Способ измерения параметров вибрации Советский патент 1977 года по МПК G01P15/08 G01H1/00 

1

Изобретение отнооится к измерительнрй технике.

Известий способы измерения параметров вибрации, в которых механические копебания объекта о помощью пьезоэлёктри- ческото чувствительного элемента преобразуются в электрические сигналы l, 2, В этих способах необходимо поджатие пьезоэлементрв к контролируемому объек-. ту, что вносит существенные погрешности в измерение.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ измерения параметров вибрации путем преобразования пьезоэлек|- трическим чувствительным элементом, уста нреленным на коятролиоуемом объекте,, механических колебаний в электрические СИ1 налы З . По этому способу пьезоэлектр ческий преобразователь устанавливается в контролируемой точке объекта, а преобразо- ванне механических колебаний в электрические сигналы производится по инерционному принципу, т, е. посредством инерционной деформации пьезоэлемента. Однако этот способ не позволяет проводить вибрационные измерения на объектах, с произвольной формой поверхности из -за-трудностетй yciBHOBKH и креплекня, а внесение существенной массы преобразователя в измерительный процесс значительно снижает чувствительность измерения, особенно при вибрационных измерениях на малогабаритных объектах.

i С цепью измерения вибраций на объектах с произвольной формой поверхности и повь1шения чувствительности, предлагается в качестве пьезоэлектрического чувствительного элемента использовать пленку с пьезомодупем растяжения-сжатия из. вы- оокополимерного материала, например, на основе полйвйнилиденфторида, которую частично или полностью прикрепляют на контролируемом участке поверхности объекта с ориентацией в направлении действия вибрации, свободный конец пленки жестко связывают с неподвижным основанием.

На фиг, 1 изображен пьезоэлектр гческий элемент на основе попивннилиденфтори- дных смол; на .фиг, 2,3 и 4 - блок-схемы пьезоэлектрических устройств. В Ььеэоэпектричоском элементе (см. фиг. 1), выполненном на основе поливннил- иденфторидных смол в виде пленки путем приложения сильного постоянного электрического поля (500 KB/CM) при нагревании, может наблюдаться значительный пьезоэлек трический Еффект в виде поляризации пьезомодуль) вдоль оси X.j, когда усилие . приложено вдоль оси Xj. При этом пьезомо дуль не равен О и составляет 1/1О1/20 от величины . d может достигать порядка 2- 1О ед. CG-3E при моноакриальной ориентации и больше, чем 5 . , в случае неориентированного пьезоэффекта или ориентированного по двум осям пленки, что открывает илирокие возможности для применения этого пьезоэлектрического тела в различных областях. Измерительное устройство, изображенное на фиг. 2 и представляющее собой пьезоэлектрический вибродатчик, состоит из пьезоэлектрического чувствительного элемента 1, выполненного на основе поливинил- иденфторидных смол в виде пленки (толщиной менее 100 мкм), на обеих сторонах которой расположены электроды 2 и 3, полученные при помоши процесса парового осаждения-напыления, адгезионного слоя 4 для крепления пьезоэлемента к контроли руемому объекту 5 (пьезоэлемент может крепиться к объекту и любыми другими известными средствами, например винтами, хомутами и т.д.), блока 6 преобразования и усиления и блока 7 измерения. Направлениедействия вибрации в контролируемом объектэ 5 обозначено стрелкой, при этом пьезоэлектрический элемент 1 (пленка) по своей длина ориентируется при креплении в направлении действия вибрации. При использовании в качестве чувствительного пьезоэлектрического элемента 1 пленки с неориентироЕ анной или ориентированной поляризацией по двум осям можно измерять и пространственные вибрации. В измерительном устройстве, изображен ном на фиг, 3, .в отличие от предыдущего пьезоэле дант с помощью адгезионного слоя 4 или любого другого крепежного средства частично прикрепляется к контролируемому объекту 5. Такое крепление чувствительного элемента позволяет измерять вибрации выборочных участков контролируемого объекта, например, для обнаружения дефектов в структуре материала ( раковин, пуст трещин и т. п.). 1 (змерительное устройство, изображенное на фиг, 4 является дополнением к про дыдущим и отличается от них тем, что в нем свободный конец пьезоэлектрического элемента 1 прикреплен к- неподвижному объекту 8, что позвбляет измерять даже крайне незначительные колебания контролируемого объекта 5, поскольку при достаточно большой длине пленки (пьезоэлемента), можно получить напряжение, достаточное для его регистрации. Работают измерительные устройства (см. фиг. 2,3 и 4 ) следующим образом. Механические колебания контролируемого объекта 5 при помощи укрепленного на нем частично или полностью пьезоэлектрического элемента 1 преобразуются в переменное напряжение, которое усиливается в блоке 6, выполненном, например, на основе полевого транзистора, и затем детектируется или измеряется в блоке 7, содержащем такие, например, приборы, как вольт-метр, записывающее устройство, осциллоскоп и т, п. Формула изобретения 1. Способ измерения параметров вибрации путем преобразования пьезоэлектрическим чувствительным элементом, установленным на контролируемом объекте, механических колебаний в электрические сигналы, отличающийся тем, что, с целью измерения вибраций на объектах с произвольной формой поверхности и повышения чувствительности, в нем в качестве пьезоэлектрического чувствительного элемента использована пленка с пьезомодулем растяжения -сжатия HS высокополимерного материала, например, на основе поливинилиденфторида, которую частично или полностью прикрепляют на контролируемом ; участке поверхности объекта с ориентацией в направлении действия вибрации. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что свободный конец пленки жестко связывают с неподвижным основа- / кием. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Патент Великобритании К 11321О6, класс Q 1 N , ЗО.10.68. 2.Исследование зависимости частотных характеристик пьезоэлектрического акселерометра от способа его крепления, экспрессинформация И ПС, KJ 34, 1068. 3.Гик Л. Д. Измерение вибраций , Новосибирск, Наука, 1972, с. 81 (прототип).

1

/ / / j

ч 5 aФие. 1

Фиг. 2

. J