Электростатический датчик вибрации

ОП ИСИЗОБРЕТЕЙ ИЯК АВТОРО(ОММ СВКДПИНЬЮВУ Союз СоветскихСоциалистицескихРеспублик 54236 О свид.ву2180440 51) Я. Кл 2Н 64 Р 9/00 сударственный иоиитеавета Министров СССРпо делан изобретенийи открытий(53) УДК 621.314 ,571 088.8) ия описания 30.03.7 72) Авторы нзобретенн В.Е. Мепьнико Лукомский Московский ордена Ленина авиационный институт нм. Серго Орджоникидзе(61) Дополнительное к ав (22) Заявлено 10,10,75 (2 с присоединением заявки Изобретение относится к элементам пребразователей измерительных систем, в ко-орых частота поперечных колебаний внбри-рующих элементов типа нит;.й струн) нли;стержней строго определяется характеристик 1 ками вибирирующего,элемента и может быть)использовано в фильтрах, генераторах и т,п,для прецизионных измерительных преобрвзователей возбуждаемый элемент и основные эЛементы конструкции выполняют изоптически чистого плавленого кварца.Известны датчики вибраций, в которыхрвскачивающие силы создаются посредствомвзаимодействия электрического тока, проге;квющего по возбуждаемому элементу. с по- у)лем постоянных магнитов 23,Эти датчики требуют метаплизации поверхности элемента, что,с одной стороны,1 усложняет технологию их изготовления, а ддругой, является дополнительным источни-чОом нестабильности.Датчики вибраций, в которых возбуармий элемент играет роль подвижнойебует металладки конденсатора, так же трлизвции поверхности элемента электрического пробоя в зазоре межр" элементом и поляризующими электродами, при приближении элемента к одному из электроодов в процессе колебаний, трубует -.:дон.ки злектродОБ на достаточноъ" ,:,;о ыии,Ближайшим по техническому решению к изобре"энию является датчик вибрации, в к тором возбуждаемый элемент находится в зазоре между тремя параллельными друг другу электродами, при этом два меньших электрода перекрываются большим электро-, -дом, чвляющимся общим, и между ними при,ложено поляризующее напряжение, Раскачк 4,возбуждаемого элемента осуществляется засчет разности потенциалов между одним изменьших электродов и общим электродом, в ,результате чего нарушается равновесие сил втягивания элемента в зазор между злектродами. Съем сигнала осуществляется путем фиксирования падения нвйряжения на сопротив-. . лении в цепи поляризуюшего напряжения при протекании тока перезарядки емкости между другим меньшим электродом и общим при перемеше- нии возбуждаемого элемента. Усилие сигнв+лв и подача его на электрод раскачки обеспечивают режим автогенерации, В указанном электростатическом датчике вибраций на электроде съема, размещенном в непосредственной Близости от электрода раскачки, индуцируются заряды при изменении потен - циала последнего, и на входе усилителя возникает сигнал, существенно превышающий полезный, Попытки фиксировать изменения емкости амплитудной модуляцией высокочастотного напряжения, а также частотной 10 модуляцией высокочастотной генерации приводят к существенному усложнению электронно - преобразовательной части.Целью изобретения является повышение коэффициента взаимного преобразования виб раций диэлектрического элемента в электрический сигнал и устранение влияния пластин возбуждения на пластины съема.Указанная цель достигается тем, у основания возбуждаемого элемента, заряженного электростатически, установлена электронная шайба, а между пластинами съема, установленными в зоне наибольшего динамического прогиба возбуждаемого элемента, и пластинами возбуждения расположен электромагнитный экран иэ магнитомягкого материала.На фиг. 1 дан датчик, общий вид; на фиг, 2-разрез по А-А на фиг, 1; на фиг. 3- разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 -30 электрокинематическая схема электростатического датчика вибраций в режиме автоколебаний.