RU201522U1

RU201522U1 - MAGNETIC HOLDER OF PIEZOELECTRIC VIBRATOR CONVERTER

Info

Publication number: RU201522U1
Application number: RU2020122908U
Authority: RU
Inventors: Вера Леонидовна Ткалич; Сергей Викторович Бибиков; Мария Евгеньевна Калинкина; Ольга Викторовна Пирожникова; Мария Яковлевна Марусина
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2020-12-21

Abstract

Полезная модель относится к крепежным вспомогательным элементам диагностической аппаратуры, а также может быть использована в качестве устройства крепления диагностической аппаратуры на объект мониторинга при неразрушающем контроле параметров трещин в системах водо-, нефте-, газопроводов, в авиационной и космической промышленностях, при оценке ресурса работоспособности строительных металлоконструкций и железнодорожных рельсов. Удобство и надежность крепления вибропреобразователя достигается за счет того, что магнитопроводящий упор нижней цилиндрической частью выступает на 4-5 мм относительно нижней поверхности круглого основания фланца, что позволяет производить установку/съем преобразователя для снятия акустоэмиссионного сигнала с поверхности объекта мониторинга даже при наличии на ней различного рода пленок, микронеровностей и искривлений поверхности (вогнутость, выпуклость). 1 ил.The utility model refers to the fastening auxiliary elements of diagnostic equipment, and can also be used as a device for fastening the diagnostic equipment to the monitoring object for non-destructive testing of crack parameters in water, oil, gas pipelines, in the aviation and space industries, in assessing the service life of construction metal structures and railway rails. Convenience and reliability of mounting the vibration transducer is achieved due to the fact that the magnetically conductive stop with its lower cylindrical part protrudes 4-5 mm relative to the lower surface of the circular base of the flange, which makes it possible to install / remove the transducer to remove the acoustic emission signal from the surface of the monitoring object, even in the presence of various kind of films, microroughnesses and surface curvatures (concavity, convexity). 1 ill.

Description

Полезная модель относится к крепежным вспомогательным элементам диагностической аппаратуры и может быть использована в качестве устройства крепления диагностической аппаратуры на объект мониторинга при неразрушающем контроле параметров трещин в системах водо-, нефте-, газопроводов, в авиационной и космической промышленностях, при оценке ресурса работоспособности строительных металлоконструкций и железнодорожных рельсов.The utility model refers to the fastening auxiliary elements of the diagnostic equipment and can be used as a device for fastening the diagnostic equipment to the monitoring object for non-destructive testing of crack parameters in water, oil, and gas pipelines, in the aviation and space industries, when assessing the service life of building metal structures and railway rails.

Известна конструкция держателя для трехкомпонентного датчика механических колебаний, содержащего корпус, к которому прикреплены пьезоэлектрические чувствительные элементы в форме пластин, реагирующие на параметры колебательного ускорения, электроды и провода для снятия и передачи электрических сигналов на приборы обработки информации, при этом содержащего три чувствительных элемента в виде пьезоэлектрических или биморфных пластин, жестко закрепленных на базовом основании и закрытых колпачком. Базовое основание может жестко закрепляться на объекте, испытывающем механические колебания, с помощью держателя, роль которого играют шпильки или клей (Патент RU №2383025 Захаров К.Л., Сперанский А.А., Колина Л.С. Трехкомпонентный датчик механических колебаний. Бюл. №6, 27.02 2010, кл. G01P 15/09). Недостатком конструкции является низкая надежность и неудобство процесса установки/съема датчика на объект мониторинга.Known design of a holder for a three-component sensor of mechanical vibrations, containing a housing to which are attached piezoelectric sensitive elements in the form of plates, responsive to the parameters of vibrational acceleration, electrodes and wires for removing and transmitting electrical signals to information processing devices, while containing three sensitive elements in the form piezoelectric or bimorph plates rigidly fixed to the base base and closed with a cap. The base base can be rigidly fixed on an object experiencing mechanical vibrations using a holder, the role of which is played by pins or glue (Patent RU No. 2383025 Zakharov KL, Speransky AA, Kolina LS Three-component mechanical vibration sensor. . No. 6, 27.02 2010, class G01P 15/09). The disadvantage of the design is low reliability and inconvenience of the process of installing / removing the sensor to the monitoring object.

