RU216200U1

RU216200U1 - FLEXIBLE VIBRATION SENSOR BASED ON PVDF STRUCTURE

Info

Publication number: RU216200U1
Application number: RU2022132662U
Authority: RU
Inventors: Евгений Валентинович Кузьмин; Сергей Николаевич Иванов; Диана Александровна Усик; Игорь Гурьевич Арендателев; Светлана Ивановна Арендателева
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2023-01-23

Abstract

Полезная модель относится к области измерений механических вибраций и может быть использована при разработке контрольно-измерительной аппаратуры для оценки состояния человека в режиме реального времени, а также в автомобильной электронике, строительстве, ж/д и авиационной технике, геологии, электроэнергетике, нефтегазовой сфере. Гибкий датчик вибрации на основе PVDF структуры представляет собой тонкий диск, состоящий из прямоугольных полимерных пьезоэлектрических чувствительных элементов из слоя поливинилиденфторида (PVDF) или его сополимеров, электродов и токоведущих дорожек с двух сторон чувствительных элементов, двух тонких гибких защитных подложек из слюды с лицевой и обратной стороны, контактных площадок на периферии лицевой стороны, слоя бензоциклобутена (ВСВ) или полимеров на его основе, заполняющего пространство между чувствительными элементами. Диаметр датчика и количество чувствительных элементов определяется характером контролируемой поверхности и требованиями к разрешающей способности датчика. Расположение чувствительных элементов позволяет измерять линейные вибрации в произвольном направлении, пространственное распределение вибраций и вращательные колебания с высокой точностью. Использование полимерных пьезоэлектрических слоев позволяет использовать планарную технологию, тем самым повышая разрешающую способность датчика и делая его миниатюрным и недорогим в изготовлении. Благодаря гибкости, простоте монтажа и доступным для измерения типам вибраций существенно расширяется область возможного применения датчика. Предложенный гибкий датчик вибрации на основе PVDF структуры обладает высокой чувствительностью и точностью измерения вибраций, малыми размерами и может быть использован для контроля жизненных показателей человека, скорости вращения роторов машин, собственных колебаний зданий и сооружений, сейсмической активности и т.д.

The utility model relates to the field of measuring mechanical vibrations and can be used in the development of control and measuring equipment for assessing the human condition in real time, as well as in automotive electronics, construction, railway and aviation technology, geology, electric power industry, oil and gas industry. A flexible vibration sensor based on a PVDF structure is a thin disk consisting of rectangular polymeric piezoelectric sensing elements made of a layer of polyvinylidene fluoride (PVDF) or its copolymers, electrodes and current-carrying tracks on both sides of the sensing elements, two thin flexible protective mica substrates on the front and back side, pads on the periphery of the front side, a layer of benzocyclobutene (BCV) or polymers based on it, filling the space between the sensitive elements. The diameter of the sensor and the number of sensitive elements is determined by the nature of the controlled surface and the requirements for the resolution of the sensor. The location of the sensitive elements allows you to measure linear vibrations in an arbitrary direction, the spatial distribution of vibrations and rotational vibrations with high accuracy. The use of polymeric piezoelectric layers allows the use of planar technology, thereby increasing the resolution of the sensor and making it miniature and inexpensive to manufacture. Thanks to the flexibility, ease of installation and the types of vibrations available for measurement, the scope of the possible application of the sensor is significantly expanded. The proposed flexible vibration sensor based on a PVDF structure has high sensitivity and accuracy of vibration measurement, small size and can be used to monitor human vital signs, machine rotor speed, natural oscillations of buildings and structures, seismic activity, etc.

Description

Полезная модель относится к области измерений механических вибраций и может быть использована при разработке контрольно-измерительной аппаратуры для оценки состояния человека в режиме реального времени, а также в автомобильной электронике, строительстве, ж/д и авиационной технике, геологии, электроэнергетике, нефтегазовой сфере.The utility model relates to the field of measuring mechanical vibrations and can be used in the development of control and measuring equipment for assessing the human condition in real time, as well as in automotive electronics, construction, railway and aviation technology, geology, electric power industry, oil and gas industry.

