RU2309435C1 - Piezo-electric bending transformer with controllable resonance frequency - Google Patents

Piezo-electric bending transformer with controllable resonance frequency Download PDF

Info

Publication number
RU2309435C1
RU2309435C1 RU2006100137/28A RU2006100137A RU2309435C1 RU 2309435 C1 RU2309435 C1 RU 2309435C1 RU 2006100137/28 A RU2006100137/28 A RU 2006100137/28A RU 2006100137 A RU2006100137 A RU 2006100137A RU 2309435 C1 RU2309435 C1 RU 2309435C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piezo
piezoceramic
bushings
resonance frequency
electric bending
Prior art date
Application number
RU2006100137/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006100137A (en
Inventor
Владимир Юрьевич Голицын (RU)
Владимир Юрьевич Голицын
Анатолий Борисович Медведев (RU)
Анатолий Борисович Медведев
Александр Александрович Чаплыгин (RU)
Александр Александрович Чаплыгин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" filed Critical Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority to RU2006100137/28A priority Critical patent/RU2309435C1/en
Publication of RU2006100137A publication Critical patent/RU2006100137A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2309435C1 publication Critical patent/RU2309435C1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

FIELD: technology for registering seismic oscillations of soil and vibration.
SUBSTANCE: piezo-electric bending transformer with controllable resonance frequency contains two piezo-ceramic elements, and also two bushings with right and left thread respectively, and adjusting pin passing through them, while one ends of both piezo-ceramic elements are rigidly held between each other, and other ends are fastened to corresponding bushings, or each piezo-ceramic element and corresponding bushing are made as single whole structural element.
EFFECT: possible expansion of working band of frequencies without structural changes directly during measurements.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано для регистрации сейсмических колебаний почвы и вибрации.The invention relates to measuring devices and can be used to record seismic vibrations of the soil and vibration.

Известны пьезоэлектрические преобразователи консольного типа, представляющие собой пьезоэлектрическую пластину (биморф), один конец которой жестко закреплен на твердом основании (BOSH Acceleration seusors, с.20-22) (Патент США 4700973) (Янчич В.В. Пьезоэлектрические акселерометры на основе монолитного блока с деформацией изгиба. Зарубежная радиоэлектроника, 9, 1996, стр.63-64).Cantilever-type piezoelectric transducers are known, which are a piezoelectric plate (bimorph), one end of which is rigidly fixed to a solid base (BOSH Acceleration seusors, p.20-22) (US Patent 4700973) (Yanchich V.V. Piezoelectric accelerometers based on a monolithic block with bending deformation. Foreign Radio Electronics, 9, 1996, pp. 63-64).

Известны пьезоэлектрические датчики, в которых для устранения влияния резонансной частоты используют в качестве инертной массы жидкость (Патент РФ №2129290), сыпучие материалы или и то, и другое, взятые в определенном соотношении (Патент РФ №2117966).Piezoelectric sensors are known in which to eliminate the influence of the resonant frequency, liquid is used as an inert mass (RF Patent No. 2129290), bulk materials, or both, taken in a certain ratio (RF Patent No. 21117966).

Недостатком этих устройств является невозможность расширения рабочей полосы частот без существенных конструктивных изменений.The disadvantage of these devices is the inability to expand the working frequency band without significant design changes.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пьезоэлектрический сейсмоприемник по патенту РФ №2204850, G10V 1/16, опубл. 20.06.2003 г., принятый за прототип.The closest in technical essence to the proposed one is a piezoelectric geophone according to the patent of the Russian Federation No. 2204850, G10V 1/16, publ. 06/20/2003, adopted as a prototype.

Сейсмоприемник-прототип содержит корпус, пьезоэлектрический изгибный элемент, состоящий из пьезокерамической пластины и металлической мембраны, а также две воздушные полости, воздушный канал.The prototype seismic receiver contains a housing, a piezoelectric bending element consisting of a piezoceramic plate and a metal membrane, as well as two air cavities, an air channel.