В корпусной раме 1 (см. фиг, 1) закЖ реплен консольный возбуждаемый элемент 2, проходящий свободным концом через экран 3 из магнитомягкого материала. Экран 3 крепится в пазах корпусных крышек 4 и 5 а размер отверстия в экране обес 40 печивается из расчета максимальной амплитуды колебаний свободного конца стержня. На изоляционных пластинах 6 и 7 крепятся лежащие в параллельных плоскостях пластины возбуждения 8, 9 и 10 и пластины съема 11 и 12, На стержневой возбуждаемый элемент 2 каким-либо наэлектризованным телом нанесен электрический заряд. Для предотвращения его утечки в месте крепления элемента 2 к корпусной раме 1 установлена электронная шайба 13, а полость внутри датчика герметизируется либо вакуумируется, Возбуждаемый элемент 2 выполнен из оптически чистого плавленного кварца. Для уменьшения рассеяния энергии в заделке корпусная рама 1 также выполнена из кварца, а сам элемент крепится к раме свар - кой .На пластины возбуждения 8, 9, 10 через резисторы 14, 15 подводится постоян 4ное напряжение от опорного источника 16, Возбуждаемый элемент 2 поляризуется, При полной геометрической симметрии пластин возбуждения и симметричном расположении элемента 2 относительно пластин, последний находится в неустойчивом положении равновесия от сил втягивания парами пластин 9, 8 и 10, 8 При этом составляющие сил втягивания, обусловленные поляризационными и нанесенными зарядами, также равны между собой, Малейшие нарушения симметрии поля пластин либо расположения возбуждаемого элемента приводят к смещению последнего в область действия одной из пластин, Поэтому при передаче переменного напряжения на пластины 9 и 10 элемент 2 совершает движения от одной пары пластин к другой, В свою очередь, перемещение вместе с элементом 2 нанесенных электрических зарядов относительно пластин съема 11 и 12 индуцирует на пластинах заряды, которые и являются источником сигнала для усилительного устройства 17 с большим входным сопротивлением. Усиленный сигнал в виде напряжения подается на пластины возбуждения 9 и 10, и таким образом осуществляется работа электростатического датчика вибраций в режиме автоколебаний,Для возбуждаемого элемента типа нити (струны) пластины съема располагаются в области наибольшего динамического прогиба, а остальное пространство вдоль нити занимают пластины возбуждения, при этом, как показал опыт по практической реализации предлагаемого датчика вибрации, протяженность пластин съема может составлять всего десятую часть от пластин возбуждения. В случае необходимости требуемый характер силового взаимодействия возбуждаемого элемента с пластинами возбуждения может быть обеспечен соответствующим выбором геометрических характеристик пластин и их взаимным расположением.Формула изобретенияЭлектростатический датчик вибраций, содержащий укрепленный в герметичном корпусе диэлектрический возбуждаемый элемент, расположенный в зазоре пластин возбуждения и пластин съема, находящихся в параллельных плоскостях, и усилитель с большим входным сопротивлением, подключенный к пластинам съема, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения коэффициента взаимного преобразования вибраций диэлектрического элемента в электрический сигнал и устранения влияния пластин возбуждения542360 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1, Новицкий П,В. и др, "Цифровые приборыс частотными датчиками" Энергия 1970стр. 137-138.2. Патент США3164987 Класс 73141, 1970,Б А. Рудаковмьянова Корректор Б, Югас ставителхред А,ктор Е, М 37 Тираж 864Государственного комитета Спо делам изобретений и035, Москва, Ж, Раушская аз 6002 ЦНИИП ПП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектн на пластины съема, у основания возбуждаемого элемента, заряженного электростатически,установлена электронная шайба, а междупластинами съема, установленными в зоненаибольшего динамического прогиба возбуж- бдаемого элемента, и пластинами возбуждения расположен экран из магнитомягкогоматериала. Подписноевета Министров СССРткрытийнаб д. 4/5