Основное применение датчиков вибрации заключается в преобразовании механических вибрации в электрический сигнал, что может использоваться для контроля жизненных показателей человека, скорости вращения роторов машин, собственных колебаний зданий и сооружений, сейсмической активности и т.д.The main application of vibration sensors is to convert mechanical vibrations into an electrical signal, which can be used to monitor human vital signs, the speed of rotation of machine rotors, natural oscillations of buildings and structures, seismic activity, etc.

Известно цифровое голографическое устройство измерения многокомпонентых вибраций, которое содержит излучающий лазер, голографический интерферометр, светоделитель, систему вращения объекта, систему возбуждения вибраций в объекте и компьютерную систему контроля и управления (Гусев М.Е., Гуревич В.С. Цифровое голографическое устройство измерения многокомпонентных вибраций // Патент РФ № 55964 от 03.11.2005). A digital holographic device for measuring multicomponent vibrations is known, which contains an emitting laser, a holographic interferometer, a beam splitter, an object rotation system, a vibration excitation system in the object and a computer monitoring and control system (M. E. Gusev, V. S. Gurevich. Digital holographic device for measuring multi-component vibrations // Patent of the Russian Federation No. 55964 dated 03.11.2005).

Известно волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций, состоящее из корпуса, последовательно соединенные с помощью волоконного световода источник электромагнитного излучения, чувствительный элемент в виде участка волоконного световода и фотоприемник, входящий в блок обработки информации. Чувствительный элемент выполнен в виде петли световода, закрепленной на основании корпуса устройства. В верхней части петли световода закреплен груз, а вдоль нижней части петли установлены бортики для гашения горизонтальных колебаний (Никулин И.Л., Бурдышева О.В. Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций // Патент РФ № 179547 от 14.11.2017). A fiber-optic device for recording vibrations is known, consisting of a housing, a source of electromagnetic radiation connected in series using a fiber light guide, a sensitive element in the form of a section of a fiber light guide and a photodetector included in the information processing unit. The sensitive element is made in the form of a light guide loop fixed on the base of the device body. A load is fixed in the upper part of the light guide loop, and along the lower part of the loop there are bumpers for damping horizontal vibrations (Nikulin I.L., Burdysheva O.V. Fiber-optic device for recording vibrations // RF Patent No. 179547 dated 11/14/2017).

Известно устройство для измерения вибраций, содержащее корпус чувствительного элемента с размещенными в нем постоянным магнитом, находящимся в центрирующем устройстве, которое выполнено в виде двух закрепленных на внутренней поверхности корпуса кольцевых магнитов, расположение которых выполнено таким образом, что наружная поверхность каждого конца цилиндрического магнита и внутренняя поверхность кольцевого магнита, расположенного напротив этого конца, имели одноименные полюса, оптико-электронный датчик виброперемещений и электронный преобразовательный блок, включающий микроконтроллер, выполняющий функции дифференцирующего, интегрирующего звеньев и управления тока обмоток электромагнитной системы, усилитель тока, соединенный с обмотками электродинамической системы чувствительного элемента (Шилин А.Н., Аввакумов В.Е., Мустафа М.Н. Устройство для измерения вибраций // Патент РФ № 203751 от 15.12.2020). A device for measuring vibrations is known, comprising a sensing element housing with a permanent magnet placed in it, located in a centering device, which is made in the form of two ring magnets fixed on the inner surface of the housing, the arrangement of which is made in such a way that the outer surface of each end of the cylindrical magnet and the inner the surface of the annular magnet located opposite this end had the same poles, an optoelectronic vibration displacement sensor and an electronic conversion unit, including a microcontroller that performs the functions of differentiating, integrating links and controlling the current of the windings of the electromagnetic system, a current amplifier connected to the windings of the electrodynamic system of the sensing element ( Shilin A.N., Avvakumov V.E., Mustafa M.N. A device for measuring vibrations // RF Patent No. 203751 dated 12/15/2020).

