Электростатический датчик вибрации Советский патент 1977 года по МПК H04R9/00 

Изобретение относится к элементам npef рбраэоватепей измерительных систем, в ко-т торых частота поперечных колебаний вабри- Дующих элементов типа нитей (струн) нпй ;стержней строго определяется характерастг 1ками вибирируюшего.элемента и т использовано в фильтрах, генераторах и ТоП. Для прецизионных измерительных преоб-. разователей возбуждаемый элемент и основные элементы конструкции выполняют из оптически чистого плавленого кварца. Известны датчики вибраций; в которых (раскачивающие силы создаются посредство1 .взаимодействия электрического тока npoVe Дающего по возбуждаемому элементу, с no-jЬем постоянных магнитов 23. Эти датчики требуют металлизации поверхности элемента, что,: одной стороны, (усложняет технологию их изготовления, а d другой, является дополнительным источниом нестабильности. Датчики вибраций, в которых возбужда-. вмый алемент играет роль подвижной обклaiaки конденсатора, так же трёбуёТ мётап Пизации поверхности элемента, а опасность э-пектрического пробоа в зазоре элементом и подяризующими электродами, при прибдйжегши элемента к одному из электродов в процессе колебаний, трубует у- -.уоа .ки электродов на достаточном р . :.;4Ойкаи, I Ближайшим по тегсническом решению к ааобрезанйю является датчик вибрации, в к тором возбуждаемый элемент находится в зазоре между тремя параллельными друг другу электродами, при этом два меньших электрода перекрываются большим , являющимся общим, и между ними приложено поляризующее напряжение ...Раскачки {Возбуждаемого элемента осуществляется за счет разности потенциалов между одним из меньших электродов и общим электродом, в результате чего нарушается равновесие сип втягивания элемента в зазор между элект-1 родами. Съем сигнала осуществляется путей фиксирования падения напряжения на сопротив Ленин в цепи поляризующего напряжения при протекании тока перезарядки емкости между другим меньшим электродом и общим 1фи перемёще.НИИ возбуждаемого элемента. Усилие сигна ла и подача его на электрод раскачки обес-tпечивают режим автогенерации. В указанно электростатическом датчике вибраций на электроде съема, размещенном в непосредственной близости от электрода раскачки, индуцируются заряды при изменении потенциала последнего, и на входе усилителя воз никает сигнал, существенно превышающий полезный. Попытки фиксировать изменения емкости амплитудной модуляцией высокочастотного напряжения, а также частотной модуляцией высокочастотной генерации приводят к существенному усложнению электронно-преобразовательной части. Целью изобретения является повышение коэффициента взаимного преобразования виб раций диэлектрического элемента в электрический сигнал и устранение влияния плас тин возбуждения на пластины съема. Указанная цель достигается тем, у основания возбуждаемого элемента, заряженного электростатически, установлена электронная шайба, а между пластинами съема, установленными в зоне наибольшего динами ческого прогиба возбуждаемого элемента, и пластинами возбуждения расположен элек тромагнитный экран из магнитомягкого материала. На фиг. 1 дан датчик, общий вид; на фиг. 2-разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - электрокинематическая схема электростатического датчика вибраций в режиме автоколебаний. В корпусной раме 1 (см. фиг. 1) закреплен консольный возбуждаемый элемент 2, проходящий свободным концом через экран 3 из магнитомягкого материала. Экран 3 крепится в пазах корпусных крышек 4 и 5, а размер отверстия в экране обеспечивается из расчета максимальной амплитуды колебаний свободного конца стержня. На изоляционных пластинах 6 и 7 крепятся лежащие в параллельных плоскостях пластины возбуждения 8, 9 и 10 и пластины съема 11 и 12. На стержневой возбуждаемый элемент 2 каким-либо наэлектризованным телом нанесен электрический заряд. Для пр дотвращения его утечки в месте крепления элемента 2 к корпусной раме 1 установлен электронная щайба 13, а полость внутри датчика герметизируется либо вакуумируется. Возбуждаемый элемент 2 выполнен из оптически чистого плавленного кварца. Для уменьшения рассеяния энергии в заделке корпусная рама 1 также выполнена из кварца, а сам элемент крепится к раме сваркой . На пластины возбуждения 8, 9, 10 через резисторы 14, 15 подводится постоянное напряжение от опорного источника 16, Возбуждаемый элемент 2 поляризуется. При полной геометрической симметрии пластин возбуждения и симметричном расположении элемента 2 относительно пластин, последний находится в неустойчивом положении равновесия от сил втягивания парами пластин 9, 8 и 10, 8 При этом составляющие сил втягивания, обусловленные поляризационными и нанесенными зарядами, также равны между собой. Малейшие нарушения симметрии поля пластин либо расположения возбуждаемого элемента приводят к смещению последнего в область действия одной из пластин. Поэтому при передаче переменного напряжения на пластины 9 и 10 элемент 2 совершает движения от одной пары пластин к другой. В свою очередь, перемещение вместе с элементом 2 нанесенных электрических зарядов относительно пластин съема 11 и 12 индуцирует на пластинах заряды, которые и являются источником сигнала для усилительного устройства 17 с большим входным сопротивлением. Усиленный сигнал в виде напряжения подается на пластины возбуждения 9 и 10, и таким образом осуществляется работа электростатического датчика вибраций в режиме автоколебаний. Для возбуждаемого элемента типа нити (струны) пластинъ съема располагаются в области наибольшего динамического прогиба, а остальное пространство вдоль нити занимают пластины возбуждения, при этом, как показал опыт по практической реализации предлагаемого датчика вибрации, вротяженность пластин съема может составлять всего десятую часть от пластин возбуждения. В случае необходимости требуемый характер силового взаимодействия возбуждаемого элемента с пластинами возбуждения может быть обеспечен соответствующим выбором геометрических характеристик пластин и их взаимным расположением. Формула изобретения Электростатический датчик вибраций, содержащий укрепленный в герметичном корпусе диэлектрический возбуждаемый элемент, расположенный в зазоре пластин возбуждения и пластин съема, находящихся в параллепьнъ1Х плоскостях, и усилитель с большим входным сопротивлением, подкточенный к пластинам съема, отлич ающийся тем, что, с целью повышения коэффициента взаимного преобразования вибраций диэлектрического элемента в электрический сигнал и устранения влияния пластин возбуждения на пластины съема, у основания возбуждаемого элемента, заряженного электростатически, установлена электронная шайба, а между пластинами съема, установленными в зоне наибольшего динамического прогиба возбуж-5 даемого элемента, и пластинами возбуждения расположен экран из магнитомягкого матердала. 9 Источники информации, принятые во вн мание при экспертизе: 1. Новицкий П.В. и Д1, Цифровые приборы частотными датчиками Энергия 197 О стр. 137-138. 2. Патент США № 3164987 Класс 73141, 1970. Риг.2

п

Г

®

.

сриг.