Работает устройство-прототип следующим образом.The prototype device works as follows.

Колебания объекта исследования передаются жестко соединенному с ним корпусу. Инерционные явления приводят к изгибу пьезоэлемента, преобразующему механические колебания в электрический сигнал. Воздух, замкнутый в полостях, за счет своей упругости препятствует колебаниям изгиба. При наличии воздушного канала между полостями воздух из объема, в котором происходит сжатие, перетекает в полость разрежения. Воздушные полости, соединенные каналом, представляют собой акустический резонансный узел, в котором на определенной частоте возникает резонанс сосредоточенной в полостях упругости воздуха и сосредоточенной в канале массы воздуха.Oscillations of the object of study are transmitted to the body rigidly connected to it. Inertial phenomena lead to a bend of the piezoelectric element, which converts mechanical vibrations into an electrical signal. Air closed in the cavities, due to its elasticity, prevents bending vibrations. In the presence of an air channel between the cavities, air from the volume in which the compression takes place flows into the rarefaction cavity. Air cavities connected by a channel are an acoustic resonant unit in which at a certain frequency a resonance arises of the air mass concentrated in the cavities and the air mass concentrated in the channel.

Выбирая размеры полостей и канала, можно смещать резонансную частоту акустического узла относительно резонансной частоты пьезоэлемента и таким образом управлять частотной характеристикой сейсмоприемника в целом. Для расширения рабочей полосы частот сейсмоприемника необходимо обеспечить равенство резонансных частот пьезоэлемента и акустического узла, включающего полости и канал. При этом должно выполняться определенное соотношение между геометрическими, механическими и акустическими параметрами элементов сейсмоприемника, т.е. для изменения частотной характеристики необходимы изменения конструкции приемника.By choosing the dimensions of the cavities and the channel, it is possible to shift the resonant frequency of the acoustic unit relative to the resonant frequency of the piezoelectric element and thus control the frequency response of the geophone as a whole. To expand the working frequency band of the seismic receiver, it is necessary to ensure the equality of the resonant frequencies of the piezoelectric element and the acoustic unit, including the cavity and channel. In this case, a certain relationship should be fulfilled between the geometric, mechanical and acoustic parameters of the elements of the seismic receiver, i.e. To change the frequency response, changes in receiver design are necessary.

Недостатком устройства-прототипа является невозможность расширения рабочей полосы частот без значительных конструктивных изменений.The disadvantage of the prototype device is the inability to expand the working frequency band without significant structural changes.

Для устранения указанных недостатков в пьезоэлектрический изгибный преобразователь с регулируемой резонансной частотой, содержащий пьезокерамический элемент, согласно изобретению введены второй пьезокерамический элемент, а также две втулки с правой и левой резьбой соответственно и проходящая через них юстировочная шпилька, причем одни концы обоих пьезокерамических элементов жестко закреплены между собой, а другие концы прикреплены к соответствующим втулкам, или каждый пьезокерамический элемент и соответствующая ему втулка выполнены как один целый конструктивный элемент.To eliminate these drawbacks, a second piezoceramic element, as well as two bushings with right and left-hand threads, respectively, and an adjustment pin passing through them, respectively, are inserted into a piezoelectric bending transducer with an adjustable resonant frequency, and the ends of both piezoelectric elements are rigidly fixed between by itself, and the other ends are attached to the corresponding bushings, or each piezoceramic element and its corresponding sleeve is made They are as one whole structural element.

При этом в качестве пьезокерамического элемента использована пьезокерамическая пластина, приклеенная на гибкую пластину или биморф.In this case, a piezoceramic plate glued to a flexible plate or bimorph is used as a piezoceramic element.

На чертеже представлено предлагаемое устройство, где обозначено:The drawing shows the proposed device, where it is indicated:

1 - пьезокерамический элемент;1 - piezoceramic element;

1.1 - пьезокерамические пластины (или биморфы) консольного типа;1.1 - piezoceramic plates (or bimorphs) of the cantilever type;

1.2 - гибкие пластины;1.2 - flexible plates;

3 - втулки;3 - bushings;

4 - юстировочная шпилька.4 - an adjusting hairpin.

