RU1840790C - Cylindrical piezoelectric receiver - Google Patents

Cylindrical piezoelectric receiver

Info

Publication number
RU1840790C
RU1840790C SU959441/09A SU959441A RU1840790C RU 1840790 C RU1840790 C RU 1840790C SU 959441/09 A SU959441/09 A SU 959441/09A SU 959441 A SU959441 A SU 959441A RU 1840790 C RU1840790 C RU 1840790C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
receiver
axis
cylinder
cylinders
disk
Prior art date
Application number
SU959441/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Б.С. Аронов (RU)
Б.С. Аронов
И.В. Герасимова (RU)
И.В. Герасимова
В.И. Позерн (RU)
В.И. Позерн
Original Assignee
ОАО "Концерн "Океанприбор" (RU)
ОАО "Концерн "Океанприбор"
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 ОАО "Концерн "Океанприбор" (RU), ОАО "Концерн "Океанприбор" filed Critical ОАО "Концерн "Океанприбор" (RU)
Priority to SU959441/09A priority Critical patent/RU1840790C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1840790C publication Critical patent/RU1840790C/en

Links

Images

Landscapes

  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention is related to the field of acoustic measurement equipment. Metal disk is arranged as a whole with axis passing trough its centre, and is adhered to ends of piezoelectric cylinders.
EFFECT: improved vibration stability achieved by the fact that device is made of two identical piezoelectric cylinders, metal disk and axis.
5 dwg

Description

1. Введение1. Introduction

Электроакустические приемники очень часто работают в условиях, когда на них воздействуют акустическое поле и вибрация. Для ослабления действия вибраций на приемники их, как правило, стремятся развязать от источника вибраций с помощью амортизирующих устройств. Однако при переходе к низким звуковым и инфразвуковым частотам добиться хорошего качества амортизации в широком диапазоне частот становится очень сложно.Electro-acoustic receivers very often work in conditions when they are affected by an acoustic field and vibration. To weaken the effect of vibrations on the receivers, they tend to untie them from the source of vibrations with the help of shock-absorbing devices. However, when switching to low sound and infrasound frequencies, it becomes very difficult to achieve good quality depreciation in a wide frequency range.

Повышение виброустойчивости приемника в этом случае может быть достигнуто без применения амортизирующих устройств путем использования принципа взаимной компенсации электрических сигналов, возникающих под действием вибраций в различных частях чувствительного элемента приемника.An increase in the vibration resistance of the receiver in this case can be achieved without the use of shock absorbing devices by using the principle of mutual compensation of electrical signals that occur under the action of vibrations in various parts of the sensitive element of the receiver.

В настоящей заявке предлагается конструкция цилиндрического пьезоэлектрического приемника, у которого такая компенсация достигается за счет специального способа крепления чувствительного элемента. В результате чувствительность к вибрациям оказывается теоретически равной нулю, а практически значительно меньшей, чем у обычных приемников этого типа.This application proposes the design of a cylindrical piezoelectric receiver, in which such compensation is achieved through a special method of mounting the sensitive element. As a result, the sensitivity to vibrations turns out to be theoretically equal to zero, but practically significantly less than that of conventional receivers of this type.

Область применения приемника предлагаемой конструкции - антенны для низкочастотного пеленгования и приборы для исследования низкочастотных шумовых полей.The scope of the receiver of the proposed design is antennas for low-frequency direction finding and devices for studying low-frequency noise fields.

2. Описание конструкции приемника2. Description of receiver design

Предлагаемая конструкция в двух вариантах схематически представлена на фиг.1. Приемник состоит из идентичных пьезокерамических цилиндров (1), жестко скрепленных (склеенных) с металлическим диском (2). За диск производится жесткое крепление приемника к другим элементам конструкции с помощью оси (3), проходящей через его центр (фиг.1а), или концентрического перфорированного цилиндра (5), как показано на фиг.1б.The proposed design in two versions is schematically represented in figure 1. The receiver consists of identical piezoceramic cylinders (1), rigidly fastened (glued) with a metal disk (2). For the disk, the receiver is rigidly fixed to other structural elements using the axis (3) passing through its center (figa), or a concentric perforated cylinder (5), as shown in figb.

Во всех случаях наружная поверхность пьезоэлектрического цилиндра соприкасается с рабочей средой, а внутренний объем загерметизирован (например, слоем резины (4)).In all cases, the outer surface of the piezoelectric cylinder is in contact with the working medium, and the inner volume is sealed (for example, with a rubber layer (4)).

Под действием приложенных к оси сил диск в общем случае совершает сложное движение, которое можно представить как отступательное, которое будем характеризовать вектором ускорения

Figure 00000001
, и вращательное с угловым ускорением
Figure 00000002
(фиг.2). Будем считать оба вектора приложенными к центру диска.Under the action of forces applied to the axis, the disk generally makes a complex motion, which can be represented as a backward movement, which we will characterize by the acceleration vector
Figure 00000001
, and rotational with angular acceleration
Figure 00000002
(figure 2). We assume that both vectors are applied to the center of the disk.

