Трехкомпонентный приемник вибраций низких частот

Трехкомпонентный приемник вибраций низких частот, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он выполнен в виде разделенного на четыре секции пьезокерамического полого цилиндра, на торце которого установлен металлический диск с пьезоэлементом, например, в виде диска, работающего на изгибных колебаниях, или стержня, работающего на продольных колебаниях.

Известны конструкции трехкомпонентных виброприемников, использующих в качестве чувствительных элементов пьезоэлектрические датчики, работающие на продольных колебаниях [1]. Такие виброприемники обладают чувствительностью порядка 10 мВ/g.

При дистанционных измерениях низкочастотных вибраций необходимо иметь виброприемники с более высокой чувствительностью. С этой целью нами разработан трехкомпонентный виброприемник, чувствительными элементами которого являются пьезокерамические датчики, работающие на изгибных колебаниях. Использование изгибных колебаний позволяет повысить чувствительность приемников на 1÷2 порядка при одновременном увеличении их емкости, в результате чего появляется практическая важная возможность дистанционного измерения вибраций низкой частоты без применения предварительных усилителей, устанавливаемых в непосредственной близости от виброприемников.

Одна из возможных конструкций предлагаемого виброприемника изображена на фиг.1.

На фиг.1 - биморфная пластина, состоящая из пьезокерамического диска, наклеенного на металлический диск с добавочной массой в виде утолщения по контуру, опертый в центре. Этот элемент чувствителен к нормальной составляющей вектора смещения (ускорения) _N и не чувствителен к касательным составляющим ₁, ₂;

2) - тонкостенный пьезокерамический цилиндр с электродами, нанесенными на внутреннюю и наружную поверхности и разделенными по окружности на четыре сектора, как показано на фиг.2.

При определенном включении секций электродов (указано на фиг.2) можно получить на выходе два сигнала U ₁ и U₂, пропорциональные, соответственно, двум составляющим вектора смещения (ускорения) в плоскости, перпендикулярной к оси цилиндра.

К нормальным колебаниям при таком встречном включении противоположных четвертей цилиндр не чувствителен.

Основание металлического диска жестко соединено с верхним торцом цилиндра, а к нижнему торцу также жестко присоединен винт, служащий для крепления виброприемника к исследуемой поверхности.

Результаты экспериментальной проверки

Испытания макета виброприемника описанной конструкции показали, что его чувствительность как к нормальным, так и к касательным ускорениям достаточно велика и равномерна в диапазоне частот ниже 200 Гц. Чувствительность элементов к измеряемой составляющей вектора при этом получилась в среднем на 26 дБ (в 20 раз) выше, чем к остальным составляющим. Принципиально может быть получено большее ослабление связи между эффектами воздействия вибраций разных направлений.

Таблица
Наименование элемента	Емкость мкФ	Сост. вектора	Частота, Гц
			20	40	60	100
Диск	18000	N	100	100	98	98
		1	3	2	3	-
		2	5	4	4	5
Цилиндр	10000	N	30	20	18	-
(1 включение)		1	680	830	860	900
		2	90	40	40	70
Цилиндр	10000	N	30	20	50	-
(2 включения)		1	50	50	70	-
		2	770	870	880	900

В таблице приведены замеренные на различных частотах чувствительности (мВ/g) элементов виброприемника к различным составляющим вектора ускорения. Как видно из таблицы, чувствительность диска к нормальным колебаниям (N) составляет 100 мВ/g, а к касательным составляющим вектора ускорения 2÷5 мВ/g, т.е минимум в 20 раз меньше.

Чувствительность цилиндра к измеряемой касательной составляющей ( ₁ - при первом включении и ₂ - при втором включении) составляет 700÷900 мВ/g, ко второй (неизмеряемой) касательной составляющей 40÷90 мВ/g, т.е. в 10÷20 раз меньше, чем к измеряемой, и к нормальной составляющей 20÷50 мВ/g, т.е. в 18÷30 раз меньше.

В таблице также приведена электрическая емкость элементов. Следует отметить, что вместо диска 1 (фиг.1), работающего на изгибных колебаниях, может быть применен сплошной или полый цилиндр, работающий на продольных колебаниях. Конструкция виброприемника при этом несколько упрощается, однако чувствительность будет ниже, чем в случае применения диска.

Область применения

Предлагаемый виброприемник может быть использован во всех случаях, когда необходимо изучать сложные вибрации тел на низких частотах и особенно при дистанционных измерениях. В частности, предлагается его использовать для измерения вибраций в месте установки преобразователей в бортовых и выносных антеннах.

Трехкомпонентный приемник вибраций низких частот выполнен в виде разделенного на четыре секции пьезокерамического полого цилиндра. На торце пьезокерамического полого цилиндра установлен металлический диск с пьезоэлементом, например, в виде диска, работающего на изгибных колебаниях, или стержня, работающего на продольных колебаниях. Технический результат - повышение чувствительности. 1 ил., 1 табл.