Предлагаемый преобразователь содержит два пьезокерамических элемента 1, каждый из которых состоит из пьезокерамической пластины (или биморфа) консольного типа, приклеенной на гибкую текстолитовую или металлическую пластину 1.2. При этом одни концы обоих пьезокерамических элементов 1 жестко закреплены между собой, другие концы закреплены к двум втулкам 3 (соответствующие втулки и пьезокерамические элементы 1 могут быть выполнены как один целый конструктивный элемент). При этом одна из втулок 3 имеет правую, а другая левую резьбу. Через втулки 3 проходит юстировочная шпилька 4, при вращении которой меняется угол α между пьезокерамическими элементами 1.The proposed Converter contains two piezoelectric elements 1, each of which consists of a piezoceramic plate (or bimorph) of the cantilever type, glued to a flexible textolite or metal plate 1.2. In this case, one ends of both piezoelectric ceramic elements 1 are rigidly fixed to each other, other ends are fixed to two bushings 3 (the corresponding bushings and piezoceramic elements 1 can be made as one whole structural element). In this case, one of the bushings 3 has a right and the other left thread. An adjustment pin 4 passes through the bushings 3, during rotation of which the angle α between the piezoceramic elements 1 changes.

Преобразователь работает следующим образом. Вибрация от объекта или сейсмические колебания заставляют изгибаться пьезокерамические элементы 1, что приводит к возникновению на них электрического заряда, пропорционального действующей внешней силе. Вращая юстировочную шпильку 4, мы увеличиваем угол α между пьезокерамическими элементами 1 и тем самым увеличиваем жесткость системы в направлении оси чувствительности.The converter operates as follows. Vibration from the object or seismic vibrations cause the piezoelectric elements 1 to bend, which leads to the appearance of an electric charge proportional to the external force acting on them. Rotating the adjustment pin 4, we increase the angle α between the piezoceramic elements 1 and thereby increase the rigidity of the system in the direction of the sensitivity axis.

Это увеличивает резонансную частоту и расширяет рабочий диапазон преобразователя, не требуя изменения конструкции устройства, как в прототипе.This increases the resonant frequency and extends the operating range of the converter, without requiring a change in the design of the device, as in the prototype.

Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение полосы рабочих частот в процессе измерений без изменения конструкции и массогабаритных параметров преобразователя.The technical result of the proposed device is the expansion of the operating frequency band in the measurement process without changing the design and weight and size parameters of the Converter.

Кроме того, в результате испытаний опытного образца были выявлены следующие преимущества предлагаемого устройства:In addition, as a result of testing the prototype, the following advantages of the proposed device were identified:

- повышение вибрационной устойчивости и ударопрочности преобразователя;- increase the vibration stability and impact resistance of the Converter;

- устранение технологических погрешностей изготовления элементов и узлов преобразователя и крепления его на объекте;- elimination of technological errors in the manufacture of elements and components of the converter and its mounting on the object;

- возможность компенсации температурного дрейфа;- the ability to compensate for temperature drift;

- уменьшение чувствительности к колебаниям, не совпадающим с осью чувствительности преобразователя.- decrease in sensitivity to vibrations that do not coincide with the sensitivity axis of the transducer.

Claims (3)

