RU2334966C1 - Piezoelectric vibration exciter and vibrator of resonance type - Google Patents
Piezoelectric vibration exciter and vibrator of resonance type Download PDFInfo
- Publication number
- RU2334966C1 RU2334966C1 RU2007107729/28A RU2007107729A RU2334966C1 RU 2334966 C1 RU2334966 C1 RU 2334966C1 RU 2007107729/28 A RU2007107729/28 A RU 2007107729/28A RU 2007107729 A RU2007107729 A RU 2007107729A RU 2334966 C1 RU2334966 C1 RU 2334966C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vibrator
- piezoelectric
- diaphragm
- vibration
- vibrostand
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретения относятся к испытательной технике, а именно к пьезоэлектрическим вибростендам и вибраторам резонансного типа, и могут быть использованы для вибрационных испытаний различных изделий, включая комплексные испытания приборов и датчиков в условиях одновременного воздействия широкополосной вибрации и интенсивных физических факторов различной природы (механической, электрической и тепловой).The inventions relate to testing equipment, namely to piezoelectric vibration stands and resonant type vibrators, and can be used for vibration testing of various products, including complex tests of devices and sensors under conditions of simultaneous exposure to broadband vibration and intense physical factors of various nature (mechanical, electrical and thermal )
Основная особенность комплексного воздействия вибрации и, в частности, линейного ускорения и температуры на приборы и датчики заключается в том, что их конструктивно-компоновочные параметры и характеристики индивидуальны (разнообразны и конструкции, и способы крепления) и могут существенно отличаться даже для одной модели в зависимости от упругодиссипативных и тепловых свойств объектов в месте ее крепления. Воздействие линейного ускорения из-за разных упругих свойств конструкционных материалов (модуля упругости и коэффициента Пуассона) может вызвать изменения объемно-напряженного состояния и контактной жесткости элементов приборов и датчиков, и особенно если их чувствительные элементы работают в резонансном режиме. Аналогично и колебания температуры внешней среды из-за разных тепловых свойств конструкционных материалов (температурных коэффициентов линейного расширения и модуля упругости) могут привести к деформациям и смещению элементов относительно друг друга. При одновременном же действии вибрации и линейного ускорения, а тем более температуры возможно возрастание интенсивности протекающих физико-механических процессов (например, увеличение амплитуды резонансных колебаний) или изменение их качественной картины (в том числе смещение резонансов, изменение формы амплитудно-частотной характеристики и др.). При раздельных испытаниях на вибрацию линейные ускорения, повышенную или пониженную температуру не всегда удается выявить особенности работы исследуемых приборов и датчиков по сравнению с условиями комплексных воздействий при эксплуатации. Это создает определенные затруднения при отработке приборов и назначении их технических характеристик, исходя из требований по вибрационной устойчивости и стойкости к дестабилизирующим внешним факторам. Поэтому при разработке приборов и датчиков следует ориентироваться на их комплексные исследования, включающие, по возможности, максимальное число дестабилизирующих факторов механической, тепловой и электрической природы.The main feature of the complex effects of vibration and, in particular, linear acceleration and temperature on devices and sensors is that their structural and layout parameters and characteristics are individual (various designs and mounting methods) and can differ significantly even for one model depending from the elastic-dissipative and thermal properties of objects in the place of its attachment. The effect of linear acceleration due to different elastic properties of structural materials (elastic modulus and Poisson's ratio) can cause changes in the volume-stress state and contact stiffness of the elements of devices and sensors, and especially if their sensitive elements operate in resonance mode. Similarly, fluctuations in the temperature of the environment due to the different thermal properties of structural materials (temperature coefficients of linear expansion and elastic modulus) can lead to deformations and displacement of elements relative to each other. With the simultaneous action of vibration and linear acceleration, and even more so of temperature, an increase in the intensity of the ongoing physical and mechanical processes (for example, an increase in the amplitude of resonant vibrations) or a change in their qualitative picture (including a shift in resonances, a change in the shape of the amplitude-frequency characteristic, etc.) is possible. ) In separate vibration tests, linear accelerations, elevated or decreased temperatures are not always able to identify the features of the studied instruments and sensors compared to the conditions of complex effects during operation. This creates certain difficulties in the development of devices and the appointment of their technical characteristics, based on the requirements for vibration stability and resistance to destabilizing external factors. Therefore, when developing devices and sensors, one should focus on their comprehensive research, including, if possible, the maximum number of destabilizing factors of a mechanical, thermal, and electrical nature.
