Пъезоэлектрический датчик колебаний и его вариант

ве делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения ена Октябрьской Революции йбамени политехнический инстит омский расног1е относится к измеритеп может быть использованон естного д еханическ колеблюще поверхнос изменяютс Недос Изобретени й технике и чик из го конося пье ью массь является налич кта и хиос дпя измерения параметров колебании,например в виброметрии и сейсмометрииИзвестны пьезоэлектрические датчики колебаний, состоящие из пьезопреобразователя и инертной массы11.Недостатком этих пьезоэлектрических датчиков колебаний, является невозможность измерений при низкочастотных колебаниях.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является пьезоэлектрический датчик колебаний, вкотором пьезопреобразователь возбуждается на резонансной .частоте. Изменение нагрузки на пьезоэлемент засчет колебаний инертной массы модулирует,резонансные колебания пьезопреобразователя,Данный датчик позволяет измерятьпараметры низкочастотных колебанийвплоть по статических воздействий 1 2 ат реобраз войства во вре- окружаю- нижению онтакта параметро одит к с ости. Крнепосре мени и зависят ей среды. Это при очности и стабиль ри действии усили а пьезопреобразов вои параметры. ме того ственно зменяет тель о повьппение точЦель изобретения ти и стабильност и датчика.ь достигается тем,еском датчике Поставленная цел5что в пьезоэлектриколебаний, содержащзакрепленный в нем ем. основание;пьезопреобразовадключены. генерато, инертную массуругий элемент выло ельк кото т и схема реги и упругий э тнен в ниде ак переменного мент,упстичес ечения ого концентратора закрепленного в ос рно направлению ко кул новании перп О П И С А Н И Е ( )890308ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ25 30 35 4 О 45 лебаний и соединенного болыпим торцом с пьезопреобразователем, а инертная масса сочленена с другим торцомакустического концентратора с возможностью .перемещения вдоль его оси,В устройстве-варианте поставленнаяцель достигается тем, что в пьезоэлектрическом датчике колебаний, содержащем основание, закрепленныйв нем пьезонреобразователь, к которому подключены генератор и схема ре-.гистрации, инертную массу, упругийэлемент, дополнительно введен второйпьезопреобразователь, соединенныйс первым через упругий элемент, выполненный в виде волноводной системы,состоящей из двух встречно включенных акустических .концентраторов,связанных четвертьволновой.пластиной, на которой жестко закрепленаинертная масса,На фиг,1 схематически изображенпьезоэлектрический датчик колебаний.на Фиг,2 - то же (вариант).Датчик содержит пьезопреобразователь 1, сочлененный с акустическимконцентратором 2,. например экспонциального типа, закрепленным в полуволновом стакане З.в узле колебаний,и инертную массу 4, соединенную свыходным сечением концентратора.с возможностью перемещения, При этом полуволновой стакан сочленен с кронштейном-захватом 5,снабженным изолированными вводами для подключенияпьезоэлемента к генератору 6, схемерегистрации 7 выходного сигнала преобразователя.1Датчик работает следующим образом.Включенный в цепь положительнойобратной связи генератора 1,схемы возбуждения) 6 преобразователь 1 возбуждается на продольной моде колебаний и вводится .с помощью концентратора 2 в режим бегущей волны. При этоминертная масса 4, присоединеннаяк его .выходному сечению, потребляетмаксимум ультразвуковой энергии,если его выходное механическое сопротивление 1 акустический импеданс)согласовано с выходом системы 6. пьезоэлемент-концентратор.В отсутствие измеряемых воздействий условие согласования. достигаетсяподбором материалов, концентратораи Инертного элемента с идентичнымиакустическими характеристиками. Возникновение и изменение входных воздействий приводит к появлению переменных ( с частотой. контролируемых ,вибраций ) механических изгибающих моментов, приложенных .к выходному сечению концентратора, При этом амплитудным значениям колебаний (вибраций) соответствуют максимумь 1 механических напряжейий, локализованных в зоне контакта концентратора 2 с инертной массой 4, Изменение механических напряжений .в материале концентратора эквивалентно изменению его акустических свойств, напримерскорости распространения ультразвука в нем, вблизи границы его разделас инертной массой 4, что приводит к возникновению отраженных волн и,следовательно, изменению коэффициентапередачи электрической энергии автогенератора пьезопреобразователем1 в измерительную цепь. Аналогичномодулируется и частота автогенератора,по которой. можно судить о величинеконтролируемых ускорений.