1. Пьезоэлектрический изгибный преобразователь с регулируемой резонансной частотой, содержащий пьезокерамический элемент, отличающийся тем, что введены второй пьезокерамический элемент, а также две втулки с правой и левой резьбой соответственно, и проходящая через них юстировочная шпилька, причем одни концы обоих пьезокерамических элементов жестко закреплены между собой, а другие концы прикреплены к соответствующим втулкам, или каждый пьезокерамический элемент и соответствующая ему втулка выполнены как один целый конструктивный элемент.1. A piezoelectric bending transducer with an adjustable resonant frequency, comprising a piezoceramic element, characterized in that a second piezoceramic element is introduced, as well as two bushings with a right and left thread, respectively, and an adjustment pin passing through them, with one end of both piezoceramic elements being rigidly fixed between by itself, and the other ends are attached to the corresponding bushings, or each piezoceramic element and its corresponding sleeve are made as one whole structural element ment. 2. Пьезоэлектрический изгибный преобразователь с регулируемой резонансной частотой по п.1, отличающийся тем, что в качестве пьезокерамического элемента использована пьезокерамическая пластина, приклеенная на гибкую пластину.2. A piezoelectric bending transducer with an adjustable resonant frequency according to claim 1, characterized in that a piezoceramic plate glued to a flexible plate is used as a piezoceramic element. 3. Пьезоэлектрический изгибный преобразователь с регулируемой резонансной частотой по п.1, отличающийся тем, что в качестве пьезокерамического элемента использован биморф.3. A piezoelectric bending transducer with an adjustable resonant frequency according to claim 1, characterized in that a bimorph is used as a piezoceramic element.
RU2006100137/28A 2006-01-10 2006-01-10 Piezo-electric bending transformer with controllable resonance frequency RU2309435C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100137/28A RU2309435C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Piezo-electric bending transformer with controllable resonance frequency

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100137/28A RU2309435C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Piezo-electric bending transformer with controllable resonance frequency

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006100137A RU2006100137A (en) 2007-07-20
RU2309435C1 true RU2309435C1 (en) 2007-10-27

Family

ID=38430706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006100137/28A RU2309435C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Piezo-electric bending transformer with controllable resonance frequency

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2309435C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2635399C1 (en) * 2016-05-20 2017-11-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геофизическая служба Российской академии наук Resonant scanning geophone
RU2660768C2 (en) * 2016-11-29 2018-07-09 Федеральное Государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр Единая геофизическая служба Российской академии наук (ФГБУН ФИЦ ЕГС РАН) Broadband resonant seismic and acoustic receiver

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2635399C1 (en) * 2016-05-20 2017-11-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геофизическая служба Российской академии наук Resonant scanning geophone
RU2660768C2 (en) * 2016-11-29 2018-07-09 Федеральное Государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр Единая геофизическая служба Российской академии наук (ФГБУН ФИЦ ЕГС РАН) Broadband resonant seismic and acoustic receiver

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006100137A (en) 2007-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS59126261A (en) Accelerometer with needle resonator power transducer
WO2014169540A1 (en) Non-uniform cross section cantilever beam piezoelectricity acceleration sensor
CN101191743A (en) Vibration detecting probe
JPS63134935A (en) Circular direction vibration type viscosity detecting device
JP2009541745A5 (en)
RU2309435C1 (en) Piezo-electric bending transformer with controllable resonance frequency
US5463907A (en) Vibrating wire range extender
KR102337688B1 (en) Accelerometer and acoustic vector sensor having the same
US3070996A (en) Mechanical impedance meter
RU2546968C1 (en) Combined hydro acoustic receiver
US20170350700A1 (en) Gyroscope with piezoelectric monocrystal transducers
RU2605503C1 (en) Test bench for vibration isolators resilient elements testing with piezoelectric vibrator
US20040016307A1 (en) Vibration isolation mechanism for a vibrating beam force sensor
EP2201387B1 (en) Flexural pivot for micro-sensors
CN102439409B (en) Sensor
RU2743633C1 (en) Piezoelectric pressure sensor
CN113267647A (en) Low-frequency vibration acceleration sensor
SU1157462A1 (en) Accelerometer
Cheng et al. Research on a Micro Piezoelectric Gyroscope with Concentrated Rocking‐Mass
SU918857A1 (en) Piezoelectric acceleration meter
SU756239A1 (en) Device for determining inertia moments of components
SU1569725A1 (en) Acceleration meter
SU935728A1 (en) Pressure pickup
SU1550338A1 (en) Method of determining dynamic forces
RU2043610C1 (en) Acoustic pressure transducer