Известна конструкция держателя для пьезоэлектрического вибропреобразователя, содержащего корпус с элементом крепления к объекту мониторинга, с размещенным в нем пьезопакетником с предварительно ориентированными измерительными осями, и выходной штуцер для вывода проводников съема заряда. Держатель выполнен в виде четырехпозиционного резьбового адаптера, монтажные оси которого ориентированы в направлении измерительных осей пьезопакетника (Патент RU 72076 Пьезоэлектрический вибропреобразователь. Левитский Д.Н., Сперанский А.А., Бюл. №9, 27.03.2008, кл. G01P15/09).Known design of a holder for a piezoelectric vibration transducer, comprising a housing with an attachment element to the monitoring object, with a piezo packet placed in it with pre-oriented measuring axes, and an outlet fitting for withdrawing the charge removal conductors. The holder is made in the form of a four-position threaded adapter, the mounting axes of which are oriented in the direction of the measuring axes of the piezo packet (Patent RU 72076 Piezoelectric vibration transducer. Levitsky DN, Speransky AA, bull. No. 9, 27.03.2008, class G01P15 / 09 ).

К недостаткам конструкции держателя для вибропреобразователя можно отнести трудоемкость процесса установки/съема преобразователя на объект мониторинга.The disadvantages of the design of the holder for the vibration transducer can be attributed to the laboriousness of the process of installing / removing the transducer to the monitoring object.

Наиболее близким к данной полезной модели является магнитный держатель «Комплекса вибродиагностики буксовых узлов колесной пары грузового вагона», содержащего вибропреобразователи, снабженные магнитными держателями, соединенные с измерительным блоком, и платформу, имеющую участок рельсовой колеи, закрепленную посредством гидроподъемника и пространственной рамы, имеющей две опоры, на несущих гранях которых установлены вибропреобразователи снабженные магнитными держателями. Магнитный держатель является составной частью устройства крепления, в которое также входят Г-образные фиксаторы и тонкий слой гидравлической среды (Патент RU 117627 Комплекс вибродиагностики буксовых узлов колесной пары грузового вагона Коровин В.И., Соловьев Н.А, Щедрин В.И., 27.06.2012, Бюл. 18, кл. G01M 17/10, G01M 7/02, В61K 9/00).The closest to this useful model is the magnetic holder of the "Complex for vibration diagnostics of axlebox units of a freight car wheelset", containing vibration transducers equipped with magnetic holders connected to a measuring unit, and a platform having a section of a rail track fixed by means of a hydraulic lift and a space frame having two supports , on the bearing faces of which vibration transducers are installed equipped with magnetic holders. The magnetic holder is an integral part of the fastening device, which also includes L-shaped clamps and a thin layer of the hydraulic medium (Patent RU 117627 Complex for vibration diagnostics of axleboxes of a wheelset of a freight car Korovin V.I., Soloviev N.A., Shchedrin V.I., 27.06.2012, Bul. 18, class G01M 17/10, G01M 7/02, B61K 9/00).

Недостатком конструкции является повышенная трудоемкость процесса сборки устройства крепления, так как узел крепления состоит из магнитного держателя, тонкого слоя гидравлической среды и Г-образных фиксаторов.The disadvantage of the design is the increased complexity of the assembly process of the fastening device, since the fastening unit consists of a magnetic holder, a thin layer of hydraulic medium and L-shaped clamps.

Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в удобстве процесса сборки и упрощении установки/съема магнитного держателя пьезоэлектрического вибропреобразователя на объект мониторинга.The problem solved by the proposed utility model is the convenience of the assembly process and simplification of installation / removal of the magnetic holder of the piezoelectric vibration transducer on the monitoring object.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в удобстве и надежности крепления вибропреобразователя.The task is solved by achieving a technical result, which consists in the convenience and reliability of mounting the vibration transducer.