Известен автономный индуктивный датчик вибраций, содержащий корпус с крышкой с расположенным внутри него изоляционным каркасом, подвижный постоянный кольцевой магнит с магнитным подвесом, выполненным в виде двух соосно установленных неподвижных кольцевых магнитов, ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного постоянного магнита и две намотанные на каркас включенные встречно измерительные катушки индуктивности, подвижный постоянный кольцевой магнит установлен по скользящей посадке на помещенном внутри каркаса стержне из немагнитного материала, неподвижные магниты расположены в торцах изоляционного каркаса, а кроме двух измерительных катушек на каркас намотаны изолированные от них две встречно включенные катушки индуктивности. Свободные концы измерительных катушек соединены с входом записывающего устройства или компаратора. Свободные концы второй пары катушек подключены через выпрямитель к клеммам заряжаемого аккумулятора (Лукьянов Г.Н. Автономный индуктивный датчик вибраций // Патент РФ № 162586 от 03.02.2016). A self-contained inductive vibration sensor is known, containing a housing with a cover with an insulating frame located inside it, a movable permanent ring magnet with a magnetic suspension made in the form of two coaxially mounted fixed ring magnets oriented with the same poles relative to the poles of the movable permanent magnet and two wound on the frame included in the opposite direction. measuring inductance coils, a movable permanent ring magnet is installed in a sliding fit on a rod made of non-magnetic material placed inside the frame, fixed magnets are located at the ends of the insulating frame, and in addition to two measuring coils, two counter-connected inductance coils isolated from them are wound on the frame. The free ends of the measuring coils are connected to the input of a recording device or a comparator. The free ends of the second pair of coils are connected through a rectifier to the terminals of the rechargeable battery (Lukyanov G.N. Autonomous inductive vibration sensor // RF Patent No. 162586 of 02/03/2016).

Известно устройство для измерения параметров вибрации состоящее из корпуса, в котором имеется MEMS-датчик вибрации, соединенный с микроконтроллером и с блоком питания, датчик температуры основания корпуса устройства и датчик температуры микроконтроллера (Синютин С.А., Синютин Е.С., Прыгунов А.Г. Устройство для измерения параметров вибрации // Патент РФ № 189841 от 30.05.2016). A device for measuring vibration parameters is known, consisting of a housing in which there is a MEMS vibration sensor connected to the microcontroller and to the power supply, the temperature sensor of the base of the device housing and the temperature sensor of the microcontroller (Sinyutin S.A., Sinyutin E.S., Prygunov A. .G. Device for measuring vibration parameters // RF Patent No. 189841 dated 05/30/2016).

Известен датчик механических колебаний, включающий корпус с несколькими пьезокерамическими пластинами внутри, установленными консольно на стенках корпуса. Три пары пьезокерамических пластин расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом пластины каждой из пар установлены консольно с противоположных сторон симметрично относительно плоскостей расположения других пар (Сперанский А. А., Захаров К. Л., Цернант А. А., Орбачевский Л. С., Морозов О.В. Датчик механических колебаний // Патент РФ № 2382990 от 22.08.2008).Known sensor of mechanical vibrations, including a housing with several piezoceramic plates inside, mounted cantilever on the walls of the housing. Three pairs of piezoceramic plates are located in mutually perpendicular planes, while the plates of each of the pairs are installed cantilevered from opposite sides symmetrically relative to the planes of the other pairs (Speransky A.A., Zakharov K.L., Tsernant A.A., Orbachevsky L.S. ., Morozov O.V. Sensor of mechanical vibrations // Patent of the Russian Federation No. 2382990 dated 22.08.2008).

Известен преобразователь энергии вибраций, состоящий из корпуса, средства закрепления преобразователя на вибрирующем объекте, набора круглых пьезомодулей и средств разделения и крепления пьезомодулей. Круглые пьезомодули установлены в виде стопки так, что центры пьезомодулей разделены и склеены с центральными средствами разделения и средством закрепления преобразователя, а периметры пьезомодулей разделены и склеены с периметральными средствами разделения и жестко укреплены в корпусе преобразователя, при этом корпус дополнительно снабжен грузом для усиления резонансных колебаний конструкции. (Нунупаров М.С. Преобразователь энергии вибраций // Патент РФ № 178056 от 07.12.2016)A vibration energy converter is known, consisting of a housing, a means for fixing the converter on a vibrating object, a set of round piezoelectric modules and means for separating and fixing the piezoelectric modules. Round piezoelectric modules are installed in the form of a stack so that the centers of the piezoelectric modules are separated and glued to the central separation means and the transducer fixing means, and the perimeters of the piezoelectric modules are separated and glued to the perimeter separation means and are rigidly fixed in the transducer housing, while the housing is additionally equipped with a weight to enhance resonant vibrations designs. (Nunuparov M.S. Vibration energy converter // RF Patent No. 178056 dated 07.12.2016)

