RU204491U1 - Волноводный датчик импульсных давлений - Google Patents
Волноводный датчик импульсных давлений Download PDFInfo
- Publication number
- RU204491U1 RU204491U1 RU2021103134U RU2021103134U RU204491U1 RU 204491 U1 RU204491 U1 RU 204491U1 RU 2021103134 U RU2021103134 U RU 2021103134U RU 2021103134 U RU2021103134 U RU 2021103134U RU 204491 U1 RU204491 U1 RU 204491U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- waveguides
- piezoelectric
- length
- receiving waveguide
- Prior art date
Links
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000035485 pulse pressure Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims abstract description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 150000001572 beryllium Chemical class 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
- G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
- G01L23/10—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by pressure-sensitive members of the piezoelectric type
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к технике измерения импульсных и быстропеременных давлений, и в первую очередь, предназначена для измерения импульсных давлений, возникающих в воздушной и конденсированных средах, и, в частности, газо-гидродинамических возмущений большой мощности, воздействующих на обрабатываемый объект.Поставленный технический результат достигается тем, что в волноводном датчике импульсных давлений, содержащем два волновода, разделенные пьезоэлектрической таблеткой, один из которых приемный волновод, выполненный в виде стержня из металла, склеенные между собой и размещенные внутри корпуса из диэлектрического материала, при этом приемный волновод выполнен из бериллия, второй - активный волновод выполнен из смеси материалов неньютоновских жидкостей силикона и кварцевого песка, взятых в соотношении, а корпус из диэлектрического материала выполнен в виде цилиндра, армированного металлической сеткой, длина которого превышает длину вместе взятых волноводов и пьезоэлектрической таблетки на величину диаметра приемного волновода.Техническим результатом является повышение точности измерения и расширение диапазона измеряемых амплитуд импульсных давлений взрывов и электрических разрядов.
Description
Полезная модель относится к технике измерения импульсных и быстропеременных давлений, и в первую очередь, предназначена для измерения импульсных давлений, возникающих в воздушной и конденсированных средах, и, в частности, газо-гидродинамических возмущений большой мощности, воздействующих на обрабатываемый объект. Она может быть использована в исследованиях фундаментальной науки, во взрывных и разрядно-импульсных технологиях.
Известен датчик давления, состоящий из двух волноводов, между которыми в состоянии акустического контакта расположен пьезоэлектрический элемент (Бескаравайный Н.М., Позднеев В.А. Теоретические основы измерения импульсных давлений в жидких средах. - Киев: Наукова думка, 1981, 190 с., стр. 135).
Недостатком данного датчика являются значительные габаритные размеры, что влечет за собой кроме неудобства в эксплуатации, ограниченность в возможных областях применения, а также недостаточная точность измерений вследствие несогласованности акустических сред пьезокерамической таблетки и волноводов.
Известен датчик импульсных давлений (Бескаравайный Н.М., Позднеев В.А. Теоретические основы измерения импульсных давлений в жидких средах. - Киев: Наукова думка, 1981, 190 с., стр. 151), который содержит три металлических волновода в виде стержней различной длины. Волноводы разного сечения находятся в состоянии акустического контакта. Между двумя волноводами равного сечения располагается пьезоэлектрическая таблетка, причем последний волновод имеет достаточно большую длину.
Датчик способен регистрировать ударные волны давления значительных амплитуд, но при этом имеет значительные габаритные размеры, тем самым характеризуется большими неудобствами его в эксплуатации, а в ряде случаев невозможностью его применения, недостаточной точностью измерений вследствие акустического рассогласования материалов пьезокерамической таблетки и волноводов. Кроме этого, акустический контакт волновода со стенкой обрабатываемого объекта, вызывает паразитное влияние сдвиговых волн, распространяющихся в стенке объекта, что существенным образом сказывается на точности измерений.
Известен датчик импульсных давлений, содержащий чувствительный пьезоэлектрический элемент и волноводный акустический стержень, выполненный из металла с переменной пористостью, убывающий от торца с чувствительным элементом к свободному концу (А.С. SU №1756784, МПК G01L23/10, 9/08, 1992 г.).
Данный датчик не обеспечивает условия возможности регистрации мощных, ударно-волновых воздействий вследствие ударного разрушения пьезокерамической таблетки, а также не защищен от паразитных наводок при регистрации ударно-волновых воздействий мощных разрядно-импульсных процессов.
