Пьезоэлектрический сейсмоприемник Советский патент 1982 года по МПК G01V1/16 

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЕЙСМОПРИЕМНИК

Изобретение относится к измери тельной технике, в частности к приг борам, предназначенным для измерения параметров вибраций и колебаний почвы, сооружений и машин. Известен сейсмоприемник, состоящий из корпуса, электромеханического преобразователя, выполненного в виде пьезокерамического диска, работающего на сжатие, и имеющего жидкостную инертную массу 1 J, Недостатки этого сейсмоприемника малая чувствительность при регистрации низкочастотных колебаний малой амплитуды и невозможность измерения с помощью одного и того же приемника как вертикальных так и горизонтал ных колебаний. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является пьезоэлектрический сейсмоприемник, содержащий цилиндрический корпус, на торцах которого закреплены пьезоэлек рические преобразователи, выполненны в виде сборки из металлической мембраны, на каждой стороне которой закреплен пьезокерамический диск 2. Однако этот сейсмоприемник имеет недостаточную чувствительность. Кроме того, его можно использовать только в водной среде. Цель изобретения - повышение чувствительности сейсмоприемника. Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом сейсмопри- емнике, содержащем цилиндрический корпус, на торцах которого закреплены пьезоэлектрические преобразователи, выполненные в виде сборки.из металлической мембраны и пьезокерамическйх дисков, закрепленных на каждой стороне мембраны, корпус заполнен жидкостной инертной массой, а края дисков на расстоянии Г 7/(0,6 + + 0,15)R от центра поляризованы в обратном направлении по отношению к поляризации его центральной части. 389 где R - радиус рабочей части пьезоэлемента. На фиг. 1 представлен сейсмоприемник, разрез; на фиг. 2 - параллельное соединение пьезоэлементов; на фиг. 3 - последовательное соединение пьезоэлементов. Жидкостная инертная масса 1, например ртуть, заключена между двумя пьезоэлектрическими преобразователями 2, которые закреплены в корпусе 3 с помощью крышек 4 через фторопластовые прокладки 5. Корпус вьшолнен составным с целью компенсации температурного расширения жидкости. Каждый пьезопреобразователь представляв собой сборку из мембраны 6 и двух пьезокерамических дисков 7, закрепленных на ней. Сейсмоприемник работает следующим образом. При воздействии на него ускорения, инертная масса 1 создает давление на пьезоэлементы 2. Под действием давления пьёзопреобразователи 2 прогибаются, при этом на их обкладках возникают заряды, величина которых пропорциональна величине действующего ускорения. Применение таких пьезопреобразова телей и жидкостной инертной массы позволяет использовать сейсмоприемник для работьд при любом его положении в пространстве в силу симметричности конструкции, Пг1и парал.1;ельном соединении (фиг. 2) пьвьопреобразователей 2 внешние по отношению к мембране, обкладки пьезокерамических дисков соединены с корп/сок, инертной массой и землей/ а сигнал, принимаемый с противоположных мембран, представляет собой отклик сейсмоприемника на ускорение, действут-14ее. по оси чувствительности. При последовательном соединении (фкг. 3) полезный сигнал снимается с внаш1-шх обкладок пьезоэлементов, причем чувствительность .сейсмоприемника вчетверо превышает его чувствительность при параллельном соединении пьезоэлементов, Стрелки на фиг. 2 и 3 показывают направление поляризации пьезокерамики; Под- действием давления, создаваемого инертной массой, на защемлен,ный по контуру пьезоэлемент, он из- глбаатся, меняя свою форму. Подобного типа воздействия приводят к появлению двух зон, в одной из которых пьезоэлемент испытывает деформацию растяжения, а в другой сжатия. Поэтому при однополярной по всей поверхности поляризации дисков пьезоэлемента на одной и той же обкладке каждого диска одновременно индукцируются заряды различных знаков, что значительно уменьшает величину результирующего заряда, а следовательно, снижает чувствительность самого пьезоэлемента. Для предотвращения генерации зарядов различных знаков необходимо пьезокерамические диски на расстоянии Г7/(0,6 + 0,15)R (где R - радиус рабочей части пьезоэлемента) от центра поляризовать в обратном, по отношению к поляризации центральной части диска, направлении, где Г (0,6 + 0,15)R - радиус окружности, делящей пьезокерамический элемент на две зоны. Разнополярная по зонам поляризация дисков приводит к тому, что на обкладках дисков пьезокерамического элемента индуцируются заряды одного знака, хотя воздействие инертной массы на элемент попрежнему вызывает на нем деформации, сжатия и растяжения. В конечном итоге это приводит к увеличению чувствительности пьезоэлемента. Корпус предлагаемого сейсмоприемника изготовлен составным, центральная .часть - из стали, а концевые из эбонита. Такая конструкция позволяет избежать паразитных деформаций пьезоэлементов из-за температурного изменения объема инертной массы. При увеличении отношения длины рабочей части корпуса к его диаметру уменьшается влияние поперечных составляющих ускорения на показания сейсмоприемника . Использование между пьезокерамическими дисками металлической диафрагмы приводит к увеличению чувствительности и механической прочности пьезопреобразователей. Предлагаемый сейсмоприемник может быть использован для измерения параметров как вертикальных, так и горизонтальных вибраций и колебаний почвы, сооружений и машин с чувствительностью, на порядок превышающей чувств-нтельность известных устройств. Формула изобретения Пьезоэлектрический сейсмоприемник, содержащий циливдрический корпус, торцах которого закреплены пьезоэлектрические преобразователи, выполнен-; ный в виде сборки из металлической мембраны и пьезокерамических дисков, закрепленных на каждой стороне мембраны, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности- сейсмоприемника, корпус заполнен жидкостой инертной массой, а края дисков на расстоянии Г7/(0,6 + 0,15)R ст центра поляризованы в обратном направлении по отношейию к поляризации его центральной части, где R - радиус рабочей части пьезоэлемента. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Г ) Авторское свидетельство СССР № 642659, кл. G 01 V 1/16, 1976. 2, Глозман И. А. Пьезокерамика, М., Энергия, 1967, с. 142-144 (проготип).