CZ11786U1 - Strunový tensometr s ukotvením měrné struny - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká strunového tenzometru s novým typem ukotvení měrné struny.

Dosavadní stav techniky

Jelikož vývoj dosud známých systémů strunové měřicí techniky proběhl v době, kdy bylo nejdostupnější a dostačující elektromagnetické buzení příčných kmitů struny, jedná se pro tuto měřicí techniku o výhradně využívaný princip. S ohledem na současný stav dostupnosti piezoelektrických měničů ajejich specifické vlastnosti, je například nynější rozvoj strunových elektromagnetických hudebních nástrojů orientován spíše na aplikaci piezoelektrických převodníků, které dávají předpoklad na zásadní ovlivnění aplikačních možností strunové měřící techniky a to zejména ve smyslu dosažitelné miniaturizace a odstranění nepříznivých důsledků vlivu dosud užívaných elektromagnetických převodníků s permanentním magnetem. Jedná se zejména o přídavné tlumení kmitavého pohybu struny a nežádoucí posílení závislosti vlastní frekvence na rovině kmitání struny.

Aplikace známých systémů piezoelektrického snímání kmitavého pohybu strun hudebních nástrojů jsou pro použití v měřící technice rozměrově a konstrukční tuhostí nevhodné.

Podstata technického řešení

Zajištění výhod obou systémů umožňuje řešení podle vynálezu vycházející z konstrukčního principu ukotvení struny podle CZ vynálezu č. 284724, kde je svěmá síla vyvozena dvojicí souose umístěného opěrného a přítlačného protichůdného šroubu. Podstata nového řešení strunového tenzometru s novým typem ukotvení měrné struny spočívá v tom, že piezoelektrický element je upevněn na čelní ploše opěrného protichůdného šroubu a je opatřen opěrným kontaktním kotoučkem pro dosednutí na měrnou strunu. Přítlačný protichůdný šroub je na své čelní ploše opatřen přítlačným kotoučkem pro dosednutí na měrnou strunu.

Ve výhodném provedení má opěrný kontaktní kotouček tvar prstence a přítlačný kotouček má houbovitý tvar s tlačným dříkem opřeným o dno vývrtu přítlačného protichůdného šroubu.

Tímto uspořádáním je zajištěno, že podstatná část silového působení struny na ukotvení je přenášena přes piezometrický element, což je výhodné z hlediska citlivosti převodníku respektive amplitudy převodníkem získaného signálu.

Výhodné je, když jsou opěrný kontaktní kotouček a přítlačný kotouček na vnější straně svěmých ploch pro sevření měrné struny opatřeny protilehlými zářezy pro zajištění stabilní orientace opěrného kontaktního kotoučku a přítlačného kotoučku vzhledem kose přítlačného a opěrného protichůdného šroubu, do kterých při montáži dosedá čelo montážního šroubu s axiálním otvorem pro centraci měrné struny při jejím upínání.

Toto provedení zajišťuje nenáročnost montáže strunových snímačů.

Upínač může být proveden také tak, že piezoelektrický element má citlivou keramickou vrstvu rozdělenu na sudý počet kruhových výsečí, nejlépe na dvě nebo čtyři shodné kruhové výseče. Tím je umožněno variantní využití piezometrického elementu v zájmu oddělit snímací a budící systém nebo zvýraznit nebo potlačit citlivost na prostorové kmitání struny.

V dalším provedení upínače je tělo opěrného protichůdného šroubu opatřeno dutinou, ve které je upevněn minimálně první stupeň elektronického zesilovače piezoelektrického systému. Výhodou zde je, že se zajistí větší kompaktnost a spolehlivost systému snímání kmitavého pohybu struny.

-1 CZ 11786 Ul

Rovněž tak je vhodné uspořádání, kdy je prostor mezi přítlačným protichůdným šroubem a přítlačným kotoučkem vyplněn stlačenou pryží. Vyplněním tohoto prostoru stlačenou pryži lze odlehčit jeho tlačný dřík a tak umožnit žádoucí minimalizaci jeho ohybové tuhosti.

V případě použití upínače v hlavě strunového tenzometru je vhodné příčný otvor v hlavě pro měrnou strunu opatřit na obou koncích vnitřním závitem, a to jednal pro uchycení montážního šroubu respektive šroubové zátky a jednak pro upevnění spojovací trubičky těla tenzometru. Tímto uspořádáním se usnadní montáž strunových snímačů a kvalitněji zajistí axiální poloha spojovací trubičky a to zejména u strunových tenzometrů.

Hlavní přínos řešení spočívá v tom, že strunový tenzometr využitím ukotvení s piezoelektrickým snímáním pohybu umožňuje výhodnou funkci tenzometru v režimu netlumeného kmitání s výrazným potlačováním 2., 3. a 4. harmonických. Tato skutečnost vyplývá ze snímání pohybu měrné struny v koncovém uzlu na úrovni ukotvení měrné struny a buzení této struny v jejím středu, cožje systém, který při fázi buzení optimalizovaném pro 1. tvar harmonického kmitání struny je schopen vybudit až 5. harmonický tvar.

Přehled obrázků na výkrese

Příkladné provedení technického řešení je schematicky v řezu zobrazeno na přiloženém výkrese znázorňujícím upnutí měrné struny v hlavě strunového tenzometru.

