Oblast techniky
Technické řešení se týká zařízení ke sledování změn rozměrů materiálů vlivem světelné stimulace. Světelným stimulem může být jakékoliv světlo v rozmezí viditelného spektra (280 nm až 720 nm), nebo konkrétními vlnovými délkami s ohledem na jejich potenciální aplikaci. Zařízení tohoto typu lze využít pro výzkum, vývoj a testování materiálů, zejména polymemích a kompozitních systémů, kde je očekávaná aplikace takového materiálu, jenž by mohl vratně nebo nevratně měnit své rozměry.
Dosavadní stav techniky
Pro hodnocení změn rozměrů vlivem světelného stimulu v současné době není známo žádné jednoduše dostupné a dostatečně univerzální zařízení. Existují sice přípravky zhotovené pro určitý konkrétní účel přímo různými výzkumnými týmy, na kterých je takové hodnocení možné, ale jeho přesnost je v širší aplikační rovině velmi omezená. Z publikací jsou také známy metody testování a příslušná zařízení, které se omezují na hodnocení využitím dynamické mechanické analýzy. Není u nich ale spolehlivě vyřešena teplotní roztažnost čelistí, které mohou během ozařování měnit rozměry vlivem absorpce tepla a tím významně ovlivňovat výsledné hodnoty.
Podstata technického řešení
K odstranění výše uvedených nevýhod a nedostatků dosud známých systémů pro měření změny rozměrů pod vlivem světelného stimulu přispívá do značné míry zařízení ke sledování změn rozměrů materiálů vlivem světelné stimulace podle předloženého technického řešení, využívající termomechanickou analýzu a konstrukce s přesně nastavitelnou intenzitou a rozsahem světelné stimulace.
Podstata technického řešení spočívá v tom, že zařízení ke sledování změn rozměrů materiálů vlivem světelné stimulace obsahuje dvojici držáků k upnutí vzorku zkoušeného materiálu, konkrétně pevně vetknutý horní držák a dolní držák s vestavěným modulem k vyhodnocení vzdálenosti a generované síly odpovídající rozměrovým změnám materiálu vzorku. Proti ploše vzorku upnutého v držácích je na jedné straně na posuvném držáku stojanu umístěn světelný zdroj spolu s chladičem, se vzdáleností od vzorku nastavitelnou přesným mikrometrickým šroubem. Na druhé straně je proti ploše vzorku umístěno teplotní čidlo.
Držáky vzorku zkoušeného materiálu jsou s výhodou z křemičitého skla.
Světelným zdrojem může být s výhodou soustava LED diod, chladičem 6 pak mikroprocesorový chladič.
Vzdálenost teplotního čidla od povrchu vzorku zkoušeného materiálu s výhodou nepřesahuje 2 mm.
Vestavěný modul dolního držáku k vyhodnocení vzdálenosti a generované síly odpovídající rozměrovým změnám materiálu vzorku může být s výhodou propojen s platformou termomechanického analyzátoru pro krátkodobý, dlouhodobý a cyklický záznam hodnoty změny rozměrů vzorku a generované síly vlivem světelné stimulace.
Hlavní výhoda zařízení podle předloženého technického řešení spočívá v tom, že toto zařízení je unikátní z hlediska přesnosti hodnocení změn rozměrů materiálu vlivem světelného stimulu
- 1 CZ 31633 U1 a navíc také s výhodou umožňuje měření za konstantních teplotních podmínek a současných změn intenzity a rozsahu světelného stimulu. Samotná konstrukce zařízení podle technického řešení umožňuje snadnou manipulaci, jak při nastavení podmínek měření, tak i při uložení vzorku pro jeho samostatné hodnocení.
V důsledku těchto skutečností zařízení podle technického řešení poskytuje možnost realizovat nový typ měření - hodnocení změny rozměrů (kontrakce/expanze) vlivem světelné stimulace s velkou přesností (v řádu mikrometrů), Současně umožňuje měnit intenzitu a rozsah světelného stimulu a je schopno poskytovat záznam s využitím termomechanického analyzátoru.