Известен пьезоэлектрический датчик вибрации, включающий корпус с пружинной стойкой, изолированный от корпуса посредством изоляционных шайб пакет пьезоэлектрических дисков, одна сторона каждого из которых поляризована положительно, а другая - отрицательно, пьезоэлектрические диски сопряжены с центральной пружинной стойкой с зазором посредством отверстий, выполненных в центре каждого диска, токосъемные шайбы, снабженные токовыводами, сгруппированными по одноименной полярности, а также груз, размещенный над пакетом пьезоэлектрических дисков и включающий прижимную шайбу и гайку, сопряженную с пружинной стойкой. Пьезоэлектрические диски объединены в группы с различным их количеством в каждой группе, при этом токосъемные шайбы размещены между группами дисков. На гайке укреплен дополнительный пригрузочный элемент (Орлов А.В., Ларичев Б.В., Хомич С.Ф.Пьезоэлектрический датчик вибрации // Патент РФ № 14670 от 11.04.2000). A piezoelectric vibration sensor is known, comprising a housing with a spring strut, a package of piezoelectric disks isolated from the housing by means of insulating washers, one side of each of which is positively polarized and the other negatively polarized, the piezoelectric disks are associated with a central spring strut with a gap through holes made in the center of each disk, current-collecting washers equipped with current leads grouped according to the same polarity, as well as a load placed above the package of piezoelectric disks and including a clamping washer and a nut associated with a spring rack. The piezoelectric discs are combined into groups with a different number of them in each group, while current collector washers are placed between the groups of discs. An additional load-bearing element is fixed on the nut (Orlov A.V., Larichev B.V., Khomich S.F. Piezoelectric vibration sensor // RF Patent No. 14670 dated 11.04.2000).

Известен измерительный пьезоиндукционный преобразователь вибрации, содержащий корпус, источник электропитания, инерционный груз, пьезоблок, выполненный из двух пьезоэлементов, скрепленных между собой через прокладку, при этом один нижний пьезоэлемент блока жестко прикреплен к корпусу, а другой верхний пьезоэлемент сопряжен с инерционным грузом, выполненным в виде постоянного магнита, вокруг которого на внутренней поверхности корпуса закреплена индукционная катушка, электрически соединенная выборочно с электроизмерительным прибором или с источником электропитания (Панкина Г.В., Синотов А.Г., Синотова А.А., Данилин Е.А., Пучкова Н.М., Семенко М.Г. Измерительный пьезоиндукционный преобразователь вибрации // Патент РФ № 96256 от 25.03.2010). Known measuring piezoinduction vibration transducer, containing a housing, a power source, an inertial load, a piezoblock made of two piezoelectric elements fastened together through a gasket, while one lower piezoelement of the block is rigidly attached to the housing, and the other upper piezoelectric element is associated with an inertial load made in in the form of a permanent magnet, around which an induction coil is fixed on the inner surface of the housing, electrically connected selectively with an electrical measuring device or with a power source (Pankina G.V., Sinotov A.G., Sinotova A.A., Danilin E.A., Puchkova N.M., Semenko M.G. Measuring piezo-induction vibration transducer // RF Patent No. 96256 dated 03/25/2010).

