Пьезоэлектрический преобразователь Советский патент 1977 года по МПК H04R29/00 

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения ускорений, усилий, давлений и других физических величин при испытании сложных изделий, подвергающих- ся значительным механическим воздейсрвиям, приводящим иногда к выходу из стро измерительных преобразователей до или во время испытаний.

Известны устройства, реализующие способ проверки работоспособности преобразователей до или во время испытаний, связанный с демонтажом преобразователя и последующей проверкой в условиях лаборатории.

Такие операции требуют значительного времени и все-таки не обеспечивают необходимой надежности контроля.

В сзязи с этим возникает необходимост обеспечения дистанционного контроля работоспособностл пиеобразователей, закре1 лен- :гп сг:1лг емых изделиях.

Наиболее блиекой по технической сущности к предложенной яаляется конструкция пъезопреобразователя, содержащего блок

пьезоэлементов с инерционным телом и кабель связи.

Дистанционный контроль подобных пьезопреобразователей осуществляют путем контроля емкости пьезоэлементов. Если в процессе эксплуатации произойдет растрескивание пьезоэлементов, выпадение его частей, отклеивание инерционного тела или другой грубый дефект, величина контролируемой емкости уменьшится.

При наличии сплощных проводящих электродов, площадь которых не изменяет ся при возникновении трещин в пьезоэле- менте, величина емкости пьезоэлемента изменяется практически очень незначительно. Кроме того, при дистанционном контроле емкости такого преобразователя емкость пьезоэлемента щунтируется емкостью кабеля и в том случае, когда емкость пьезоэлемента значительно меньще емкости кабеля, ьапример в случае кварцевых преобразователей, относительное изменение контролируемой емкости много меньше от носительного изменения емкости аьезоэлемента, что делает затруднительным дистаниионный контроль или существенно снижае ого надежност}-. Целью изобретения является повышение надежности дистанционного контроля пьезо преобразователя. Это достигается тем, что блок пьезоэлементов снабжен дополнительным иде№тичным пьезоэлементом, электроды которого выполнены в виде проводящих слоев с пластичностью, близкой к пластичности пьезоэлектрика, при этом один из электродов дополнительного пьезоэлемента электрически соединен с выходом преобразователя, а другой электрод через его локальную часть - с дополнительным проводом кабеля связи. На фиг. 1 показана схема пьезоэлектрического преобразователя; на фиг. 2 - дополнительный пьезоэлемент; на фиг. 3 .схема соединения приборов при дистанцион ном контроле пьезоэлектрического преобразователя. Пьезоэлектрический преобразователь со держит корпус 1, в котором установлен блок пьезоэлементов, изйлированный от. корпуса-1 прокладкой 2 и состодаций из дополнительного пьеаоэлемента 3 и рабЬчего пьезоэлемента 4. На блок пьзоэлементов установлено инерциотюе тело 5. Про водящая контактная повеохность инерционного тела 5 соединена с корпусом 1 и с проводом 6, к поверхности контакта допол .нительного пьзоэлемента 3 с рабочим пьзоэлементом 4 подсоединен провод 7 кабеля связи 8. Другая контактная поверх ность дополнительного пьезоэлемента 3 соединена с. проводом 9 того же кабеля 8 Провода 6 и 10, соединенные с корпусом являются экранирующими оплетками проводов 7 и 9 кабеля связи 8. Механическое соединение элементов 2, 3, 4, 5 с корпусом 1 осуществпяется с помощью винта 11 и пружины 12. Дополнительный пьеао,элемент 3 выполнен из того же материал и тех же размеров, что и рабочий пьезоэлемент 4. Электроды на его торцовых поверхностях выполнены из материала, пластичность которого близка к пластичности пьезоэлектрика. Нанесение электродов осуществляется, например, методом сжигания, толщина слоя составляет несколько микрон. На цилиндрической поверх ности дополнительного пьезоэлемента 3 сделан отвод 13, соединенный электричес с электродом 14. Отвод 13 с помощью проводника 15 соединен электрически с проводом 9 кабеля связи 8. Для осуществ ления дистанционного контроля пьеаопре- образователь соединен с приборами соглао но схеме (фиг. 3). Провода 6 и 7 кабеля связи 8 преобразователя 16 соединены со щтатным (входящим в комплект) усилителем 17, а провод 9 и 10 - с калибратором 18, содержащим генератор градуировочного напряжения 19 и вольтметр 20 для измерения напряжения генератора. Перб ключатель 21 установлен в положении 1. Частота синусоидального напряжения гене- ратора 19 лежит в пределах рабочего частотного диапазона усилителя 17. Напряже ние с генератора подано на емкостный делитель, образованный емкостью дополнительного пьезоэлемента 3 и емкостью парал- лельно соединенных рабочего пьезоэлемента 4, кабеля связи 8, входа усилителя 17, показанных на схеме в виде эквивалентных конденсаторов 22-25 соответственно. Оценка градуировочного напряжения U, поступающего от генератора 19, производится по формуле П 17 Р ипСкп у г Виг где Ug - напряжение на выходе усилителя; г ип кпГу соответственно емкости дополнительного и рабочего пьезоэлементов, кабеля и входа усилителя; К - коэффициент усиления усилителя. Дистанционный контроль работоспособности пьезопреобразователя осуществляется следующим образом. Перед установкой преобразователя на объекте необходимо определить гфеобразование градуировочного напряжения в системе преобразователь-усилитель (см. фиг, 3). . Регулируя напряжение Up устанавливают напряжение на выходе усилителя, соответ ствующее номинальному выходному напряжению .преобразователя, величины напряженийириЦдЗаписывают в паспорт преобразоват еля. При дальнейщей .эксплуатации преобразователь и усилитель используют совместно. Преобразователь с кабелем связи 8 монтируют на испытуемом изделии и стыкуют кабель 7 с приборами. Устанав ливая на выходе генератора напряжение (в соответствии со значением, указанным в паспорте), фиксируют сигнал на выходе усилителя. ЕСЛИ в процессе монтажа или на другом этапе эксплуатации преобразовав тель был подвергнут интенсивному механи- ческому воздействию, приведшему к растрескиванию дополнительного пьезоэлемента З часть 26 электрода 14 будет отделена от этого электрода образовавщимися трещинами 27, что соответственно изменяет емкость дополнительного пьезоэлемента 3.

