Датчик механических колебаний Советский патент 1984 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения горизонтальных составляющих механических колебаний, в частности в сейсмометрии и виброметрии.

Известны низкочастотные маятниковые виброметры, содержащие астатич:еский маятник, т.е. маятник с дополнительными упругими связями, служащий для измерения горизонтальных составляющих вибрации Ц 1

Механоэлектрическим преобразователем датчиков, выполненных по такой конструктивной схеме, обычно являются тензоэлементы, наклеенные на плоскую пружину и воспринимающие ее деформацию.

Недостатком таких датчиков является низкая чувствительность.

Повышение чувствительности достигается с применением механоэлектри ческих преобразователей, содержащих пьезоэлементы, работающие на изгиб.

Недостатком таких пьезоэлементов является их малая прочность. Для устранения этого недостатка преобразователь изготавливают в виде склеенных между собой пьезокерамической и упрочняющей стальной пластин. Однако частота собственных колебаний датчиков с таким преобразователем получается высокой и это служит препятствием для существенного увеличения чувствительности в области более низких частот.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является датчик механических колебаний, содержащий корпус, астатический маятник, включающий инерционную массу и преобразователь 2 .

Известный датчик предназначен для измерения горизонтальных составляющих механических колебаний.

В этом датчике преобразователь выполнен в виде вертикальной консоли, упруго закрепленной на корпусе и соединенной с пьезробразователяivm, причем эта консоль связана с астатическим маятником посредством кольцевого шарнира. Упругое закрепление консоли.вызывает снижение чувствительности датчика, а кольцевой шарнир не Обеспечивает сохранности датчика при сильных ударах.

Целью изобретения является повышение чувствительности и надежности датчика механических колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике механических колебаний, содерл ащем корпус, астатический, маятник, включающий инерционную массу и преобразователь, преобразователь выполнен в виде консольного пьезоэлемента, закрепленного одним концом на корпусе, продольная ось которого пересекает ось вращения

астатического маятника, а между незакрепленным концом преобразователя и инерционной массой астатического йаятника горизонтально установлен плоский упругий элемент.

На фиг. 1 схематически изображен датчик механических колебаний, в котором консольный пьезоэлемент закреплен в верхней части корпуса; на фиг. 2 - то же, консольный пьезоэлемент закреплен в нижней части корпуса.

Датчик механических колебаний содержит корпус 1, на котором закреплен один конец консольного пьезоэлемента 2, расположенного вертикально с возможностью перемещения вдоль своей продольной оси. Незакрепленный конец пьезоэлемента.-2 расположен внутри цилиндрического углубления инерционной массы 3 астатического маятника. Маятник связан с корпусом 1 посредством упругого шарнира 4. Возможно и другое выполнение этой связи, например в виде призматической опоры. Между незакрепленным концом пьезоэлемейта 2 и инерционной массой 3 астатического маятника установлен в горизонтальной плоскости плоский упругий элемент 5 выполненный, например, в виде резинового кольца. Положение упругого элемента 5 по вертикали может регулироваться, например фиксированно, путем закрепления его на разной высоте в инерционной массе 3 или плавно при установке его на незакрепленном конце пьезоэлемента 2 путем перемещения вдоль гладких стенок цилиндрического углубления инерционно массы 3 совместно с перемещением по вертикали пьезоэлемента 2

Датчик работает следующим образом.

Под действием измеряемых механических колебаний, например сейсмоколебаний грунта, астатический маятник совершает угловые колебания относительно корпуса. Энергия этих колебаний передается через упругий элемент 5 консольному пьезоэлементу 2 вызывая его деформацию (изгиб и соответственно генерацию электрических зарядов, воспринимаемых электронным усилительным устройством (не показан). Период собственных - колебаний астатического маятника определяется упругостью консольного пьезоэлемента 2, удерживающего маятник в отвесном положении, моментом инерции маятника относительно оси вращения, а также опрокидывамцим моментом силы тяжести. Как показывают расчеты, эти параметры зависят, в основном от двух величин: длины консольного пьезоэлемента 2, расстояния от оси вращения маятника до места установки плоского упругого элемента 5

ДАТЧИК МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ, содержащий корпус,астатический маятник, включающий инерционную массу и проеобразователь, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности, преобразователь выполнен в виде консольного пьезоэлемента, закрепленного одним концом на корпусе, продольная ось которого пересекает ось вращения астатического маятника, а между незакрепленным концом преобразователя и инерционной массой астатического маятника горизонтально установлен плоский упругий элемент.