Преобразователь вибраций Советский патент 1989 года по МПК G01H11/08 

F

сл

о

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности и перестройка порога срабатывания преобразователя вибраций за счет использования явления спонтанной поляризации и гистерезиса в сегнетоэластиках. Преобразователь содержит консольно закрепленную в корпусе 1 пластину с электродами 2 на ее боковых гранях, выполненную из монокристалла сегнетоэластика с двумя доменами 3, доменная стенка 4 на границе раздела между которыми располагается и перемещается в процессе работы параллельно грани пластины, на которой закреплена инерционная масса 5. Благодаря этому происходит беспрепятственное перемещение доменной стенки 4 под действием деформирующих усилий, вызываемых вибрациями, что сопровождается спонтанной деполяризацией доменов и генерированием знакопеременных импульсов тока в сопротивлении 7 нагрузки, подключенном к электродам 2 преобразователя. Пороговый уровень срабатывания преобразователя регулируется с помощью источника напряжения смещения постоянного тока, включенного в цепь его электродов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля вибраций в тяжелом, энергетическом и траспортном мапшно- строении.

Цель изобретения - повьппение чувствительности и обеспечение управления уровнем порога срабатывания преобразователя вибраций путем исполь- зования явления спонтанной поляризации и гистерезиса в сегнетоэластиках.

На фиг. 1 показана схематично конструкция преобразователя вибраций; на фиг. 2 - то же, при включенном в цепь его электродов источнике напряжения смещения постоянного тока; на фиг. 3 - выходные характеристики преобразователя, представляющие собой зависимость амплитуды тока I g,y в функции ускорения а вибраций при отсутствии ( О ) и наличии ( Н ) источника смещения в цепи его электродов.

Преобразователь вибраций содержит корпус 1, в котором консольно закреп- лена диэлектрическая пластина с электродами 2 на ее боковых гранях.

Пластина выполнена из монокристалла сегнетоэластика типа сегнетоэлас- тик - сегнетоэлектрик с двумя доме- нами 3, разделенными доменной стенкой 4, параллельно которой располо- жейа грань с закрепленной на ней инерционной массой 5.

Доменная стенка изображена пунктирной линией, так как в процессе работы под действием механических напряжений возникающих в пластине под влиянием вибраций ± F, может перемещаться

от свободного торца к консольно заде

ланному торцу пластины и обратно.

Инерционная масса 5 может быть прикреплена к грани пластины с помощью слоя 6 эпоксидной смолы.

К электродам 2 преобразователя под ключено нагрузочное сопротивление 7, падение напряжения на котором позволяет определить амплитуду разнополяр- ных импульсов тока, возникающих ь цепи электродов при изменении знака спонтанной поляризации доменных областей в сегнетоэластике под действием вибраций.

В цепь электродов 2 преобразователя последовательно с нагрузочным сопротивлением 7 может быть включен ис- точник 8 напряжения смещения постоянного тока, с помощью которого осуществляется смещение петли гистерезиса.

.

Q

5

0

,

5

0

ширина и положение которой в функции силового нагружения пластины из сегнетоэластика, определяют величину порогового ускорения а„, при котором на электродах 2 преобразователя появляется выходной сигнал.

Преобразователь вибраций работает следующим образом.

Под воздействием знакопеременных механических усилий, прикладываемых к консольно закрепленной пластине из сегнетоэластика при вибрации закрепленной на ней инерционной массы 5, происходит спонтанная знакопеременная поляризация обеих доменных областей пластины, когда это усилие превысит некоторый пороговый уровень, соответствующий заданному пороговому уровню ускорения ап контролируемых вибраций.

При этом происходит возвратно-поступательное перемещение доменной отен- ки в двухдоменной пластине на границе между ее областями с противоположным направлением поляризации доменов.

Скорость движения доменной стенки линейно зависит от разности действующего и порового ускорений (фиг. 3).

В результате периодического переключения полярности спонтанной поляризации доменов в двухдоменной структуре на электродах 2 преобразователя генерируются импульсы ЭДС, под действием которых в нагрузочном сопротивлении 7 протекают разнополярные импульсы тока.

Амплитуда этих импульсов линейно зависит от величины виброускорени я, а частота их следования - от частоты контролируемых вибраций.

Чувствительность опытного сегнето- эластичного преобразователя вибраций при сопротивлении 7 нагрузки, равном 100 кОм, составляет около

м 30 мВ/, что примерно на порядок

превышает чувствительность известных пьезоэлектрических вибропреобразователей.

С помощью регулируемого источника 8 напряжения смещения можно управлять порогом срабатьшания ) данного преобразователя (фиг. 3).

Конструктивная простота и надежность в работе также являются его важными достоинствами, а благодаря его свойствам порогового элемента преобразователь вибраций может быть исполь51516797

качестве датчика пиковых усзован в

корений или ударов.

Формула изобретения

1, Преобразователь вибраций, содержащий корпус, консольно закрепленную в нем диэлектрическую пластину с электродами на боковых гранях и инер- «Q ционную массу, прикрепленную к свободной грани пластины, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, пластина выполнена

из двухдоменного монокристалла сег- нетоэластика типа сегкетоэластик - сегнетозлектрик с доменной стенкой между доменами, параллельной грани с закрепленной на ней инерционной масг- сой.

/ТУТ

/

Zv

/

Фи9.2

н