Известен пьезоэлектрический датчик, содержащий прочный корпус, внутри которого расположен пьезоэлемент с подвижной пластиной сверху и поддерживающей пружиной снизу. Корпус представляет собой толстостенный полый цилиндр. Пьезоэлемент изготовлен в виде круглого стержня, размеры которого выполнены под посадку в корпусе с гарантированным зазором. Подвижную пластину от выхода наружу из отверстия корпуса удерживает проточенный буртик. Подвижная пластина противоположной торцевой поверхностью опирается на пьезоэлемент, который снизу поджимает поддерживающая пружина, а противоположная часть пружины удерживается неподвижной пластиной, которая имеет резьбовое соединение с внутренней поверхностью корпуса (Бурлуцкий Е.М., Чкалова М.В., Павлидис В.Д. Пьезоэлектрический датчик ударных нагрузок // Патент РФ № 2689895 от 28.08.2017).Known piezoelectric sensor containing a durable housing, inside which is a piezoelectric element with a movable plate on top and a supporting spring on the bottom. The body is a thick-walled hollow cylinder. The piezoelectric element is made in the form of a round rod, the dimensions of which are made to fit in the housing with a guaranteed clearance. The movable plate is kept from coming out of the body opening by a machined bead. The movable plate with its opposite end surface rests on a piezoelectric element, which is pressed from below by a supporting spring, and the opposite part of the spring is held by a fixed plate, which has a threaded connection with the inner surface of the housing (Burlutsky E.M., Chkalova M.V., Pavlidis V.D. Piezoelectric shock load sensor // Patent of the Russian Federation No. 2689895 dated 08.28.2017).

Недостатками известных конструкций датчиков вибрации являются сложность конструкция, большие габариты и масса, недостаточная чувствительность, ограниченный частотный диапазон, потребляемая мощность, электромагнитные наводки, низкая достоверность о параметрах пространственного распределения вибраций, сложности с измерениями линейных вибраций в произвольном направлении, вращательных и многокомпонентных колебаний.The disadvantages of the known designs of vibration sensors are the complexity of the design, large dimensions and weight, lack of sensitivity, limited frequency range, power consumption, electromagnetic interference, low reliability of the parameters of the spatial distribution of vibrations, difficulty in measuring linear vibrations in an arbitrary direction, rotational and multicomponent vibrations.

Наиболее близким по техническому решению является, принятый за прототип, пьезоизмеритель, содержащий корпус с резьбовым креплением на исследуемый объект и крышкой. Корпус прототипа имеет установочную поверхность в виде полусферы, открытую в сторону крышки, к которой жестко прикреплены пьезоэлектрические чувствительные элементы - пьезоячейки, реагирующие на параметры колебательного ускорения, электроды и провода для снятия и передачи электрических сигналов на приборы обработки информации. Пьезоячейки на полусферической образующей поверхности полости размещены в точках ее пересечения с концентрическими окружностями, распределенными с шагом H между ними в параллельных срезу корпуса под крышку плоскостях и окружностями в равномерно расположенных с шагом N секториальных секущих плоскостях. Контактная поверхность пьезоячеек соответствует профилю установочной поверхности корпуса, а на верхней поверхности каждой пьезоячейки закреплен инерционный груз, при этом количество концентрических окружностей, секторов и пьезоячеек определяется требованиями получения более полной информации о пространственной вибрации в различных плоскостях действия вектора вибрации или удара (Панкина Г.В., Синотов А.Г., Синотова А.А. Пьезоизмеритель - индикатор поля пространственной вибрации и удара // Патент РФ № 165279 от 30.05.2016) - прототип.The closest technical solution is taken as a prototype, a piezometer containing a housing with threaded fastening to the object under study and a cover. The body of the prototype has a mounting surface in the form of a hemisphere, open towards the cover, to which piezoelectric sensitive elements are rigidly attached - piezo cells that respond to the parameters of oscillatory acceleration, electrodes and wires for receiving and transmitting electrical signals to information processing devices. The piezocells on the hemispherical generatrix of the surface of the cavity are located at the points of its intersection with concentric circles distributed with a step H between them in planes parallel to the cut of the body under the cover and circles in sectorial secant planes evenly spaced with a step N. The contact surface of the piezo cells corresponds to the profile of the mounting surface of the housing, and an inertial load is fixed on the upper surface of each piezo cell, while the number of concentric circles, sectors and piezo cells is determined by the requirements for obtaining more complete information about spatial vibration in different planes of action of the vibration or shock vector (Pankina G.V. ., Sinotov A.G., Sinotova A.A. Piezometer - an indicator of the field of spatial vibration and shock // Patent of the Russian Federation No. 165279 dated 05/30/2016) - prototype.

