[实用新型]高温下测固有频率的试样夹持装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种夹持装置，具体地，涉及一种高温下测固有频率的试样夹持装置。

背景技术

试样的固有频率反映了试样的诸多特性，可用于分析试样的弹性模量、压电常数、超声衰减、几何特性等，广泛应用于试样的无损检测。例如，美国专利U.S.Pat.5351543通过对比干的试样与表面浸过液体的试样的共振谱，来检测试样表面是否有裂痕。此外，美国专利U.S.Pat.5062296提出了用超声共振谱的频谱密度来表征试样的特性。

而高温下材料性质会随温度的变化而变化，因此，测量高温下试样超声共振谱对表征材料高温性能、研制高温器件、测试高温试样等有着重大的意义，然而现有的测量试样温度系数的方法很少，且准确度不高。如各向同性压电二氧化硅薄膜具有正号的弹性温度系数，已成功用于射频滤波器和频率控制器件的温度补偿。进行氟掺杂可进一步改进薄膜传播损耗、温度系数等特性，但目前尚无氟掺杂二氧化硅薄膜基础材料常数及其温度系数的公开报道，一方面是因为商业机密，另外一方面也是因为每家公司采用的制备工艺不同，掺杂浓度不同，即使连作为电极的金属薄膜的材料常数都各不相同。因此，测量高温条件下的超声共振谱方法亟待解决。

经过国内外专利文献对比，未发现高温下测量试样超声共振谱的夹持装置及换能器的专利。对比相关论文，现有的高温下夹持装置主要有两种，一种是用耐高温换能器在上下两侧夹住试样，另一种是在换能器与试样之间加耐高温缓冲棒，但这两种方法各有弊端。如美国密西西比大学的Guangyan Li在其2010年发表的博士论文”High temperature resonant ultrasound spectroscopy studies of thermoelectrics and other novel materials”中设计了一款耐高温换能器，但换能器过大，只能在上下两侧夹住试样，此夹持方式易造成本征模态丢失。此外，美国缅因大学的Peter Mark Davulis2010年在IEEE Transactions on Ultrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control发表了论文High-temperature langatate elastic constants and experimental validation up to 900℃，提出在试样与换能器之间增加一根长缓冲棒，只将试样和缓冲棒置放在高温环境中，可实现900℃下的高温测量。但当缓冲棒直径与试样某个方向上的尺寸接近时，缓冲棒的固有径向模态将会与试样的本征频率信号完全混杂在一起，难以识别和分离。本实用新型提出了一种试样夹持装置及换能器，采用三换能器齐顶试样的新夹持方案，保证了试样夹持的稳定性和模态测量的准确性，并研发了耐高温的换能器，避免了缓冲棒对固有频率的影响。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种高温下测固有频率的试样夹持装置，其保证了试样夹持的稳定性和模态测量的准确性。

根据本实用新型的一个方面，提供一种高温下测固有频率的试样夹持装置，其特征在于，包括试样定位架、接收换能器、发射换能器、换能器定位架、耐高温导线、支架、试样定位凹槽、底座、试样托架、试样固定凹槽，发射换能器和接收换能器都位于试样定位架和换能器定位架之间，耐高温导线位于换能器定位架和底座之间，支架穿过换能器定位架，支架上下两端分别与试样定位架、底座固定，试样定位凹槽位于试样定位架的内侧壁上，试样托架位于试样定位架的内侧壁上且位于试样定位凹槽的侧面，试样固定凹槽位于试样定位凹槽的下方。

优选地，所述发射换能器包括压电晶体、弹簧、耐高温导线、上电极、下电极、外壳与保护板，下电极位于保护板和压电晶体之间，上电极位于弹簧与压电晶体之间，外壳、弹簧分别与一根耐高温导线连接，压电晶体、弹簧、上电极、下电极、保护板都位于外壳内。

优选地，所述压电晶体为铌酸锂单晶。

优选地，所述下电极采用30％钯掺杂的银，与保护板通过钎焊技术连接。

优选地，所述试样固定凹槽的尺寸大于试样的尺寸。

优选地，所述弹簧为超合金高温弹簧。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：一，本实用新型采用三换能器共同顶持试样的新夹持方案，保证了试样夹持的稳定性和模态测量的准确性；二，本实用新型采用耐600℃高温的超声换能器，避免了高温测量时使用缓冲棒对试样共振频率的干扰；三，本实用新型应用机械式换能器定位架及高温耦合剂，增大了试样与换能器之间的耦合度。

附图说明