RU2057400C1 - Pressure gradient head - Google Patents
Pressure gradient head Download PDFInfo
- Publication number
- RU2057400C1 RU2057400C1 RU93015415A RU93015415A RU2057400C1 RU 2057400 C1 RU2057400 C1 RU 2057400C1 RU 93015415 A RU93015415 A RU 93015415A RU 93015415 A RU93015415 A RU 93015415A RU 2057400 C1 RU2057400 C1 RU 2057400C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cover
- housing
- capacitors
- piezoelectric elements
- receiver
- Prior art date
Links
Images
Abstract
.
Description
Изобретение относится к акустической и сейсмоизмерительной технике и может быть использовано при конструировании акустических приемников и приемников сейсмических сигналов. The invention relates to acoustic and seismic measuring techniques and can be used in the design of acoustic receivers and receivers of seismic signals.
Известен пьезоэлектрический акселерометр, содержащий корпус в виде основания и крышки, закрепленный одним концом в основании, другим в крышке стержень, на которой размещены кольцевой пьезоэлемент и подпружиненная инерционная масса, и истоковый повторитель, установленный в основании по периферии пьезоэлемента, причем отношения толщины основания к толщине стенки крышки и диаметра основания к диаметру стержня находятся в пределах 15-25 и 7-13 соответственно [1]
К недостаткам данного преобразователя следует отнести его несимметричность относительно фазового центра, а также наличие тяжелого основания, облегчающее измерение вибраций, но делающее практически невозможным измерение параметров акустических полей.A known piezoelectric accelerometer containing a housing in the form of a base and a cover, fixed at one end to the base, the other on the cover a rod on which an annular piezoelectric element and a spring-loaded inertial mass are placed, and a source follower installed in the base along the periphery of the piezoelectric element, the ratio of the thickness of the base to the thickness the walls of the cover and the diameter of the base to the diameter of the rod are in the range of 15-25 and 7-13, respectively [1]
The disadvantages of this transducer include its asymmetry with respect to the phase center, as well as the presence of a heavy base, which facilitates the measurement of vibrations, but makes it almost impossible to measure the parameters of acoustic fields.
Наиболее близким к изобретению является пьезоэлектрический тендем-датчик, содержащий две одинаковые пьезокерамические шайбы или пакет шайб с общим инерционным элементом. Пьезокерамические шайбы или пакеты шайб зажаты в общем корпусе симметрично по разные стороны от общего инерционного элемента. При этом в зависимости от направления поляризации пьезокерамики шайбы соединяются друг с другом параллельно или последовательно с тем, чтобы заряды с них суммировались. Паразитные (по направлению) вибрации вызывают возникновение электрических сигналов противоположных знаков, которые взаимно уничтожаются [2]
Однако в этом приемнике взаимно уничтожаться будут лишь те заряды, возникновение которых связано с паразитными колебаниями, симметричными относительно центра инерционного элемент датчика.Closest to the invention is a piezoelectric tender-sensor containing two identical piezoceramic washers or a package of washers with a common inertial element. Piezoceramic washers or washer packages are clamped in a common housing symmetrically on opposite sides of a common inertial element. In this case, depending on the direction of polarization of the piezoceramics, the washers are connected to each other in parallel or sequentially so that the charges from them are summed. Spurious (in direction) vibrations cause the appearance of electrical signals of opposite signs, which are mutually destroyed [2]
However, in this receiver only those charges will be mutually annihilated, the occurrence of which is associated with spurious oscillations symmetric about the center of the inertial element of the sensor.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение ортогональной виброзащищенности приемника и создание возможности унификации электроакустических параметров серии приемников. The problem to which the invention is directed is to increase the orthogonal vibration protection of the receiver and to create the possibility of unifying the electro-acoustic parameters of a series of receivers.