Недостатком прототипа является сложность конструкции, большие габариты и масса, ограниченная область применения, недостаточная чувствительность и точность измерения вибраций.The disadvantage of the prototype is the complexity of the design, large size and weight, limited scope, lack of sensitivity and accuracy of vibration measurement.

Задачей предложенного решения является повышение чувствительности и точности измерений вибраций, миниатюризация и расширение области применения. The task of the proposed solution is to increase the sensitivity and accuracy of vibration measurements, miniaturization and expansion of the scope.

Поставленная задача достигается тем, что гибкий датчик вибрации на основе PVDF структуры, состоящий из полимерных пьезоэлектрических чувствительных элементов из слоя PVDF или его сополимеров, электродов с двух сторон, токоведущих дорожек, защитных подложек, контактных площадок, выполнен в форме тонкого диска, полимерные пьезоэлектрические чувствительные элементы прямоугольной формы из слоя PVDF или его сополимеров расположены по направлению лучей, расходящихся от центра окружности, тонкие гибкие защитные подложки выполнены из слюды в форме дисков, расположенных с лицевой и обратной стороны, пространство между чувствительными элементами заполнено слоем ВСВ или полимеров на его основе, контактные площадки расположены на периферии лицевой стороны.The task is achieved by the fact that a flexible vibration sensor based on a PVDF structure, consisting of polymer piezoelectric sensitive elements from a layer of PVDF or its copolymers, electrodes on both sides, current-carrying tracks, protective substrates, pads, is made in the form of a thin disk, polymer piezoelectric sensitive rectangular elements made of a layer of PVDF or its copolymers are located in the direction of the rays diverging from the center of the circle, thin flexible protective substrates are made of mica in the form of discs located on the front and back sides, the space between the sensitive elements is filled with a layer of BCB or polymers based on it, contact pads are located on the periphery of the front side.

Для решения данной задачи предложен гибкий датчик вибрации на основе PVDF структуры, состоящий из прямоугольных полимерных пьезоэлектрических чувствительных элементов из слоя поливинилиденфторида (PVDF) или его сополимеров, электродов и токоведущих дорожек с двух сторон чувствительных элементов, двух тонких гибких защитных подложек из слюды с лицевой и обратной стороны, контактных площадок на периферии лицевой стороны, слоя бензоциклобутена (ВСВ) или полимеров на его основе, заполняющего пространство между чувствительными элементами. Датчик выполнен в форме тонкого диска.To solve this problem, a flexible vibration sensor based on a PVDF structure is proposed, consisting of rectangular polymeric piezoelectric sensitive elements made of a layer of polyvinylidene fluoride (PVDF) or its copolymers, electrodes and current-carrying tracks on both sides of the sensitive elements, two thin flexible protective mica substrates on the front and reverse side, pads on the periphery of the front side, a layer of benzocyclobutene (BCV) or polymers based on it, filling the space between the sensitive elements. The sensor is made in the form of a thin disk.

Предлагаемое решение позволяет получить следующий технический результат - повышение чувствительности и точности измерения вибраций, миниатюризация и расширение области применения. The proposed solution allows to obtain the following technical result - increased sensitivity and accuracy of vibration measurement, miniaturization and expansion of the scope.

Для пояснения предлагаемого решения предложены чертежи. Drawings are provided to explain the proposed solution.

Фиг. 1 - датчик вибрации на основе PVDF структуры.Fig. 1 - vibration sensor based on PVDF structure.

Фиг. 2 - полимерный пьезоэлектрический чувствительный элемент на основе PVDF.Fig. 2 - polymer piezoelectric sensitive element based on PVDF.

