Вибропреобразователь Советский патент 1992 года по МПК G01M7/02 

Изобретение относится к виброизмерительной технике и предназначено для преобразования пространственных колебаний в электрический сигнал.

Известен вибропреобразователь, содержащий корпус и размещенные в нем инерционный элемент в виде шара, установленные во взаимно перпендикулярных плоскостях три электромеханических преобразователя, каждый из которых выполнен в виде параллельно расположенных пьезокерамических шайб, три диска, через которые инерционный элемент взаимодействует с электромеханическими преобразователями, и расположенные диаметрально противоположно последним три упругих

элемента, взаимодействующие центрами с инерционным элементом.

Недостатком известного технического решения является ограниченный в области высоких частот диапазон вибропреобразователя, обусловленный тем, что масса инерционного элемента больше нескольких грамм, поскольку шар не может быть по диаметру меньше диаметра пьезоэлемен- тов. Кроме того, при перемещении шара по поверхности дисков и упругих элементов, за счет наличия на их поверхности микронеровностей, происходит генерация высокочастотных колебаний, воспринимаемых вибропреобразователем как вибрация обь- екта.

f .

ijbf

t

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является вибропреобразователь, содержащий корпус с выступами и измерительный угол, выполненный в виде попарно установленных элементов и взаимодействующих с выступами корпуса.

Недостатком данного вибропреобразователя является невозможность измерения трех ортогональных составляющих виброускорения пространственных колебаний объекта, что особенно сильно проявляется на высоких частотах, где небольшие перемещения вызывают значительные ускорения.

Цель изобретения - измерение трех ортогональных компонент ускорения.

Указанная цель достигается тем, что вибропреобразователь, содержащий корпус с выступами и измерительный узел, выполненный в виде попарно установленных инерционных элементов и пьезопреобразо- вателей, взаимодействующих с выступами корпуса, снабжен двумя измерительными узлами, расположенными ортогонально первому, элементы и преобразователь измерительных узлов расположены в выступах корпуса с образованием окна, сформированного внутренними поверхностями инерционных масс пьезопреобразо- вателей и выступов корпуса. В окне каждого измеритель-ногоузла размещены инерционные массы другого измерительного узла, расположенные .ортогонально плоскости проходящей через инерционные массы.

Кроме того, указанная цель достигается тем, что инерционные массы каждого измерительного узла жестко соединены между собой.

На фиг. 1 изображена общая схема взаимного расположения элементов вибропреобразователя; на фиг. 2 - вибропреобразователь, со свободными пье- зоэлементами, разрез; на фиг. 3 - то же, с жестко соединенными инерционными массами каждой пары.

Вибропреобразоватёль содержит корпус 1 с выступами 2-5, измерительные узлы, выполненные в виде попарно установленных инерционных масс 7-12 и пьезопреоб- разователей 13-22, взаимодействующих с выступами 2-5 корпуса 1. Инерционные массы 7-12 и пьезопреобразователи 13-22 измерительных узлов расположены в выступах корпуса 1 с образованием окна, сформированного внутренними поверхностями инерционных масс 7-12 пьёзопрерб- разователей 13-22 и выступов корпуса 2-6 в окне каждого измерительного узла размещены инерционные массы 7-12 другого измерительного узла, расположенные ортогонально плоскости размещения его инерцм- ониых масс.

Инерционные массы каждой пэры могут

быть жестко соединены между собой (выполнены как единое целое) и образуют при этом пластины 23-25 с прямоугольными отверстиями (фиг. 3). При этом центры инерции пластин 23-25 должны совпадать.

0 Пьезопреобразователи 13-22 могут быть выполнены в виде пластин или наборов пластин (не показано. Пьезопреобразователи 13-22 могут быть приклеены к соответствующим инерционным массам 7-12 и высту5 пам 2-6 корпуса 1 или закреплены в них при помощи шпилек 26-30 с гайками 31-36. изолированных от корпуса с помощью втулок 37-40. Наиболее эффективно применение сдвиговых пьезоэлементов, хотя в данном вибропреобразователе могут быть исполь0 зованы и компрессионные пьезоэлемен- ты.

Вибропреобразователь работает следующим образом.