Перемещение инертной массы 4 поконцентратору позволяет изменятьчувствительность датчика и производить его настройку.Устройство-вариант содержит основание 8, в котором .установлены встречно включенные и выполненные как одно целое акустические концентраторы9 и 10, например клиновидного типа.К выходным сечениям концентраторовжестко присоединены излучающий 11 иприемный 12 пьезоэлементы, а в центральной части, выполненной в видечетвертьволновой.пластины 13, предусмотрено отверстие для креплениягайкой 14 инерционной массы 15. Приэтом пьезоэлементы закрыты защитнымикожухами 16, снабженными изоляционными вводами при присоединении приемного и излучающего пьезоэлементовк схеме регистрации 17 и генератору18 электрических колебаний соответственно. В.верхней и нижней крьппкекорпуса выполнены коаксиально расположенные отверстия (направляющее и регулировочное соответственно).Устройство-вариант работает следующим образом,Излучающий пьезоэлемент 11 возбуждается на продольной моде .колебаний от генератора 18.и согласованным образом передает поток ультразвуковой энергии через концентратор 9, четвертьволновую пластину 13, концентратор 10 приемному. пьезоэлементу08 Формула изобретения 1. Пьезоэлектрический .датчик колебаний, содержащий, основание, закрепленный в нем пьезопреобразователь,к которому .подключены генератор исхема регистрацииинертную массу иупругий элемент,. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияточности и стабильности, упругийэлемент выполнен, например в видеакустического концентратора переменного сечения, закрепленного в основании перпендикулярно направлению колебаний и соединенного .большим торцом с пьезопреобразователем, а инертная масса сочленена с другим торцомакустического концентратора с возможностью перемещения вдоль его оси.2. Пьезоэлектрический датчик колебаний,содержащий основание, закрепленный в нем пьезопреобразователь, к которому подключены. генератор и схема регистрации, инертнуюмассу, упругий элемент, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности и стабильности,в него дополнительно введен второйпьезопреобразователь, соединенныйс первым через упругий элемент, выполненный в виде волноводной системы, состоящей из двух встречно включенных акустических концентраторовсвязанных четвертьволновой пластиной, на которой жестко закрепленаинертная масса,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 335638, кл. 6 О Ч 116, 1968.2. Авторское свидетельство СССРР 338868, кл. 6 01 Ч 1/16, 1970. 5 8903 12, обеспечивая тем самым устойчивый по частоте и амплитуде) выходной сигнал преобразователя, фиксируемый измерительным прибором. Выходное воздействие ( вибрация контролируемогообъекта) преобразуется за счет инерционной массы 15. в механические напряжения, локализованные в четверть- волновой пластине-связке 13 и изменяющиеся по тому же закону, что и 30 входные сигналы. Это приводит к модуляции скорости прохождения ультразвука по акустическому тракту преобразователя и соответственно амплитудной модуляции выходного сигнала, ф По изменению параметров модуляции входного воздействия можно судить об амплитудных значениях и частотном спектре измеряемых вибраций, фиксируемых измерительным прибором,Для развязки воспринимающего элемента четвертьволновой пластины У от воздействия боковых ускорений инертная масса 15 выполнена с участком цилиндрической поверхности, сколь зящим образом посаженным в направляющее отверстие основания 8. Кроме того, для создания предварительного напряженного состояния четверть- волновой пластины-связки 13 соедине ние инерционной массы 15 с ней выполнено резьбовым с обеспечением доступа к фиксирующей гайке 14 через регулировочное отверстие в нижней крышке корпуса. 35В предлагаемом датчике инертная масса контактирует (и механически закреплена) с акустическими концентраторами, Пьезопреобразователи не подвержены действию усилий, а выполня- щ ют только функцию излучения .и приема .ультразвука в волновод, к которому . приложено усилие,. создаваемое массой при действии вибрации. Это значительно повышает стабильность и точностьдатчика,) 13035, М Тираж 735 ударственного комитета ССС изобретений и открытий сква, Ж, Раушская наб., одписное Патент , г, Ужгород ектная,и Составитель Т. Райковаедактор Ю, Петрушко Техред А.Ач