Данный технический результат достигается тем, что магнитный держатель пьезоэлектрического вибропреобразователя, состоящий из кольцевого магнитного элемента, уплотнительного тора из немагнитного материала, фланца из немагнитного материала с круглым основанием, снабженного левосторонней резьбой на внешней цилиндрической поверхности магнитопроводящего упора, высота которого на 4-5 мм больше высоты фланца и изолирующей шпильки, снабженной двумя резьбовыми выступами с правосторонней резьбой на ее противоположных сторонах для соединения магнитного держателя с корпусом пьезоэлектрического вибропреобразователя и закрепления верхних частей фланца, вместе с магнитопроводящим упором, на одном уровне.This technical result is achieved by the fact that the magnetic holder of the piezoelectric vibration transducer, consisting of an annular magnetic element, a sealing torus made of non-magnetic material, a flange made of non-magnetic material with a round base, equipped with a left-hand thread on the outer cylindrical surface of the magnetically conductive stop, the height of which is 4-5 mm higher the height of the flange and an insulating stud provided with two threaded protrusions with right-hand threads on its opposite sides for connecting the magnetic holder with the body of the piezoelectric vibration transducer and fixing the upper parts of the flange, together with the magnetically conducting stop, at the same level.

Разность высот магнитопроводящего упора и фланца при установке их верхних частей на одном уровне обеспечивает образование воздушного зазора между нижней поверхностью основания фланца и поверхностью объекта мониторинга при установке магнитного держателя на объект мониторинга, пронизываемого магнитным полем, образующимся в воздушном зазоре, что обеспечивает установку и надежное удержание магнитного держателя на объекте мониторинга даже при наличии на его поверхности различных покрытий с неровностями (лакокрасочных, масляных, пылевых и т.д.), что снижает требования к качеству обработки поверхности объекта мониторинга с точки зрения высоты микронеровностей, наличия царапин и других несовершенств поверхностного слоя объекта мониторинга.The difference in the heights of the magnetic-conductive stop and the flange when their upper parts are installed at the same level ensures the formation of an air gap between the lower surface of the flange base and the surface of the monitored object when installing the magnetic holder on the monitored object, penetrated by the magnetic field formed in the air gap, which ensures installation and reliable retention magnetic holder on the monitoring object, even if there are various coatings with irregularities on its surface (paint, oil, dust, etc.), which reduces the requirements for the quality of surface treatment of the monitoring object in terms of the height of microroughnesses, the presence of scratches and other imperfections of the surface layer monitoring object.

Устройство магнитного держателя пьезоэлектрического вибропреобразователя, изображено на фигуре. Содержит кольцевой магнитный элемент 1, уплотнительный тор (уплотнительное кольцо из немагнитного материала) 2, фланец из немагнитного материала 3 с круглым основанием 4, снабженный левосторонней резьбой 5 на внешней цилиндрической поверхности, магнитопроводящий упор 6, высота которого на 4-5 мм больше высоты фланца 3, изолирующую шпильку 7, снабженную двумя резьбовыми выступами 8 с правосторонней резьбой на ее противоположных сторонах для соединения магнитного держателя с корпусом пьезоэлектрического вибропреобразователя 9 и закрепления верхних частей фланца 3 вместе с магнитопроводящим упором 6 на одном уровне. Магнитный держатель предназначен для крепления на объект мониторинга 10, испытывающего виброакустические колебания.The device of the magnetic holder of the piezoelectric vibration transducer is shown in the figure. Contains an annular magnetic element 1, a sealing torus (an O-ring made of non-magnetic material) 2, a flange made of non-magnetic material 3 with a round base 4, equipped with a left-hand thread 5 on the outer cylindrical surface, a magnetically conductive stop 6, the height of which is 4-5 mm higher than the height of the flange 3, an insulating pin 7, provided with two threaded protrusions 8 with right-hand threads on its opposite sides for connecting the magnetic holder with the body of the piezoelectric vibration transducer 9 and fixing the upper parts of the flange 3 together with the magnetic conductive stop 6 at the same level. The magnetic holder is designed to be attached to the monitoring object 10, experiencing vibroacoustic vibrations.