Наиболее близким является датчик импульсных давлений (Пат. РФ № 2241212, МПК G01L9/08, G01L23/10, 27.11.2004), содержащий волноводы различной длины, разделенные пьезоэлектрической таблеткой и волновод в виде стержня меньшего сечения, волноводы в виде стержней меньшего и большего сечения выполнены за одно целое и образуют приемный волновод, а другой выполнен в виде цилиндра из металла с равномерно убывающей пористостью от торца с пьезоэлектрической таблеткой к свободному концу, торцевая поверхность которого имеет рельефный профиль в виде пирамид, а боковая поверхность имеет резьбовой либо пилообразный профиль, причем диаметр цилиндра превышает диаметр пьезоэлектрической таблетки.
Датчик способен регистрировать ударные волны давления значительных амплитуд, тем не менее, его конструкция не обеспечивает акустического согласования материалов пьезокерамической таблетки и реактивного волновода, что сказывается на точности измерений. Кроме того, необходимость его размещения и наличие акустического контакта волновода со стенкой обрабатываемого объекта ограничивает его возможности.
Задачей данной полезной модели является разработка конструкции волноводного датчика импульсных давлений способного производить измерения с необходимой точностью параметров мощных возмущений, возникающих в газообразных и конденсированных средах.
Техническим результатом является повышение точности измерения и расширение диапазона измеряемых амплитуд импульсных давлений взрывов и электрических разрядов.
Поставленный технический результат достигается тем, что в волноводном датчике импульсных давлений, содержащем два волновода, разделенные пьезоэлектрической таблеткой, один из которых приемный волновод, выполненный в виде стержня из металла, склеенные между собой и размещенные внутри корпуса из диэлектрического материала, при этом приемный волновод выполнен из бериллия, второй - активный волновод выполнен из смеси материалов неньютоновских жидкостей силикона и кварцевого песка, взятых в соотношении 
, а корпус из диэлектрического материала выполнен в виде цилиндра, армированного металлической сеткой, длина которого превышает длину вместе взятых волноводов и пьезоэлектрической таблетки на величину диаметра приемного волновода.
Приемный волновод, выполненный в виде цилиндрического стержня, позволяет реализовать возможность регистрации мощных ударных волн произвольного профиля волнового фронта. Применение металла при изготовлении приемного волновода обеспечивает эффективное экранирование от паразитных электромагнитных наводок, возникающих, особенно, в разрядно-импульсных технологиях. Использование металла - бериллий позволяет произвести акустическое согласование материалов пьезокерамической таблетки и волновода, т.е. 
, где 
и 
- плотность и скорость звука керамики и металла бериллий, соответственно. Так для керамики - 
и бериллия 
. Таким образом, это приводит к расширению диапазона измеряемых амплитуд давлений и повышению точности измерения.
Изготовление реактивного волновода в виде цилиндра из смеси материалов неньютоновских жидкостей – смеси силикона 
и кварцевого песка 
в соотношении также позволяет приблизить значение акустических сопротивлений материалов пьезокерамической таблетки и реактивного волновода, но в недостаточной мере. Тем не менее, неньютоновские жидкости ведут себя подобно механически прочным, твердым телам, имеющим жесткую кристаллическую структуру при их высокоскоростном, импульсном механическом нагружении. Кроме того, они обладают высоким коэффициентом поглощения звуковых волн в широком диапазоне частот. Поэтому не будет возникать паразитного возмущения, отраженного от конца реактивного волновода, негативно влияющего на полезный сигнал пьезокерамического преобразователя.
Таким образом, применение заявленной смеси неньютоновских жидкостей в качестве материала реактивного волновода приводит к расширению диапазона измеряемых амплитуд импульсных давлений и повышению точности измерения.
Размещение волноводов и пьезокерамической таблетки в полости диэлектрического механически прочного армированного корпуса в виде полого цилиндра позволяет создать единую целостность датчика, обеспечить прочность, жесткость и герметичность конструкции. Армирование корпуса металлической сеткой позволяет обеспечить дополнительное экранирование от паразитных электромагнитных наводок. Применение корпуса большей длины, чем длина вместе взятых волноводов и пьезоэлектрической таблетки позволяет снизить дифракционные эффекты, возникающие при регистрации ударно-волновых возмущений в газообразных и конденсированных средах, что повышает точность производимых измерений.
На чертеже представлена схема волноводного датчика импульсных давлений.
