RU126131U1

RU126131U1 - SHOCK WAVE SENSOR

Info

Publication number: RU126131U1
Application number: RU2012144505/28U
Authority: RU
Inventors: Михаил Владимирович Антипов; Андрей Вениаминович Блинов; Евгений Дмитриевич Вишневецкий; Анатолий Леонидович Михайлов; Валерий Давидович Садунов; Александр Алексеевич Утенков; Игорь Васильевич Юртов
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2013-03-20

Abstract

Датчик ударных волн, содержащий размещенный в металлическом корпусе пьезоэлемент с электродами, внутренний из которых соединен с токовыводом в виде металлического стержня, расположенного вдоль оси датчика, отличающийся тем, что пьезоэлемент выполнен в виде стакана, на торце и части боковой поверхности которого нанесен наружный электрод, а на поверхности полости пьезоэлемента - внутренний электрод, при этом часть токовывода размещена в полости и выполнена в виде разрезного пружинного контакта для соединения с внутренним электродом.A shock wave sensor containing a piezoelectric element placed in a metal housing with electrodes, the inner of which is connected to a current output in the form of a metal rod located along the axis of the sensor, characterized in that the piezoelectric element is made in the form of a glass, on the end and part of the side surface of which an external electrode is applied, and on the surface of the cavity of the piezoelectric element - the inner electrode, while part of the current output is placed in the cavity and is made in the form of a split spring contact for connection with the inner electrode.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и предназначена для регистрации ударных и детонационных волн, в том числе в условиях повышенных температур.The utility model relates to the field of measurement technology and is intended for registration of shock and detonation waves, including at elevated temperatures.

При проведении взрывных работ, как правило, происходит разрушение экспериментальных сборок и установленных на них датчиков. В связи с этим задача увеличения надежности и точности проводимых измерений является актуальной.During blasting, as a rule, the destruction of the experimental assemblies and the sensors installed on them occurs. In this regard, the task of increasing the reliability and accuracy of measurements is relevant.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является пьезодатчик /Н.Н.Лебедев, И.Ш.Модель, Ф.О.Кузнецов "Регистрация скорости сильных ударных волн пьезоэлектрическими датчиками", ПТЭ, №6, стр.183, 1968 г./, содержащий чувствительный пьезоэлектрический элемент в виде диска с электродами на его торцах, встроенного в металлический корпус датчика. Внутренний электрод пьезоэлемента соединен с токовыводом в виде металлического стержня, расположенного вдоль оси датчика, а наружный - с поверхностью металлического колпачка, соединенного с корпусом датчика.Closest to the claimed technical solution is the piezoelectric transducer / N.N. Lebedev, I.Sh. Model, F.O. Kuznetsov "Registration of the speed of strong shock waves by piezoelectric sensors", PTE, No. 6, p. 183, 1968 / containing a sensitive piezoelectric element in the form of a disk with electrodes at its ends, built into the metal housing of the sensor. The inner electrode of the piezoelectric element is connected to the current output in the form of a metal rod located along the axis of the sensor, and the outer one is connected to the surface of the metal cap connected to the sensor body.

Недостатком прототипа является наличие в конструкции датчика металлического колпачка, торец которого является инертной прокладкой между пьезоэлементом и контролируемой поверхностью экспериментальной сборки, что приводит к уменьшению надежности и точности выполняемых датчиком измерений.The disadvantage of the prototype is the presence in the design of the sensor of a metal cap, the end of which is an inert gasket between the piezoelectric element and the controlled surface of the experimental assembly, which reduces the reliability and accuracy of the measurements taken by the sensor.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании безинерционного миниатюрного датчика, работоспособного в условиях действия высоких температур, пригодного для установки в труднодоступных местах экспериментальных сборок.The problem to which the claimed utility model is directed is to create an inertia-free miniature sensor, operable under high temperature conditions, suitable for installation in hard-to-reach places of experimental assemblies.

Технические результаты, полученные при осуществлении полезной модели, заключаются в повышении надежности и точности выполняемых измерений, повышении технологичности конструкции датчика.The technical results obtained in the implementation of the utility model are to increase the reliability and accuracy of the measurements, increase the manufacturability of the sensor design.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в датчике ударных волн, содержащем размещенный в металлическом корпусе пьезоэлемент с электродами, внутренний из которых соединен с токовыводом в виде металлического стержня, расположенного вдоль оси датчика, новым является то, что пьезоэлемент выполнен в виде стакана, на торце и части боковой поверхности которого нанесен наружный электрод, а на поверхности полости пьезоэлемента - внутренний электрод, при этом часть токовывода размещена в полости и выполнена в виде разрезного пружинного контакта для соединения с внутренним электродом.These technical results are achieved in that in a shock wave sensor containing a piezoelectric element placed in a metal housing with electrodes, the inner of which is connected to a current output in the form of a metal rod located along the axis of the sensor, it is new that the piezoelectric element is made in the form of a glass at the end and part of the side surface of which the outer electrode is applied, and on the surface of the cavity of the piezoelectric element - the inner electrode, while part of the current lead is placed in the cavity and is made in the form of a split spring Foot contact for connection with the internal electrode.