В большинстве случаев такие испытания не проводятся из-за отсутствия портативных вибростендов, устойчивых к влиянию интенсивных физических факторов. Основная гамма промышленных вибростендов представлена электродинамическими преобразователями электрической энергии в энергию механических колебаний, которые в силу больших габаритов и массы не могут быть размещены в центрифугах и не выдерживают высокой температуры. В этой связи особую актуальность приобретает создание мощного (с амплитудой виброускорения единицы - десятки g), малогабаритного (массой до нескольких килограмм) и широкополосного (до 2 кГц) вибростенда, обладающего устойчивостью к повышенной (до плюс 200°С) и пониженной (до минус 60°С) температурам и стойкостью к различным дестабилизирующим физическим факторам (ударам, линейному ускорению, электростатическому полю высокой напряженности, грозовым разрядам и др.).In most cases, such tests are not carried out due to the lack of portable vibration stands that are resistant to the influence of intense physical factors. The main range of industrial vibration stands is represented by electrodynamic converters of electrical energy into energy of mechanical vibrations, which, due to their large size and mass, cannot be placed in centrifuges and can not withstand high temperatures. In this regard, the creation of a powerful (with an amplitude of vibration acceleration of a few tens of g), small-sized (weighing up to several kilograms) and broadband (up to 2 kHz) vibration shields, which is resistant to increased (up to plus 200 ° C) and low (to minus), is of particular relevance. 60 ° C) temperatures and resistance to various destabilizing physical factors (shock, linear acceleration, high-intensity electrostatic field, lightning discharges, etc.).
Наиболее перспективным и подходящим для жестких условий эксплуатации такого вибростенда является пьезоэлектрический принцип преобразования подведенной электрической энергии в энергию механических колебаний. Современная сегнетомягкая и средней жесткости пьезокерамика характеризуется высоким коэффициентом электромеханической связи (k33≈0,53-0,8), широким температурным диапазоном (от минус 60°С до плюс 280°С и выше), достаточной механической прочностью (предел прочности на сжатие [σсж] не менее 280 МПа) и стойкостью к электромагнитным излучениям. Однако реализовать требуемый уровень вибрации в широком частотном диапазоне, и особенно в низкочастотной области (ниже 1000-500 Гц), практически достаточно сложно, потому что с уменьшением частоты коэффициент преобразования пьезоэлектрического вибратора понижается пропорционально квадрату частоты и для создания заданного колебательного ускорения амплитуда входного гармонического сигнала должна быть не менее нескольких единиц - десятков киловольт, что является трудной и специфичной задачей.The most promising and suitable for harsh operating conditions of such a vibrating stand is the piezoelectric principle of converting the supplied electric energy into the energy of mechanical vibrations. Modern soft and medium hard ferroelectric piezoceramics is characterized by a high coefficient of electromechanical coupling (k 33 ≈0.53-0.8), a wide temperature range (from minus 60 ° С to plus 280 ° С and higher), sufficient mechanical strength (compressive strength [σ squ ] not less than 280 MPa) and resistance to electromagnetic radiation. However, it is practically difficult to realize the required vibration level in a wide frequency range, and especially in the low-frequency region (below 1000-500 Hz), because with a decrease in the frequency, the conversion coefficient of the piezoelectric vibrator decreases in proportion to the square of the frequency and, to create a given vibrational acceleration, the amplitude of the input harmonic signal there must be at least several units - tens of kilovolts, which is a difficult and specific task.
Известен пьезоэлектрический вибростенд [Авторское свидетельство СССР №1747977, МКИ5 G01М 7/04, «Пьезоэлектрический вибростенд», опубл. в БИ №26 от 15.07.92], содержащий в корпусе виброплатформу и вибратор из двух коаксиально установленных по рабочей оси полых пьезокерамических цилиндров, соединенных электрически параллельно с коммутацией электродов разной полярности. Внешний цилиндр одним торцом соединен с корпусом, а другим - с торцом внутреннего цилиндра. Второй торец внутреннего цилиндра соединен с виброплатформой. Данная конструкция обеспечивает сложение колебаний двух цилиндров, однако достигаемой амплитуды виброускорений недостаточно для комплексных испытаний приборов и датчиков.Known piezoelectric vibrostand [USSR Author's Certificate No. 1747977, MKI 5 G01M 7/04, "Piezoelectric vibrostand", publ. in BI No. 26 of 07.15.92], which contains a vibrating platform and a vibrator in the housing from two hollow piezoceramic cylinders coaxially mounted along the working axis and connected electrically in parallel with switching electrodes of different polarity. The outer cylinder is connected at one end to the body and the other at the end of the inner cylinder. The second end of the inner cylinder is connected to the vibration platform. This design provides the addition of oscillations of two cylinders, however, the achieved amplitude of vibration acceleration is not enough for complex testing of instruments and sensors.
