФ, а у лучших коаксиальных кабелей емкость
на единицу длины составляет не менее 30 пФ/м, поэтому при любых разумных
размерах вставки, помещенной в СМП, Скаб ^ Скв и сигнал на выходе кабеля
ослабляется в Скаб/<Скв раз. На рис. 433 представлена схема, позволяющая
преодолеть указанное затруднение. Сигнал с датчика поступает на усилитель
через коаксиальный кабель с двойным экраном, при этом первый экран
подключен к катоду лампы, а второй, как обычно, заземлен. В таком
варианте схемы конденсатор, образованный центральной жилой и первым
экраном, заряжается до напряжения, в 1/(1 - К) раз меньшего, чем входное
(К - коэффициент повторения катодного повторителя). Конденсатор,
образованный первым и вторым экранами, заряжается от выхода катодного
повторителя, обладающего несравнимо более низким выходным сопротивлением,
чем сопротивление датчика. При таком подключении датчика выходной сигнал
усилителя в 1/(1 - К) раз больше, чем в схеме без компенсации емкости
кабеля. Для уменьшения коэффициента усиления (при измерениях
магнитострикции, превышающей 10~5) вход усилителя шунтируют конденсатором
с малой утечкой.
Образцы с пьезодатчиками приклеиваются к прямоугольной пластине из медной
фольги, которая припаивается легкоплавким припоем к держателю (см. рис.
4.32). Такой метод позволяет быстро переходить