При колебании корпуса 1 вибропреоб5 разователи будут происходить перемещения каждой пары инерционных масс 7-12 вдоль одной из ортогональных составляющих пропорционально ускорению, действующему вдоль направления каждой из

0 составляющих, В результате сдвиговых деформаций пьезопреобразователей 13-22, выполненных в виде пластин или наборов пластин сдвиговых пьезоэлементов, на них появляются потенциалы, пропорциональ5 ные данной составляющей пространственного колебательного движения. Применение сдвиговых пьезопреобразователей позволяет снизить коэффициент поперечной чувствительности каждой группы

0 пьезопреобразователей 13-22, так как потенциалы на них возникают в случае сдвиговой деформации только в одном направлении, кроме того, сдвиговые преобразователи не реагируют на сжатие и растя5 жение.

При сдвиге инерционных масс 2-6 не происходит движения их по поверхности пьезопреобразователей 13-22 и не возникает дополнительных погрешностей. При

0 использовании компрессионных пьезоэлементов, каждая пара инерционных масс 7-12 измеряет составляющую, перпендикулярную плоскости пьезоэлементов 13-22. В этом случае возможно также измерение уг5 ловых колебаний при регистрации сигнала с каждого пьезоэлемента. Соединение инерционных масс 7-12 каждой пары между собой (выполнение их как единое целое) снижает погрешности, возникающие вследствие несовершенства изготовления вибропреобразователя, так как отклонение от параллельности не связанных между собой пар инерционных масс 7-12 приводит к снижению точности измерения .ортогональных составляющих пространственного движе- ния, вследствие самостоятельного движения каждой инерционной массы 7-12 в паре. Если пластины 23-25 движутся как единое целое, а сдвиговые пьезоэлементы пьезоп- реобразователей 13-22 преобразуют в элек- трический сигнал движение пластин 23-25 только в одном направлении, эти погрешности отсутствуют.

Выполнение вибропреобразователя с совмещенным в единой точке для всех трех пар инерционных масс 7-12 или пластин 23- 25, выполняющих их роль в конструкции, изображенной на фиг. 3. центром инерции позволяет также повысить точность измерения ортогональных составляющих про- странственных колебаний, объекта.

Формула изо.бретения 1. Вибропреобразователь, содержащий корпус и первый измерительный узел, взаи-

модействующий с корпусом, отличающийся тем, что, с целью измерения трех ортогональных компонент ускорения, корпус выполнен кубическим с шестью выступами, размещенными на каждой из граней куба, преобразователь снабжен вторым и третьим измерительными узлами, каждый из измерительных узлов выполнен в виде двух инерционных масс, расположенных параллельно граням корпуса по разные сторо- ныотвыступовкорпуса,

взаимодействующих с инерционными массами четырьмя пьезопреобразователями, каждый из которых расположен между выступами противоположных граней корпуса и инерционной массой, первый измерительный узел расположен перпендикулярно к второму и охватывает его, третий измерительный узел расположен перпедикулярно к первому и второму измерительным узлам и охватывает первый измерительный узел.

2. Вибропреобразователь по п. отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, инерционные массы каждого измерительного узла жестко соединены между собой.

Изобретение относится к виброизмерительной технике и предназначено для преобразования пространственных колебаний в электрический сигнал. Цельизобретен.ия - измерение трех ортогональных компонент ускорения. Вибропреобразователь содержит корпус 1 с выступами 2-6, измерительный узел, выполненный в виде попарно установленных инерционных элементов 7-12 ипьезопреобразователей 13-22, взаимодействующих с выступами 2-6 корпуса. Вибропреобразователь снабжен двумя измерительными узлами, расположенными ортогонально первому, инерционные элементы 7-12 и пьезопреобразователи 13-22 измерительных узлов расположены в выступах корпуса 1 с образованием окна, сформи- рованного внутренними поверхностями инерционных элементов 7-12 и пь.езопреоб- разователей 13-22, в окне каждого измерительного узла размещены инерционные элементы 7-12 другого измерительного узла, расположенные ортогонально плоскости размещения его измерительных элементов. Инерционные элементы 7-12 каждого измерительного узла жестко соединены между собой. 1 з.п. ф-лы. 3 ил. Л

N /

Фиг.1

V

1В М

6

я.

-М

/ -.vvv.

Фиг3