Датчик импульсных давлений Советский патент 1992 года по МПК G01L23/10 G01L9/08 

P(tJ

сл

ON

ч

00

4

Изобретение относится к измерениям импульсных давлений и может быть использовано в областях техники, где необходимо регистрировать импульсные нагрузки.

Известен датчик измерения бысгроиз- меняющихся давлений, содержащий чувствительный пьезоэлектрический элемент и акустический полноводный стержень, помещенный о окрам,

Недостатком известного датчика является высокое выходное сопротивление 1012-1013 Ом, низкая точность измерений, искажение выходного сигнала за сиет наложения на сигнал истинного давления - о гра- женного (резонансного) сигнала от конца акустического волноводного стержня. Ею величина (сигнала) определяется параметрами материала волноводного стержня.

Известен также датчик измерения им- пульсных давлений, в котором акустический волноводный стержень выполнен в виде полой металлической трубки, заполненной твердой звукопоглощающей средой, что приводит в некоторых пределах к повышению точности и уменьшению габаритов датчика.

Однако отсутствие акустического согласования на границе раздела пьезоэлемент и звукопоглощающая среда вызывает акустический удар, волну растяжения (либо сжатия), т.е. искажение регистрируемого сигнала. При этом, сигнал (упругая продольная волна), проходя по стенкам пустотелой трубки, наводит в пьезоэлементе резонансные явления, ток как затухания упругой продольной волны на коротком участке длины волноводного стержня I (30-50)d, где с - диаметр стержня, не произойдек что обуславливает необходимость использования длинномерной трубки, что увеличивает габариты датчиков.

Целью изобретения является повышение точности измерений сигналов истинного давления и уменьшение габаритов датчиков.

i

Поставленная цель достигается тем, что в датчике импульсных давлений волноводный акустический стержень выполнен из пористого металла с равномерно убывающей плотностью от торца с пьезоэлектрическим элементом к свободному концу, причем на участке, контактирующем с пьезоэлемен- том, с целью исключения отражения волн от границ раздела акустическая жесткость стержня близка к акустической жесткости пьезоэлемента.

На чертеже представлена схема стержневого датчика измерения импульсного давления,

Датчик содержит чувствительный пьезоэлемент 1, металлический пористый волноводный акустический стержень 2.

Датчик работает следующим образом. На пьезозлемент 1 действует внешний

сигнал P(t), вызывающий продольные упругие колебания в пористом волноводе 2.

8 предлагаемом датчике используют определяющее соотношение между скоро стью распространения продольных упругих волн в стержне материала С, и его остаточной пористостью 0, т.е. С f(#). Известно, что скорость распространения продольных упругих волн R стержне из компактного (ли -

того) металла С vGL , где F - модуль А

упругости первого рода; /9к - плотность металла (компактного). Величина Е для пористого металла 12G(1 -Of -(

рп /Эк (1 - 0), где G - модуль сдвига литого металла.

Отсюда скорость распространения продольных упругих колебаний в стержне из пористого металла

Е

и его плотность

С У 12GLL

Tl4 37feTl А

5

0

Ъ

Т

(1-ф.

ф-Щ

г т.е. с увеличением пористости материала уменьшается скорость распространения продольных упруг их колебаний (уменьшается величина акустической жесткости р С).

Таким образом, установлено затухание р (уменьшение скорости) продольных упругих волн в пористом металле стержня датчика, что позволяет исключить возникновение резонансного сигнала от свободного конца волноводного стержня.

При этом, для исключения явления акустического рассогласования, возникновения деформационной волны (растяжения либо сжатия) необходимо следующее: акустическая жесткость элементов пары: пьезоэлемент 1 - волноводный стержень 2 на

границе контакта должна быть идентичной (для установления акустического согласования, наличие плавного (равномерного) уменьшения акустической жесткости мате- г риала металлического волноводного стерж- 0 ня, что достигается при использовании волноводного акустического стержня, материал которого выполнен пористым, причем, в направлении по длине стержня от торца с пьезоэлектрическим элементом до свободного конца пористость в (1 -ЈЈ)увеличивается от 0 до определенной величины (исходя из требуемых габаритов датчика).

По сравнению с известной предлагав- мая конструкция датчика позволяет уменьшить длину I волноводного стержня за счет затухания продольных упругих колебаний в пористом металле, использовав металлический пористый волноводный стержень с пе- ременной (убывающей) плотностью металла.

Испытания такой конструкции датчика импульсных давлений, где металлический волноводный стержень выполнен пористым с переменной (убывающей) по длине плотностью, показывают, что длина волноводного стержня I уменьшается в три раза при полном исключении резонансного (отраженного) сигнала.

Предлагаемая конструкция датчика импульсного давления за счет устранения отраженного (резонансного) сигнала от свободного конца волноводного акустического стержня исключает искажение выход- ного сигнала, уменьшает длину волноводного акустического стержня.

Формула изобретения

Датчик импульсных давлений, содержащий чувствительный пьезоэлектрический элемент, прикрепленный к одному из торцов акустического волновода в виде стержня, отличающийся тем, что. с цвелью повышения точности и уменьшения габаритов, в нем стержень выполнен из пористого металла с равномерно убывающей плотностью от торца с пьезоэлектрическим элементом к свободному концу.

Изобретение относится к технике измерений импульсных или быстропеременных давлений. Датчик содержит чувствительный пьезоэлектрический элемент 1 и вол-ювод ный акустический стержень 2, выполненный из металла с переменной пористостью, убывающей от торца с чувствительным элементом к свободному концу. Такое выполнение датчика позволяет согласовать акустические жесткости чувствительного элемента и волноводного стержня, что повышает точность измерения, а переменная уменьшающаяся акустическая жесткость материала волноводного стержня приводит к снижению скорости распространения продольной волны, возникшей под действием измеряемых импульсов, и к ее затуханию из меньших расстояниях, что уменьшает габариты датчика. 1 ил.