Датчик содержит пьезоэлектрическую таблетку 1, приемный волновод 2 в виде цилиндра из бериллия и реактивный волновод 3 в виде цилиндра из смеси материалов неньютоновских жидкостей силикона и кварцевого песка в соотношении. Сопряженные торцы волноводов 2, 3 и пьезоэлектрическая таблетка 1 склеены между собой эпоксидной смолой. Конструкция размещена в полости цилиндрического механически прочного диэлектрического корпуса 5, армированного металлической сеткой 6. Причем приемный волновод 2 выполнен с минимальным зазором по отношению к внутреннему диаметру диэлектрического корпуса 5. Длина корпуса 5 больше, чем общая длина волноводов 2, 3 и пьезоэлектрической таблетки 1 на величину диаметра волновода 2.
Датчик работает следующим образом: падающее ударно-волновое возмущение (показано белыми стрелками), распространяющееся по газовой или конденсированной среде, воздействует на торец приемного волновода 2, вследствие чего в последнем возникает волна упругой деформации, распространяющаяся по волноводу 2 и достигающая пьезоэлектрическую таблетку 1. Деформация пьезоэлектрической таблетки 1, вследствие явления пьезоэффекта, приводит к возникновению разности потенциалов на ее обкладках и генерации электрического сигнала. Реактивный волновод 3, выполненный из смеси материалов неньютоновских жидкостей, ведет себя как абсолютно жесткая граница. Деформация волновода 3 является минимальной, а коэффициент поглощения является высоким. В этом случае отсутствует отраженное ударно-волновое возмущение от другой торцевой поверхности волновода 3, являющееся паразитным, что положительным образом сказывается на моделировании и расчетов переводного коэффициента. Вследствие того, что длина корпуса 5 больше на величину диаметра волновода 2, чем общая длина волноводов 2, 3 и пьезоэлектрической таблетки 1 вместе взятых, то между торцом армированного диэлектрического корпуса 5 и торцом приемного волновода 2 создается столб высотой H газовой или конденсированной среды, находящейся первоначально в невозмущенном состоянии, как и вся окружающая среда. При распространении ударно-волнового возмущения как по столбу H среды, так и по окружающей среде, стенки корпуса высотой H будут препятствовать дифрагированию возмущения торца приемного волновода 2. Генерируемый пьезоэлектрической таблеткой электрический сигнал через соответствующую RC - цепочку регистрируется запоминающим осциллографом.
Таким образом, волноводный датчик импульсных давлений, содержащий разделенные пьезоэлектрической таблеткой выполненный в виде стержня из бериллия приемный волновод и выполненный из смеси материалов неньютоновских жидкостей силикона и кварцевого песка, взятых в соотношении активный волновод, склеенные между собой и размещенные внутри цилиндрического корпуса из диэлектрического материала, армированного металлической сеткой, длина которого превышает длину вместе взятых волноводов и пьезоэлектрической таблетки на величину диаметра приемного волновода, обеспечивает повышение точности измерения и расширение диапазона измеряемых амплитуд импульсных давлений взрывов и электрических разрядов.
Claims (1)
- Волноводный датчик импульсных давлений, содержащий два волновода, разделенные пьезоэлектрической таблеткой, один из которых приемный волновод, выполненный в виде стержня из металла, склеенные между собой и размещенные внутри корпуса из диэлектрического материала, отличающийся тем, что приемный волновод выполнен из бериллия, второй - активный волновод выполнен из смеси материалов неньютоновских жидкостей силикона и кварцевого песка, взятых в соотношении, а корпус из диэлектрического материала выполнен в виде цилиндра, армированного металлической сеткой, длина которого превышает длину вместе взятых волноводов и пьезоэлектрической таблетки на величину диаметра приемного волновода.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021103134U RU204491U1 (ru) | 2021-02-10 | 2021-02-10 | Волноводный датчик импульсных давлений |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021103134U RU204491U1 (ru) | 2021-02-10 | 2021-02-10 | Волноводный датчик импульсных давлений |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU204491U1 true RU204491U1 (ru) | 2021-05-27 |
Family
ID=76034280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021103134U RU204491U1 (ru) | 2021-02-10 | 2021-02-10 | Волноводный датчик импульсных давлений |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU204491U1 (ru) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3319433A1 (de) * | 1983-05-28 | 1984-11-29 | Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart | Optisches kabel |