Устройство работает следующим образом. Упор 6 из магнитного материала, имеющий нижнюю цилиндрическую часть, выступающую относительно круглого основания 4 фланца 3 на 4-5 мм, жестко крепится на объекте мониторинга 10, испытывающего виброакустические воздействия, за счет магнитного поля, возникающего между магнитным элементом 2 и поверхностью объекта мониторинга 10, например, железнодорожного рельса. Механические колебания (акустическая вибрация) воспринимаются корпусом пьезоэлектрического вибропреобразователя 9, содержащего пьезоэлектрические чувствительные элементы, которые преобразуют механические колебания в электрический сигнал, передаваемый на приборы приема и обработки информации (акустоэмиссионной метод исследования и дефектоскопии объектов мониторинга).The device works as follows. A stop 6 made of magnetic material, having a lower cylindrical part protruding relative to the round base 4 of the flange 3 by 4-5 mm, is rigidly attached to the monitoring object 10, experiencing vibroacoustic effects, due to the magnetic field arising between the magnetic element 2 and the surface of the monitoring object 10 such as a railroad track. Mechanical vibrations (acoustic vibration) are perceived by the body of the piezoelectric vibration transducer 9, containing piezoelectric sensing elements that convert mechanical vibrations into an electrical signal transmitted to the devices for receiving and processing information (acoustic emission method of research and flaw detection of monitoring objects).

Наиболее оптимальным является размер выступающей части магнитопроводящего упора 6 над круглым основанием фланца 4 в пределах 4-5 мм, так как при больших расстояниях наблюдается ослабление магнитного поля и крепление магнитного держателя к поверхности объекта мониторинга становится ненадежным, а при меньших размерах выступающей части магнитного упора 6 не будет выполняться функция качественного крепления магнитного держателя к поверхности объекта мониторинга с неровностями поверхности и радиусами закругления на вогнутых или выпуклых поверхностях (в том числе железнодорожного рельса или трубопровода).The most optimal is the size of the protruding part of the magnetic-conductive stop 6 above the round base of the flange 4 within 4-5 mm, since at large distances there is a weakening of the magnetic field and the attachment of the magnetic holder to the surface of the monitoring object becomes unreliable, and with smaller sizes of the protruding part of the magnetic stop 6 the function of high-quality fastening of the magnetic holder to the surface of the monitoring object with surface irregularities and radii of curvature on concave or convex surfaces (including a railroad rail or pipeline) will not be performed.

В результате натурных испытаний, подтвердилось надежное крепление вибропреобразователя с предлагаемым держателем на объекте мониторинга.As a result of field tests, the reliable fastening of the vibration transducer with the proposed holder at the monitoring object was confirmed.

Установка магнитного держателя на объект мониторинга может иметь 3 варианта реализации: 1) при установке на плоскую поверхность объекта мониторинга торцы магнитного упора перпендикулярны его цилиндрической поверхности; 2) при установке магнитного держателя на вогнутую поверхность объекта мониторинга, например, шейку двутаврового железнодорожного рельса, торец магнитного держателя скошен наружу под требуемым углом для плотного прилегания упора к объекту мониторинга; 3) при установке на выпуклую поверхность объекта мониторинга, например, поверхность с радиусом закругления (трубопровод, реактор) торец фланца скошен вовнутрь под требуемым углом для плотного прилегания упора к объекту мониторинга.The installation of the magnetic holder on the monitoring object can have 3 variants of implementation: 1) when installed on the flat surface of the monitoring object, the ends of the magnetic stop are perpendicular to its cylindrical surface; 2) when installing the magnetic holder on the concave surface of the monitoring object, for example, the neck of an I-rail rail, the end face of the magnetic holder is chamfered outward at the required angle for tight fit of the stop to the monitoring object; 3) when installed on a convex surface of the monitoring object, for example, a surface with a radius of curvature (pipeline, reactor), the flange end is beveled inward at the required angle for a snug fit of the stop to the monitoring object.

Claims

Magnetic holder of a piezoelectric vibration transducer, consisting of an annular magnetic element, a sealing torus made of non-magnetic material, a flange made of non-magnetic material with a round base, equipped with a left-hand thread on the outer cylindrical surface, a magnetic support, the height of which is 4-5 mm higher than the height of the flange and insulating stud, equipped with two threaded protrusions with right-hand threads on its opposite sides for connecting the magnetic holder with the housing of the piezoelectric vibration transducer and fixing the upper parts of the flange together with the magnetically conductive stop at the same level.