Пьезоэлектрический вибростенд Советский патент 1980 года по МПК H04R17/00 G01P21/00 

Изобретение относится к измери-. тельной вибрационной технике и может быть использовано для калибровки и испытаний датчиков вибрации при повышенных ускорениях (до lOOOOgf ) . Известен пьезоелектрический вибростенд, предназначенный для калибровки датчиков и состоящий из набора пьезоэлементов, основания и вибро- 10 платформы для их крепления 1. Однако этот стенд работает в узком динамическом диапазоне ускорений, максимальное;значение которого не превышает SOOg .15 Наиболее близким к изобретению по технической сущности является пьезоэлектрический вибростенд, содержащий собранный из отдельных кольцевых пьезоэлементов цилиндри- 20 ческий возбудитель, прикрепленный одним торцом к основанию, а другим к круглой платформе 12, Однако этот вибростенд не позволяет получать высоких амплитуд ус- 25 корений, потому что для этого необходимо на пьезоелементы подавать большие напряжения, что практически невозможно, так как в этом случае пьезоэлементы начинают испытывать та-зО кие тор шаю дин что цев мер виб 1, гы воз выс механические напряжения, при коых они отклеиваются или разрутся . . Цель изобретения -- расширение амического диапазона стенда. Указанная цель достигается тем, виброплатформа выполнена с кольым выступом, геометрические раэ . ы которого выбраны из соотношения Ъ рЁ г г V ггоч н Н - высота цилиндра пьезоэлементов;f - ширина выступа виброплатформы ; h - толщина выступа виброплатформы;- модуль Юнга, плотность и скорость звука в материсше виброплатформы соответственно. На чертеже схематично изображен ростенд. Устройство состоит из основания на котором размещены пьезоэлемен2, собранные в цилиндрический будитель, и виброплатформы 3, с тупом 4 по О1 ружности. Цилиндрический возбудитель и часть виброплатформ д1 3, выполненная по диаметру пьезоэлементов, жестко соединены с оснозанием 1 с помощью шпилек 5 через поджимной шарик 6. Между пьезоэлемэктеми размещены тонкие металлические пластины 7, к которым с помощью источников 8 и 9 питания подводится напряжение. Устройство работает следующим образом, При подаче переменного напряжени на пьезоэлемемты с помощью источника 8 питания, последние начинают возбуждаться в силу обратного пьезо эффекта. Эти возбуждения передаются виброгшатформе, центральная часть которой жёстко соединена с пьезоэле ментами. В силу того, что выступ 4 виброплатформы находится в свободном состоянии, он начинает также ко баться, ко эти колебания уже носят изгибный характер, т.е. эта часть виброплатформы работает на изгиб. Причем за счет того, что ее резона ная частота Гр выбрана так, что она совпадает с продольной резонан ной частотой стенда (набор пьезоэле ментов с виброплатформой) пр,ст , ускорения на выступе 4 резко возрастают по сравнению с ускорением на центральной части виброплатформ и достигают максимума (до 10000g) при полном совпадении этих частот, которое в свою очередь достигается тем, что геометрические размеры виброплатформы и высота цилиндра пьезоэлементов выбраны так, что им ет место соотношение f.i. , где Н - высота цилиндра пьезоэлементов;г ширина выступа виброплатформытолщина выступа виброплатформы;коэффициент, присущий мате алу виброплатформы. Это поясняется следующим расчет Резонансная частота виброплатформы определяется следующим выраж нием. р - 0.797 fWL рвЬГ ri V Пр где г -.ширина выступа виброплатфо h -,.| толщина выступа виброплат формы; К - модуль упругости материала атформы; f - плотность материала виброп формы . Продольная резонансная частота стенда определяется вы1)ажением F - np. де С - скорость звука в материале Н - высота цилиндра пьезоэлементов. Из вьшесказанного имеем f f рьь пр.ст. 0.797 . с 1 У Up 4Н Преобразуем (3) следующим образом с 0,752 ЕЪ г. 1нг-- ic±ll Ть Г 1м 77Г |-Ib-0,064 Из (4) определяем Н - высоту цилиндра пьезоэлементов Таким образом, получается, что высота цилиндра пьезозлементов и геометрические размеры виброплатформы связаны между собой соотношеъ ГЕ.,. л (5) Так как резонансная частота стенда может незначительно изменяться за счет нестабильности питания, старения пьезоэлементов и др., в цепь питания вибростенда последовательно переменному источнику 8 питания включен источник 9 постоянного напряжения, который позволяет регулировать резонансную частоту и тем самым постоянно поддерживать равенство пр.ст. ре-ь. Таким образом, выполнение виброплатформы с выступом, выбор высоты стенда в соответствии с выражением (5) позволяет значительно расширить динамический диапазон ускорений вибростенда и увеличить его верхний предел в 10-20 раз по сравнению с известным вибростендом. Формула изобретения Пьезоэлектрический влбростенд, содержащий собранный из отдельных кольцевых пьезоэлементов цилиндрический возбудитель, прикрепленный одним торцом к основанию, а другим к круглой виброплатформе, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона виброускорен й, виброплатформа выполнена с кольцевым выступом, геометрические размеры которого выбраны из соотношения

jT..ri г

Vnpc- Н

где h - толщина выступа виброплатформы;

г - ширина выступа виброплатформы;

Н высота цилиндрического возбудителя ;

Е модуль, упругости материала виброплатформы;

С с.корость звука в материале виброштатформы;

J плотность материала виброплатфорьы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. ГОСТ 15939-70, с.10,11,приложение 1.

2, Авторское свидетельство СССР 196399, кл. G 01 Р 21/00,1969.