В соотпетствии с приведенной формулой изменяется сигнал на выходе усилителя, по величине изменения которого можно установить факт наличия дефекта в преобразователе. Как видно из формулы для большинства практически встречающихся сочетаний емкостей пьезоэлементов, кабеля входа усилителей относительное изменение емкости дополнительного пьезоэлемента фактически приводит к прямо пропорцион0льному изменению выходного напряжения усилителя, вследствие чего увеличивается надежность дистанционного контроля. В случае исправности преобразователя переключатель 21 устанавливают в полсокение П показанное на чертеже. При этом про-; вода 9 и 10 кабеля связи 8 замыкаются накоротко, а конденсатор 23 ( а следовательно дополнительный пьезоэлемент 3) включается параллельно рабочему пьезоэлементу. Система пьезопреобразователь- усилитель готова к эксплуатации.

Таким образом, идентичный дополнительный пьезоэлемент играет роль образца - свидетеля, находящегося в идентичных по. сравнению с рабочим элементом условиях.

Электроды на дополнительном элементе позволяют обнаружить появление трещин в пьезоэпементах, т.е. рано распознать дефект преобразователя, что повышает надежность дистанционного контроля работоспособности пьезопреобразователя.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь, содержащий блок пьезоэлементовI с инерцио ным телом и |ка6епь .связи, о т л и ч а loщ и и с я тем, что, с целью повышения надежности дистанционного контроля блок пьезоэлементов снабжен дополнительным идентичным пьезоэлементом, электроды которого выполнены в виде проводящих слоев с пластичностью, близкой к пластичности пьеаоэлектрнка, при этом один из электродов дополнительного пьезоэлемента, электрически соединен с выходом преофазователя, а другой электрод через локальную часть - с дополнительным проводом кабеля связи.

Фиг.1

26

26

Т

/4

Т