Вектор ускорения

Figure 00000003
может быть разложен на две составляющие: в направлении оси цилиндра (
Figure 00000004
) и в плоскости, перпендикулярной оси (
Figure 00000005
). При ускорении
Figure 00000006
возникает продольно растяжение и сжатие цилиндров, причем имеет место распределение механических напряжений по длине чувствительного элемента, показанное на фиг.2. Везде далее считаем, что вибрации происходят на частотах, значительно ниже резонансной частоты цилиндрического приемника. При этом можно считать, что все точки механической системы движутся с одной скоростью, а напряжения в ней определяются только силами инерции, возникающей при этом движении).Acceleration vector
Figure 00000003
can be decomposed into two components: in the direction of the axis of the cylinder (
Figure 00000004
) and in the plane perpendicular to the axis (
Figure 00000005
) Under acceleration
Figure 00000006
longitudinally tensile and compression of the cylinders occurs, and there is a distribution of mechanical stresses along the length of the sensing element, shown in figure 2. Everywhere further, we believe that vibrations occur at frequencies well below the resonant frequency of a cylindrical receiver. Moreover, we can assume that all points of the mechanical system move at the same speed, and the stresses in it are determined only by the inertia forces arising from this movement).

Механические напряжения разных знаков, равные по величине, вызывают при условии однородности пьезоэлектрического элемента появление равных зарядов, различающихся знаками, которые при согласном параллельном соединении электродов полностью компенсируют друг друга.Mechanical stresses of different signs, equal in magnitude, cause, under the condition of a uniform piezoelectric element, the appearance of equal charges, differing in signs, which, when the electrodes are connected in parallel, completely compensate each other.

При ускорении

Figure 00000005
происходит изгиб цилиндра в плоскости, проходящей через ось цилиндра и вектор
Figure 00000005
. При этом, вследствие симметрии, механические напряжения, возникающие в точках цилиндра, симметричных относительно плоскости, перпендикулярной вектору
Figure 00000005
(XOZ), равны по величине и противоположны по знаку. Поэтому сумма зарядов, образующихся в каждом сечении, перпендикулярном оси цилиндра, равна нулю.Under acceleration
Figure 00000005
the cylinder bends in a plane passing through the axis of the cylinder and the vector
Figure 00000005
. Moreover, due to symmetry, mechanical stresses arising at points of the cylinder that are symmetrical with respect to a plane perpendicular to the vector
Figure 00000005
(XOZ) are equal in magnitude and opposite in sign. Therefore, the sum of the charges formed in each section perpendicular to the axis of the cylinder is zero.

Вращательное движение диска также может быть разложено на две составляющие: вращение вокруг оси цилиндра с угловым ускорением ϖx и вращение с угловым ускорением ϖr (фиг.2). При вращении вокруг оси происходит скручивание цилиндра, в результате чего в нем возникают сдвиговые напряжения. Сдвиговые напряжения при используемом направлении поляризации не вызывают появления электрических зарядов на электродах. При ускорении ϖr происходит изгиб цилиндров. Аналогично тому, что имело место при ускорении

Figure 00000005
, и при этом виде изгиба происходит взаимная компенсация зарядов, возникающих в соответствующих частях чувствительного элемента.The rotational movement of the disk can also be decomposed into two components: rotation around the axis of the cylinder with angular acceleration ϖ x and rotation with angular acceleration ϖ r (Fig.2). During rotation around the axis, the cylinder is twisted, as a result of which shear stresses arise in it. Shear stresses with the used direction of polarization do not cause the appearance of electric charges on the electrodes. With acceleration ϖ r , bending of the cylinders occurs. Similar to what happened during acceleration
Figure 00000005
, and with this type of bending, mutual compensation of charges arising in the corresponding parts of the sensitive element occurs.

Таким образом, в случае, если пьезоэлектрический цилиндр однороден, при предлагаемом способе крепления он должен быть нечувствителен к вибрациям любого направления. Можно показать, что при других способах крепления цилиндра приемник не обладает свойством виброустойчивости в полной мере и реагирует на определенные виды вибраций.Thus, if the piezoelectric cylinder is homogeneous, with the proposed method of fastening it should be insensitive to vibrations of any direction. It can be shown that with other methods of fixing the cylinder, the receiver does not have the property of vibration resistance in full and responds to certain types of vibrations.

3. Экспериментальные данные3. Experimental data

Для проверки сделанных выводов был изготовлен и испытан на вибростенде макет приемника предлагаемой конструкции, а также макет цилиндрического приемника, крепление которого производилось за торец, что соответствует наиболее распространенному в настоящее время виду крепления.To verify the conclusions made, a receiver model of the proposed design and a model of a cylindrical receiver, the fastening of which was made at the end face, was made and tested on a vibrostand, which corresponds to the most common type of fastening at present.