Objasnění výkresů
K bližšímu objasnění podstaty technického řešení slouží přiložené výkresy, kde představuje:
- obr. 1 - schématický nárys zařízení ke sledování změn rozměrů materiálů vlivem světelné stimulace;
- obr. 2 - schématický bokorys zařízení ke sledování změn rozměrů materiálů vlivem světelné stimulace.
Příklad uskutečnění technického řešení
Zařízení ke sledování změn rozměrů materiálů vlivem světelné stimulace v příkladném provedení (viz obr. 1 a 2) obsahuje dvojici držáků 2, 3 k upnutí vzorku 1 zkoušeného materiálu. Konkrétně se jedná o pevně vetknutý horní držák 2 a dolní držák 3 s vestavěným modulem k vyhodnocení vzdálenosti a generované síly odpovídající rozměrovým změnám materiálu vzorku E Oba držáky 2, 3 jsou zhotoveny z křemičitého skla.
Proti ploše vzorku 1 upnutého v držácích 2, 3 je na jedné straně na posuvném držáku stojanu 5 umístěn světelný zdroj 7 tvořený soustavou LED diod. LED diody jsou z důvodu možného přehřívání a tedy lokálního vzrůstu teploty přilepeny teplovodivým lepidlem na mikroprocesorový chladič 6. Chladič 6 je upevněn na stojanu 5, který podpírá držák s otočným elementem 8 z důvodu možnosti změny LED diody s preferovanou vlnovou délkou. Přesný mikrometrový šroub 9 umožňující pohyb držáku s rotujícím elementem 8, umožňuje přesný pohyb chladiče 6, na kterém jsou LED diody 7 a tím přesné nastavení potřebné intenzity. Teplotní poměry v okolí vzorku jsou snímány teplotním čidlem 10, které není vzdáleno od hodnoceného materiálu víc než 2 mm. Platforma termomechanického analyzátoru 4, zajišťuje měření a zapisování změny rozměrů vzorku a definuje, nebo hodnotí použitou sílu, která byla vyvozena vlivem takovéto rozměrové změny.
Před samotným měřením se stojan 5 zafixuje k nosné konstrukci termomechanického analyzátoru (na výkrese není znázorněno). Následně se nastaví pomocí přesného mikrometrového šroubu 9 vzdálenost LED diod 7 od hodnoceného vzorku 1. Poté se nastaví držákem s otočným elementem 8 LED dioda a s preferovanou vlnovou délkou. Na upnutý hodnocený materiál 1 se aplikuje počáteční zatížení a pomocí platformy termomechanického analyzátoru 4 se hodnotí změny rozměrů a síly generované tímto pohybem v závislosti na zapnuté/vypnuté světelné stimulaci čímž je započato samotné měření.
Napájení a regulace zdroje LED diod 7 jsou zajišťovány externím zdrojem s regulátorem (na výkrese není znázorněno).
-2CZ 31633 U1
Průmyslová využitelnost
Na zařízení podle technického řešení lze, díky využití komponent z termomechanického analyzátoru a přesně nastavitelné intenzity a rozsahu světelné stimulace, měřit změny rozměrů různých typů materiálů, dlouhodobě, krátkodobě a cyklicky a tím postihnout možné problémy (nevratná deformace, zpožděná deformace, přetržení vzorku) pro použitý typ materiálu. Zařízení tohoto typu lze využít pro výzkum, vývoj a testování materiálů, zejména polymemích a kompozitních systémů, jenž by mohly vratně nebo nevratně měnit své rozměry vlivem světelné stimulace. Najde tedy uplatnění ve výzkumných ústavech, univerzitách a vývojových odděleních výrobních podniků zabývajících se chytrými senzory, dotykovými displeji a obecně u chytrých aplikací.
NÁROKY NA OCHRANU