Это достигается тем, что в приемник градиента давления, содержащий корпус с крышкой, расположенные в корпусе инерционный элемент и пьезоэлементы с емкостью С1 и С2, установленные на противоположных сторонах инерционного элемента и электрически соединенные друг с другом с возможностью суммирования сигналов, причем корпус, крышка, инерционный элемент и пьезоэлементы установлены соосно, введены армирующий элемент в виде шпильки из материала с модулем Юрга (19,0-21,0)·1010 Н/м2, один конец которого жестко закреплен в корпусе, а другой соединен с крышкой резьбовым соединением, и четыре корректирующих конденсатора емкостью С11, С12, С21, С22 соответственно, установленные в корпусе, а крышка выполнена в виде усеченного конуса, отношение диаметров большего и меньшего оснований которого равно 1,7-2,9, причем шпилька установлена вдоль оси приемника, корпус и крышка расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через центр инерционного элемента перпендикулярно оси приемника, конденсаторы емкостью С11 и С12 соединены с пьезоэлементами электрически параллельно, а конденсаторы емкостью С21 и С 22 последовательно, при этом величины емкостей выбраны из условия
и отношение высоты боковой стенки крышки по образующей к ее толщине равно 8-9.This is achieved by the fact that in the receiver of the pressure gradient, comprising a housing with a cover, an inertial element located in the housing and piezoelectric elements with a capacitance C 1 and C 2 mounted on opposite sides of the inertial element and electrically connected to each other with the possibility of summing signals, and the housing, the cover, the inertial element and the piezoelectric elements are installed coaxially, a reinforcing element is introduced in the form of a hairpin made of a material with a Yurga module (19.0-21.0) · 10 10 N / m 2 , one end of which is rigidly fixed in the housing, and the other is connected to lid with a threaded connection, and four correction capacitors with capacities C 11 , C 12 , C 21 , C 22, respectively, installed in the housing, and the lid is made in the form of a truncated cone, the ratio of the diameters of the larger and smaller bases of which is 1.7-2.9, moreover, the pin is installed along the axis of the receiver, the housing and the cover are symmetrically relative to the plane passing through the center of the inertial element perpendicular to the axis of the receiver, capacitors with capacities C 11 and C 12 are electrically connected to the piezoelectric elements, and the capacitor s with a capacity of C 21 and C 22 in series, while the capacitance values are selected from the condition
and the ratio of the height of the side wall of the cover along the generatrix to its thickness is 8-9.
На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство. The drawing schematically shows the proposed device.
Устройство содержит корпус 1 с крышкой 2, армирующий элемент 3, пьезоэлементы 4 и инерционный элемент (инерционную массу) 5. Введенные внутрь корпуса электрические конденсаторы и электрические соединения пьезоэлементов на чертеже не показаны. Армирующий элемент 3 выполнен в виде шпильки. Крышка 2 представляет собой усеченный конус. Армирующая шпилька одним концом жестко закреплена в корпусе 1. Другой ее конец закреплен посредством резьбового соединения в крышке 2. Устройство симметрично относительно оси шпильки и относительно плоскости, расположенной перпендикулярно оси армирующего элемента и проходящей через его середину. The device comprises a housing 1 with a
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Градиент звукового давления определяет величину силы, под действием которой корпус 1 и шпилька перемещаются относительно инерционного элемента 5. При этом инерционный элемент 5 воздействует на пьезоэлементы 4, деформируя их. Электрический сигнал, снимаемый с пьезоэлементов, пропорционален возникающему в них механическому напряжению и, следовательно, градиенту звукового давления. При этом учитывается, что размеры приемника малы по сравнению с длиной звуковой волны. Пьезоэлементы установлены с двух сторон от инерционного элемента, поэтому одни из них под его воздействием сжимаются относительно своего исходного состояния, другие растягиваются. В случае, если направления поляризации пьезоэлементов в сборке, расположенных по разные стороны от инерционного элемента, совпадают, сигналы на выходе их суммируются с разными знаками, т.е. вычитаются. В том случае, если направления поляризации пьезоэлементов противоположны, сигналы с них суммируются, при этом в количестве одного из электродов может служить инерционный элемент или корпус. The sound pressure gradient determines the magnitude of the force under which the body 1 and the pin move relative to the
Воздействующие на приемник колебания акустического или вибрационного происхождения, направление которых не совпадает с направлением оси измерения, могут быть разложены на два, одно из которых совпадает с направлением оси измерения, а другое перпендикулярно ему. Последнее возбуждает в приемнике колебания, ортогональные его оси симметрии. Oscillations of acoustic or vibrational origin acting on the receiver, the direction of which does not coincide with the direction of the measurement axis, can be decomposed into two, one of which coincides with the direction of the measurement axis, and the other perpendicular to it. The latter excites in the receiver oscillations orthogonal to its axis of symmetry.