Příklad provedení technického řešení

Měrná struna 5 je ve znázorněném strunovém tenzometru s hlavou 10 a spojovací trubičkou 14 upnuta stlačením mezi dvojicí protichůdných šroubů, a to mezi přítlačný protichůdný šroub 3 a opěrný protichůdný šroub 4. Na čele opěrného protichůdného šroubu 4 je natmelen piezoelektrický element 6 a opěrný kontaktní kroužek I ve tvaru prstence. V daném případě je citlivá keramická vrstva piezoelektrického elementu 6 rozdělena na čtyři symetrické kruhové výseče 12 avšak tyto kruhové výseče 12 mohou být také jenom dvě, případně jiný sudý počet. V dutině opěrného protichůdného šroubu 4 je zalit alespoň první stupeň elektronického zesilovače 15 výstupního signálu získaného připojením na výseče 12 citlivé keramické vrstvy piezoelektrického elementu 6. Tento zesilovač 15 s fázově přizpůsobeným výstupem je propojen s elektromagnetickým měničem 16. Z přítlačného protichůdného šroubu 3 se svěmá síla přenáší na měrnou strunu 5 přes přítlačný kotouček 2 s dříkem 7. Část této síly se přenáší přes vložku ze stlačené pryže 11 uloženou v prostoru mezi přítlačným protichůdným šroubem 3 a přítlačným kotoučkem 2, čímž lze zajistit přenos maximálního podílu silových účinků měrné struny 5 přes piezolektrický element 6.

Opěrný kontaktní kotouček 1 a přítlačný kotouček 2 jsou na vnější straně sevření struny 5 opatřeny vrubem 9 tak, aby při montáži pomocí montážního šroubu 8 byla zajištěna stabilní orientace svěmých kotoučků 1 a 2, Montážní šroub 8 je opatřen s výhodou shodným závitem jako konce spojovací trubičky H tenzometru. V tomto případě je příčný otvor v hlavě 1Ό pro měrnou strunu 5 opatřen vnitřním závitem pro uchycení tohoto montážního šroubu 8 respektive šroubové zátky a pro upevnění spojovací trubičky 14 těla tenzometru.

Piezoelektricky snímané přitížení opěrného kontaktního kotoučku 1 a přítlačného kotoučku 2 okamžitou polohou měrné struny 5, které je snímáno piezoelektrickým elementem 6 je postupně zesíleno prvním stupněm zesilovače zalitým v dutině opěrného protichůdného šroubu 4 a po návazném zesílení zesilovačem 15, například strunovým oscilátorem, je s fázovým zpožděním 90° zavedeno do elektromagnetického měniče 16. Tím se kmitající měrné struně 5 elektromagneticky nahradí energie kmitavého pohybu ztracená tlumením. Takto se měrná struna 5 udržuje v netlumeném kmitání s odpovídajícím výstupním signálem 17, což je nejuniverzálněji využitelný výstup strunových snímačů respektive tenzometrů.

-2 CZ 11786 Ul

Průmyslová využitelnost

Řešení podle vynálezu otvírá nové aplikační možnosti strunové měřicí metody, zejména v souvislosti s nově umožněnou mírou miniaturizace snímačů a při odstraňování závažných nejistot a omezení např. při využívání strunové měřící metody v režimu netlumeného kmitání měrné struny.

Je pravděpodobné, že kompaktní piezometrický systém opěrného šroubu nalezne využití v celé řadě dalších technických oblastí a to zejména v rámci rozvoje strunových elektrických nástrojů.

Claims (8)

1. Strunový tenzometr s ukotvením měrné struny svěmou silou vyvozenou dvojicí souose umístěného přítlačného a opěrného protichůdného šroubu (3,4) a s vestavěným piezoelektrickým snímáním pomocí piezoelektrického elementu (6) propojeného přes zesilovač s elektromagnetickým měničem, vyznačující se tím, že piezoelektrický element (6) je upevněn na čelní ploše opěrného protichůdného šroubu (4) a je opatřen opěrným kontaktním kotoučkem (1) pro dosednutí na měrnou strunu (5) a přítlačný protichůdný šroub (3) je na své čelní ploše opatřen přítlačným kotoučkem (2) pro dosednutí na měrnou strunu (5).

2. Strunový tenzometr podle nároku 1, vyznačující se tím, že opěrný kontaktní kotouček (1) je ve tvaru prstence.

3. Strunový tenzometr podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že přítlačný kotouček (2) má houbovitý tvar s tlačným dříkem (7) pro opření o dno vývrtu v přítlačném protichůdném šroubu (3).

4. Strunový tenzometr podle kteréhokoli z nároků laž3, vyznačující se tím, že opěrný kontaktní kotouček (1) a přítlačný kotouček (2) jsou na vnější straně svěmých ploch pro sevření měrné struny (5) opatřeny protilehlými zářezy (9) pro zajištění stabilní orientace opěrného kontaktního kotoučku (1) a přítlačného kotoučku (2) vzhledem kose přítlačného a opěrného protichůdného šroubu (3, 4), do kterých při montáži dosedá čelo montážního šroubu (8) s axiálním otvorem pro centraci měrné struny (5) při jejím upínání.

5. Strunový tenzometr podle kteréhokoli z nároků laž4, vyznačující se tím, že piezoelektrický element (6) má citlivou keramickou vrstvu rozdělenu na sudý počet kruhových výsečí (12).

6. Strunový tenzometr podle kteréhokoli z nároků laž5, vyznačující se tím, že tělo opěrného protichůdného šroubu (4) je opatřeno dutinou (13), ve které je upevněn minimálně první stupeň elektronického zesilovače piezoelektrického systému.

7. Strunový tenzometr podle kteréhokoli z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že prostor mezi přítlačným protichůdným šroubem (3) a přítlačným kotoučkem (2) je vyplněn stlačenou piyží (11).

8. Strunový tenzometr podle kteréhokoli z nároků laž7, vyznačující se tím, že v případě použití upínače v hlavě (10) strunového tenzometru je příčný otvor v hlavě pro měrnou strunu (5) opatřen na obou koncích vnitřním závitem pro uchycení montážního šroubu (8) respektive šroubové zátky a pro upevnění spojovací trubičky (14) těla tenzometru.