В качестве чувствительных элементов были использованы цилиндры (1), склеенные из двух пьезокерамических колец с радиальной поляризацией наружным диаметром 48 мм, толщиной 3 мм и высотой 32 мм (фиг.3). Два таких цилиндра жестко склеены эпоксидной массой с центральным стальным диском (2) толщиной 6 мм, выполненным как одно целое с осью (3). Цилиндр загерметизирован с помощью фланцев (5) и слоя резины (4). Выводы от цилиндров сделаны раздельно, так что имелась возможность проверять эффект компенсации зарядов, возникающих на двух половинах приемника, путем сравнения напряжения на выходе параллельного соединения цилиндров с напряжением на одном из них.As the sensitive elements were used cylinders (1), glued from two piezoceramic rings with radial polarization with an outer diameter of 48 mm, a thickness of 3 mm and a height of 32 mm (Fig. 3). Two such cylinders are rigidly glued together with an epoxy mass with a central steel disk (2) 6 mm thick, made as a unit with the axis (3). The cylinder is sealed with flanges (5) and a rubber layer (4). The conclusions from the cylinders were made separately, so that it was possible to check the effect of compensating the charges arising on the two halves of the receiver by comparing the voltage at the output of the parallel connection of the cylinders with the voltage on one of them.

Результаты эксперимента сведены в таблицу, в которой приводятся значения чувствительности приемника к вибрации, выраженной в значениях мв/g, при различных условиях закрепления и включения чувствительного элемента.The results of the experiment are summarized in a table in which the values of the sensitivity of the receiver to vibration, expressed in values of mV / g, are given under various conditions of fixing and switching on the sensitive element.

ТаблицаTable Чувствительность к вибрации (мв/g)Vibration Sensitivity (mv / g) Характер закрепления и включения элементов приемникаThe nature of the fastening and inclusion of the elements of the receiver Направление вибрацииVibration direction Вдоль осиAlong the axis Перпендикулярно осиPerpendicular to the axis Цилиндрический приемник, закрепленный за торецCylindrical receiver fixed to the end 3838 3232 Приемник, закрепленный за центральный диск. Включен один цилиндрThe receiver is mounted on the central disk. One cylinder is on 1010 0,330.33 Приемник закреплен за центральный диск. Параллельное включение цилиндровThe receiver is fixed to the central disk. Cylinder Parallel 0,450.45 0,330.33

Частотные характеристики чувствительности макетов приемников к вибрации линейны в диапазоне 10 Гц÷100 Гц, в результате чего чувствительность можно характеризовать одним значением. Предлагаемому варианту конструкции соответствует последняя строка таблицы. Как видно, чувствительность к вибрации в этом случае значительно меньше, чем при других способах закрепления и включения элементов.The frequency characteristics of the sensitivity of the receiver mockups to vibration are linear in the range of 10 Hz ÷ 100 Hz, as a result of which the sensitivity can be characterized by a single value. The proposed design option corresponds to the last row of the table. As you can see, the sensitivity to vibration in this case is much less than with other methods of fixing and turning on the elements.

Claims (1)

Цилиндрический пьезокерамический приемник, отличающийся тем, что, с целью повышения виброустойчивости, он выполнен из двух идентичних пьезокерамических цилиндров, склееных торцами с жестким (например, металлическим) диском, с помощью которого производится крепление активного элемента к несущей конструкции. A cylindrical piezoceramic receiver, characterized in that, in order to increase vibration resistance, it is made of two identical piezoceramic cylinders glued to the ends with a hard (e.g., metal) disk, by means of which the active element is fixed to the supporting structure.
SU959441/09A 1964-07-09 1964-07-09 Cylindrical piezoelectric receiver RU1840790C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU959441/09A RU1840790C (en) 1964-07-09 1964-07-09 Cylindrical piezoelectric receiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU959441/09A RU1840790C (en) 1964-07-09 1964-07-09 Cylindrical piezoelectric receiver

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1840790C true RU1840790C (en) 2009-10-20

Family

ID=41263390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU959441/09A RU1840790C (en) 1964-07-09 1964-07-09 Cylindrical piezoelectric receiver

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1840790C (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cremer et al. Structure-borne sound: structural vibrations and sound radiation at audio frequencies
US2359245A (en) Electrical displacement vibrometer
US20110048133A1 (en) Vibration element coupled with non-linear force to improve non-resonant frequency response
US4050665A (en) Vibration damping apparatus
US3104334A (en) Annular accelerometer
US3186237A (en) Piezoelectric transducer
US3953829A (en) Partially filled fluid damped geophone
US3168623A (en) Piezoelectric transducer
RU1840790C (en) Cylindrical piezoelectric receiver
US3222919A (en) Mechanical impedance measuring system
US1590369A (en) Device for preventing undesired vibrations in sound signaling apparatus
US3403547A (en) Compensated electromagnetic velocity transducer
US3272281A (en) Transducer
US3170320A (en) Vibration transducer
US2581063A (en) Geophone
US3329026A (en) Accelerometer
SU1160345A1 (en) Well piezoelectric geophone
US3162039A (en) Mechanical impedance meter
SU890306A1 (en) Geophone
SU466428A1 (en) Installation for the study of the damping properties of materials with transverse vibrations
JPH0363529A (en) Vibration sensor
SU1267315A1 (en) Piezoelectric geophone
SU1089529A1 (en) Piezoelectric seismometer
JPH0287798A (en) Vibration noise suppression type receiver
SU811174A1 (en) Seismometer