Введение в приемник армирующей шпильки и изготовление его симметричным относительно плоскости, перпендикулярной его оси и проходящей через центр инерционного элемента, позволяет исключить колебания типа консольных и обеспечить воздействие на пьезоэлементы только тех ортогональных колебаний, которые симметричны либо относительно указанной плоскости, либо относительно фазового центра приемника, совпадающего с центром инерционного элемента. The introduction of a reinforcing pin into the receiver and making it symmetrical with respect to a plane perpendicular to its axis and passing through the center of the inertial element eliminates cantilever oscillations and ensures that the piezoelectric elements are affected only by those orthogonal oscillations that are symmetrical either with respect to the indicated plane or with respect to the phase center of the receiver, coinciding with the center of the inertial element.
Электрические сигналы на выходе пьезоэлементов, соответствующие указанным колебаниям, взаимоуничтожаются при сложении сигналов с пьезоэлементов, расположенных по разные стороны от инерционной массы. Это справедливо для случая, когда пьезоэлементы идентичны по своим параметрам. The electrical signals at the output of the piezoelectric elements corresponding to the indicated oscillations are mutually destroyed when the signals from the piezoelectric elements located on opposite sides of the inertial mass are added. This is true for the case when the piezoelectric elements are identical in their parameters.
Поскольку разброс параметров серийно выпускаемых пьезопреобразователей обычно лежит в пределах 20% для уменьшения вклада указанных сигналов в результирующий сигнал на выходе приемника необходимо максимально уменьшить амплитуду ортогональных колебаний. Это может быть достигнуто путем подбора материала шпильки и степени ее растяжения. Величина модуля Юнга материала Е должна составлять (19,0-21,0)·1010 Н/м2.Since the spread in the parameters of commercially available piezoelectric transducers usually lies within 20%, to reduce the contribution of these signals to the resulting signal at the output of the receiver, it is necessary to minimize the amplitude of orthogonal oscillations. This can be achieved by selecting the material of the stud and the degree of stretching. The Young's modulus of the material E should be (19.0-21.0) · 10 10 N / m 2 .
Кроме того, на величину рассматриваемых паразитных сигналов оказывают существенное влияние геометрические и механические параметры корпуса и крышки, в которых крепится армирующая шпилька. Результаты экспериментального моделирования показали, что оптимальной формой крышки является усеченный конус со следующими геометрическими параметрами: отношение диаметров большего и меньшего оснований конуса лежит в пределах 1,7-2,9, отношение высоты боковой стенки крышки по образующей к ее толщине 8-9, угол при основании конуса составляет 45о.In addition, the magnitude of the considered spurious signals is significantly influenced by the geometric and mechanical parameters of the housing and the cover in which the reinforcing stud is mounted. The results of experimental modeling showed that the truncated cone with the following geometric parameters is the optimal shape of the cover: the ratio of the diameters of the larger and smaller bases of the cone is in the range 1.7-2.9, the ratio of the height of the side wall of the cover along the generatrix to its thickness is 8-9, the angle at the base of the cone is 45 about .
Такая крышка обладает достаточной жесткостью, чтобы предохранить преобразователь от механических воздействий, вывести собственные частоты крышки из частотного диапазона работы преобразователя, максимально уменьшить стрелку прогиба крышки, что особенно важно, когда для достижения требуемой величины Е шпилька подвергается растягиванию. Such a cover has sufficient rigidity to protect the converter from mechanical influences, to remove the natural frequencies of the cover from the frequency range of the converter, to minimize the arrow deflection of the cover, which is especially important when the stud is stretched to achieve the required value of E.
С целью унификации акустоэлектрических параметров серии приемников и дополнительного выравнивания параметров пьезоэлементов в приемниках используется коррекция с помощью электрических конденсаторов, располагаемых внутри корпуса приемника. Параллельно и последовательно с каждым пьезоэлементом включены конденсаторы, емкости которых определяются на основании формул
; + Co где С1, С2 емкости пьезоэлементов, расположенных по разные стороны от инерционного элемента;
С11, С21 емкости конденсаторов, включенных параллельно С1 и С2 соответственно;
С12, С22 емкости конденсаторов, включенных последовательно С1 и С2;
Со результирующая емкость пьезоэлементов, входящих в состав приемников унифицируемой серий.In order to unify the acoustoelectric parameters of a series of receivers and further equalize the parameters of the piezoelectric elements in the receivers, correction is used with the help of electric capacitors located inside the receiver case. In parallel and sequentially with each piezoelectric element, capacitors are included, the capacities of which are determined based on the formulas
; + C o where C 1 , C 2 capacitance of piezoelectric elements located on different sides of the inertial element;
C 11 , C 21 capacitance capacitors connected in parallel with C 1 and C 2, respectively;
C 12 , C 22 capacitance capacitors connected in series With 1 and C 2 ;
With about the resulting capacity of the piezoelectric elements that make up the receivers of the unified series.