Причинно-следственная связь между указанной совокупностью признаков и достигаемыми техническими результатами поясняется следующим образом. Электрод, нанесенный на торец и часть боковой поверхности пьезоэлемента, выполненного в форме стакана, соответствует по форме и по исполняемой функции металлическому колпачку прототипа. Это позволяет отказаться в заявляемой конструкции датчика от колпачка и, тем самым, исключить инертную прокладку, снижающую точность и надежность выполняемых датчиком измерений. Выполнение части токовывода в виде разрезного пружинного контакта, обеспечивающего соединение с внутренним электродом пьезоэлемента, позволяет осуществлять указанное соединение без применения пайки и токопроводящего клея, что важно при создании конструкций миниатюрного или высокотемпературного датчика, когда применение клея или припоя становится невозможно. Кроме того, отсутствие электрода на внутреннем торце пьезоэлемента не требует его изоляции от корпуса датчика. В результате перечисленного повышается надежность датчика и технологичность его конструкции.The causal relationship between the specified set of features and the achieved technical results is explained as follows. The electrode deposited on the end and part of the side surface of the piezoelectric element, made in the form of a glass, corresponds in shape and function to the metal cap of the prototype. This allows you to refuse in the inventive design of the sensor from the cap and, thereby, to exclude an inert gasket that reduces the accuracy and reliability of the measurements taken by the sensor. The implementation of the part of the current lead in the form of a split spring contact, providing a connection with the internal electrode of the piezoelectric element, allows the specified connection to be made without soldering and conductive glue, which is important when creating designs of a miniature or high temperature sensor, when the use of glue or solder becomes impossible. In addition, the absence of an electrode on the inner end of the piezoelectric element does not require its isolation from the sensor housing. As a result of the above, the reliability of the sensor and the manufacturability of its design are increased.

На фиг.1 представлена конструктивная схема заявляемого датчика, на фиг.2 - пьезоэлемент в разрезе.Figure 1 presents a structural diagram of the inventive sensor, figure 2 is a piezoelectric element in section.

Датчик ударных волн содержит размещенный в металлическом корпусе (1) пьезоэлемент (2) в виде стакана, наружный электрод (3) которого нанесен на его торце и части боковой поверхности, а внутренний (4) - на поверхности полости пьезоэлемента (2). Внутренний электрод (4) соединен с токовыводом (5), выполненным в виде металлического стержня, расположенного вдоль оси датчика. Часть токовывода (5) размещена в полости пьезоэлемента (2) и выполнена в виде разрезного пружинного контакта для соединения с внутренним электродом (4). Наружный торец пьезоэлемента (2) является одновременно и торцом датчика, воспринимающим ударную волну, и может выступать за пределы корпуса (1) для обеспечения надежного контакта с поверхностью выполнения измерения. Токовывод (5) используется для подключения датчика к жиле измерительного кабеля (6).The shock wave sensor contains a piezoelectric element (2) placed in a metal case (1) in the form of a cup, the outer electrode (3) of which is deposited on its end and part of the side surface, and the inner (4) on the surface of the cavity of the piezoelectric element (2). The inner electrode (4) is connected to the current output (5), made in the form of a metal rod located along the axis of the sensor. A part of the current lead (5) is placed in the cavity of the piezoelectric element (2) and is made in the form of a split spring contact for connection with the internal electrode (4). The outer end of the piezoelectric element (2) is at the same time the end face of the sensor, perceiving the shock wave, and can protrude outside the housing (1) to ensure reliable contact with the measurement surface. Current output (5) is used to connect the sensor to the core of the measuring cable (6).

Датчик ударных волн работает следующим образом. Ударная волна входит в пьезоэлемент (2) и сжимает его. Выделившиеся на электродах (3) и (4) пьезоэлемента (2) электрические заряды перетекают по токовыводу (5) и корпусу (1) датчика, соответственно, на жилу и оплетку измерительного кабеля (6) и формируют импульс тока, несущий информацию о времени прихода и амплитуде регистрируемой ударной волны.The shock wave sensor operates as follows. The shock wave enters the piezoelectric element (2) and compresses it. The electric charges released at the electrodes (3) and (4) of the piezoelectric element (2) flow through the current output (5) and the sensor housing (1), respectively, to the core and the sheath of the measuring cable (6) and form a current pulse carrying information about the arrival time and the amplitude of the recorded shock wave.

Claims

A shock wave sensor containing a piezoelectric element placed in a metal housing with electrodes, the inner of which is connected to a current output in the form of a metal rod located along the axis of the sensor, characterized in that the piezoelectric element is made in the form of a glass, on the end and part of the side surface of which an external electrode is applied, and on the surface of the cavity of the piezoelectric element - the inner electrode, while part of the current lead is placed in the cavity and made in the form of a split spring contact for connection with the inner electrode.