| DE9210476U1 (de) * | 1992-08-05 | 1992-10-08 | Felten & Guilleaume Energietechnik AG, 5000 Köln | Längswasserdichtes Doppelmantelkabel |
| RU2002135488A (ru) * | 2002-12-26 | 2004-06-20 | Волгоградский государственный технический университет | Волноводный датчик импульсных давлений |
| RU2241212C2 (ru) * | 2002-12-26 | 2004-11-27 | Волгоградский государственный технический университет | Волноводный датчик импульсных давлений |
| RU108615U1 (ru) * | 2011-04-27 | 2011-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Высокотемпературный датчик импульсных давлений |
| WO2013045583A1 (de) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Schott Ag | Ummantelter lichtleiter und verfahren zu dessen herstellung |
| JP5215352B2 (ja) * | 2009-05-25 | 2013-06-19 | コリア アトミック エナジー リサーチ インスティチュート | ウェーブガイド超音波センサ装置 |
| WO2020179888A1 (ja) * | 2019-03-06 | 2020-09-10 | 株式会社テクノソルバ | 導波管及び導波システム |
-
2021
- 2021-02-10 RU RU2021103134U patent/RU204491U1/ru active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3319433A1 (de) * | 1983-05-28 | 1984-11-29 | Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart | Optisches kabel |
| DE9210476U1 (de) * | 1992-08-05 | 1992-10-08 | Felten & Guilleaume Energietechnik AG, 5000 Köln | Längswasserdichtes Doppelmantelkabel |
| RU2002135488A (ru) * | 2002-12-26 | 2004-06-20 | Волгоградский государственный технический университет | Волноводный датчик импульсных давлений |
| RU2241212C2 (ru) * | 2002-12-26 | 2004-11-27 | Волгоградский государственный технический университет | Волноводный датчик импульсных давлений |
| JP5215352B2 (ja) * | 2009-05-25 | 2013-06-19 | コリア アトミック エナジー リサーチ インスティチュート | ウェーブガイド超音波センサ装置 |
| RU108615U1 (ru) * | 2011-04-27 | 2011-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Высокотемпературный датчик импульсных давлений |
| WO2013045583A1 (de) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Schott Ag | Ummantelter lichtleiter und verfahren zu dessen herstellung |
| WO2020179888A1 (ja) * | 2019-03-06 | 2020-09-10 | 株式会社テクノソルバ | 導波管及び導波システム |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Herbold et al. | Pulse propagation in a linear and nonlinear diatomic periodic chain: effects of acoustic frequency band-gap | |
| Tseng | Elastic Surface Waves on Free Surface and Metallized Surface of CdS, ZnO, and PZT‐4 | |
| ES2436265T3 (es) | Procedimiento de medición de la presión y/o de la masa molar de un gas en un recinto, y conjunto de medición correspondiente | |
| RU204491U1 (ru) | Волноводный датчик импульсных давлений | |
| Sreedharan et al. | Temperature-compensated surface acoustic wave internal pressure sensor for nondestructive structural inspection of spent fuel canisters | |
| CN109341557A (zh) | 一种压电复合材料温度形变的测试方法和系统 | |
| Li et al. | Simulation of acoustic energy harvesting using piezoelectric plates in a quarter-wavelength straight-tube resonator | |
| US11237135B2 (en) | Self-powered acoustic sensor system | |
| Ricciardi et al. | Multilayer absorbers of silica aerogel | |
| Ponnusamy | Wave propagation in a piezoelectric solid bar of circular cross-section immersed in fluid | |
| US3521492A (en) | Fast response pressure gage | |
| RU180726U1 (ru) | Пьезоэлектрический изгибный преобразователь | |
| Karlash | Resonant electromechanical vibrations of piezoelectric shells of revolution | |
| US3087138A (en) | Apparatus for measuring sound speed and attenuation characteristics in liquid media | |
| Anderson et al. | SURVEY AND STATUS REPORT ON APPLICATION OF ACOUSTIC-BOILING-DETECTION TECHNIQUES TO LIQUID-METAL-COOLED REACTORS. | |
| RU2241212C2 (ru) | Волноводный датчик импульсных давлений | |
| Daru et al. | Analysis of the Flow Perturbations in a Shock Tube Due to the Curvature of the Diaphragm | |
| Ali et al. | Experimental and Computational Acoustic Analysis of the Pressure Distribution Inside a Mechanical Resonator Used for Implantable Medical Devices | |
| Zheng et al. | The manufacture and reliability analysis of the all-rigid Fabry–Perot resonator for fiber-optic acoustic sensors | |
| SU1756784A1 (ru) | Датчик импульсных давлений | |
| Savin et al. | Electric to acoustic conversion by a spherical piezoceramic shell with shields | |
| Firestone et al. | The supersonic reflectoscope; an instrument for inspecting the interior of metal parts by means of sound waves | |
| Selvarathinam et al. | Design, Fabrication and Testing of Lead Zirconate Titanate Based Ultrasonic Wave Generator | |
| Ballou et al. | A Fixed Path Supersonic Interferometer for Liquids | |
| Zhang et al. | Experimental Study of Acoustic Performance of Porous Metals at High Temperatures |