Устройство состоит из полимерных пьезоэлектрических чувствительных элементов из слоя поливинилиденфторида (PVDF) или его сополимеров прямоугольной формы 1, расположенных с постоянным шагом по направлению лучей, расходящихся от центра окружности, электродов 2, переходящих в токоведущие дорожки и расположенных с двух сторон чувствительных элементов, тонких гибких защитных подложек 3 из слюды в форме дисков, расположенных с лицевой и обратной стороны, слоя бензоциклобутена (ВСВ) или полимеров на его основе 4, заполняющего пространство между чувствительными элементами, контактных площадок 5, расположенных на периферии лицевой стороны. The device consists of polymeric piezoelectric sensitive elements made of a layer of polyvinylidene fluoride (PVDF) or its copolymers of rectangular shape 1, arranged with a constant step in the direction of the rays diverging from the center of the circle, electrodes 2, turning into current-carrying tracks and located on both sides of the sensitive elements, thin flexible protective substrates 3 made of mica in the form of disks located on the front and back sides, a layer of benzocyclobutene (BCB) or polymers based on it 4, filling the space between the sensitive elements, pads 5 located on the periphery of the front side.

Устройство работает следующим образом. The device works as follows.

Предлагаемая конструкция фиксируется на поверхности, вибрации которой необходимо измерить за счет клея (компаунда, липкой ленты, воска, манжеты, застежки и т.д.) лицевой стороной вверх, механические вибрации, проходя через датчик, вызывают механические деформации полимерных пьезоэлектрических чувствительных элементов из слоя поливинилиденфторида (PVDF) или его сополимеров, пьезоэлектрический эффект приводит к появлению электрического сигнала на электродах чувствительного элемента, пропорционального амплитуде вибрации, и за счет электродов, переходящих в токоведущие дорожки передается на контактные площадки и далее на обрабатывающее устройство. Диаметр датчика и количество чувствительных элементов определяется характером поверхности и требованиями к разрешающей способности датчика. Расположение чувствительных элементов позволяет измерять линейные вибрации в произвольном направлении, пространственное распределение вибраций и вращательные колебания с высокой точностью. Использование полимерных пьезоэлектрических слоев позволяет использовать планарную технологию, тем самым повышая разрешающую способность датчика и делая его миниатюрным и недорогим в изготовлении. Благодаря гибкости, простоте монтажа и доступным для измерения типам вибраций существенно расширяется область возможного применения датчика. The proposed design is fixed on the surface, the vibrations of which must be measured with glue (compound, adhesive tape, wax, cuff, fastener, etc.) face up, mechanical vibrations, passing through the sensor, cause mechanical deformation of the polymer piezoelectric sensing elements from the layer polyvinylidene fluoride (PVDF) or its copolymers, the piezoelectric effect leads to the appearance of an electrical signal on the electrodes of the sensing element, proportional to the vibration amplitude, and due to the electrodes passing into the current-carrying paths, it is transmitted to the contact pads and then to the processing device. The diameter of the sensor and the number of sensitive elements is determined by the nature of the surface and the requirements for the resolution of the sensor. The location of the sensitive elements allows you to measure linear vibrations in an arbitrary direction, the spatial distribution of vibrations and rotational vibrations with high accuracy. The use of polymeric piezoelectric layers allows the use of planar technology, thereby increasing the resolution of the sensor and making it miniature and inexpensive to manufacture. Thanks to the flexibility, ease of installation and the types of vibrations available for measurement, the scope of the possible application of the sensor is significantly expanded.

Таким образом, предлагаемая конструкция обладает малыми размерами, позволяет повысить чувствительности и точности измерения вибраций для контрольно-измерительных устройств оценки состояния человека в режиме реального времени, а также в автомобильной электронике, строительстве, ж/д и авиационной технике, геологии, электроэнергетике и нефтегазовой сфере.Thus, the proposed design has a small size, allows you to increase the sensitivity and accuracy of vibration measurement for control and measuring devices for assessing the human condition in real time, as well as in automotive electronics, construction, railway and aviation technology, geology, electric power industry and oil and gas industry .

Claims

A flexible vibration sensor based on a PVDF structure, consisting of polymer piezoelectric sensitive elements from a layer of PVDF or its copolymers, electrodes on both sides, current-carrying tracks, protective substrates, contact pads, characterized in that it is made in the form of a thin disk, polymer piezoelectric sensitive elements of a rectangular molds made of PVDF layer or its copolymers are located in the direction of rays radiating from the center of the circle, thin flexible protective substrates are made of mica in the form of discs located on the front and back sides, the space between the sensitive elements is filled with a layer of benzocyclobutene (BCV) or polymers based on it , pads are located on the periphery of the front side.