Использование указанной емкостной коррекции позволяет в значительной степени выравнять как параметры пьезоэлементов, входящих в состав одного приемника, так и электроакустические параметры серии приемников. The use of the indicated capacitive correction makes it possible to substantially equalize both the parameters of the piezoelectric elements that make up a single receiver and the electro-acoustic parameters of a series of receivers.
Claims (1)
а отношение высоты боковой стенки крышки по образующей к ее толшине равно 8 - 9.PRESSURE GRADIENT RECEIVER, comprising a housing with a cover, an inertial element located in the housing and piezoelectric elements with capacitances C 1 and C 2 mounted on opposite sides of the inertial element and electrically connected to each other with the possibility of summing signals, the housing, the cover, the inertial element and the piezoelectric elements mounted coaxially, characterized in that a reinforcing element is introduced into it in the form of a hairpin made of a material with a Young's modulus (19 - 21) • 10 1 0 N / m 2 , one end of which is rigidly fixed in the housing and the other is connected n with a cap threaded connection, and four correction capacitors with a capacity of C 1 1 , C 2 1 , C 1 2 , C 2 2, respectively, installed in the housing, and the cap is made in the form of a truncated cone, the ratio of the diameters of the larger and smaller bases of which is 1, 7 - 2.9, with the pin installed along the axis of the receiver, the housing and the cover are symmetrically relative to the plane passing through the center of the inertia element perpendicular to the axis of the receiver, capacitors with a capacity of C 1 1 and C 1 2 are connected electrically to the piezoelectric elements, and the condenser capacitors C 2 1 and C 2 2 - sequentially, while the capacitance values are selected from the condition
and the ratio of the height of the side wall of the cover along the generatrix to its thickness is 8 - 9.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93015415A RU2057400C1 (en) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | Pressure gradient head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93015415A RU2057400C1 (en) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | Pressure gradient head |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93015415A RU93015415A (en) | 1995-04-30 |
RU2057400C1 true RU2057400C1 (en) | 1996-03-27 |
Family
ID=20139180
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93015415A RU2057400C1 (en) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | Pressure gradient head |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2057400C1 (en) |
-
1993
- 1993-03-24 RU RU93015415A patent/RU2057400C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 885899, кл. G 01P 15/08, 1979. 2. Авторское свидетельство СССР N 150714, кл. G 01P 15/08, 1962. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4479385A (en) | Double resonator cantilever accelerometer | |
JPS59126261A (en) | Accelerometer with needle resonator power transducer | |
WO1988000334A1 (en) | Vibration type weight measuring apparatus | |
RU2335775C1 (en) | Monolithic differential vibration transducer | |
JPH04502202A (en) | Sensor for detecting angular velocity | |
RU2057400C1 (en) | Pressure gradient head | |
US3070996A (en) | Mechanical impedance meter | |
JP2880502B2 (en) | Apparatus for achieving and / or monitoring a predetermined filling level in a container | |
JP2544012Y2 (en) | Vibration noise canceling microphone | |
JPS63138235A (en) | Circular direction vibration type specific gravity detecting device | |
RU2436106C2 (en) | Linear acceleration frequency transducer | |
US8143768B2 (en) | Miniature mechanical resonator device | |
SU1760462A1 (en) | Three-component piezoelectric accelerometer | |
JPS5854682Y2 (en) | vibration detection device | |
JPS6321518A (en) | Vibration sensor | |
SU1747977A1 (en) | Piezoelectric vibration stand | |
JP3129022B2 (en) | Acceleration sensor | |
SU905671A1 (en) | Pressure pickup | |
RU2060506C1 (en) | Differential accelerometer | |
SU1000919A1 (en) | Piezoresonance accelerometer | |
GB2386187A (en) | Two resonator sensor supported at two vibrational nodes | |
SU951754A1 (en) | Ultrasonic piezoelectric force pickup | |
SU582464A1 (en) | Frequency transducer | |
SU1272520A1 (en) | Piezoelectric transducer | |
SU896423A1 (en) | Three component vibrational converter |