Наиболее близким к изобретениям пьезоэлектрического вибростенда и вибратора резонансного типа по технической сущности является пьезоэлектрический вибростенд [Авторское свидетельство СССР №773966, МКИ Н04R 17/00, «Пьезоэлектрический вибростенд», опубл. в БИ №39 от 23.10.80], содержащий корпус в виде массивного основания, вибратор в виде пакета кольцевых пьезоэлементов, виброплатформу с кольцевым выступом на боковой поверхности, узел передачи колебаний, включающий опорный диск и поджимной шарик в выемках по центру опорного диска и виброплатформы. Узел передачи колебаний вместе со шпильками, соединенными с корпусом, одновременно выполняет функции средства центрирования виброплатформы относительно корпуса и вибратора. Одним торцом вибратор прижат к корпусу с помощью шпилек, а другим - соединен с виброплатформой через узел передачи колебаний. Увеличение верхнего предела виброускорений вибростенда достигается сложением колебаний пьезоэлементов в пакете и динамическим усилением при совпадении продольной резонансной частоты вибратора с резонансной частотой выступа виброплатформы, работающей на изгиб. Такой вибростенд обеспечивает большую по сравнению с аналогом амплитуду виброускорений, но при этом пригоден для работы лишь на одной частоте, что не позволяет его использовать для возбуждения широкополосной вибрации. При этом условие полного совпадения резонансных частот ограничивает возможность применения вибростенда для комплексных испытаний, и в частности, зависимость продольной резонансной частоты вибратора от уровня подведенного к пьезоэлементам постоянного электрического напряжения и от силы поджатия вибратора не допускает приложения электростатических полей и линейных ускорений. К тому же выполнение вибратора в виде пакета пьезоэлементов является неустойчивой конструкцией к поперечным механическим воздействиям.The closest to the inventions of a piezoelectric vibrostand and a resonator type vibrator in technical essence is a piezoelectric vibrostand [USSR Author's Certificate No. 773966, MKI H04R 17/00, “Piezoelectric vibrostand, publ. in BI No. 39 of 10.23.80], comprising a body in the form of a massive base, a vibrator in the form of a package of ring piezoelectric elements, a vibration platform with an annular protrusion on the side surface, an oscillation transmission unit including a support disk and a pinch ball in the recesses in the center of the support disk and vibration platform . The vibration transmission unit together with the pins connected to the body simultaneously performs the functions of a centering means of the vibration platform relative to the body and the vibrator. One end of the vibrator is pressed against the body with the help of pins, and the other is connected to the vibroplatform through the vibration transfer unit. An increase in the upper limit of the vibration acceleration of the vibrating stand is achieved by adding the oscillations of the piezoelectric elements in the packet and dynamically amplifying it when the longitudinal resonant frequency of the vibrator coincides with the resonant frequency of the protrusion of the bending vibrating platform. Such a vibration stand provides a greater amplitude of vibration acceleration compared to the analogue, but it is suitable for operation at only one frequency, which does not allow it to be used to excite broadband vibration. In this case, the condition that the resonant frequencies coincide completely limits the possibility of using the vibrostand for complex tests, and in particular, the dependence of the longitudinal resonant frequency of the vibrator on the level of constant electric voltage supplied to the piezoelectric elements and on the force of the vibrator's compression does not allow the application of electrostatic fields and linear accelerations. In addition, the implementation of the vibrator in the form of a package of piezoelectric elements is an unstable design to transverse mechanical stresses.
Задача, решаемая изобретениями, направлена на создание вибростенда, предназначенного для комплексных испытаний различных приборов и датчиков с одновременным воздействием интенсивной широкополосной вибрации и внешних физических факторов различной природы, например повышенной или пониженной температуры, ударных или линейных ускорений, электростатического поля и др.The problem solved by the inventions is aimed at creating a vibration bench designed for complex testing of various devices and sensors with simultaneous exposure to intense broadband vibration and external physical factors of various nature, for example, elevated or low temperatures, shock or linear accelerations, electrostatic fields, etc.
Техническим результатом изобретения пьезоэлектрического вибростенда является расширение частотного диапазона в условиях приложения внешних квазистатических механического и электрического полей, а его дополнительными техническими результатами - повышение устойчивости к поперечным механическим воздействиям и повышение технологичности конструкции.The technical result of the invention of a piezoelectric vibrostand is the expansion of the frequency range under the application of external quasistatic mechanical and electric fields, and its additional technical results are an increase in resistance to transverse mechanical stresses and an increase in the manufacturability of the structure.
Техническим результатом изобретения пьезоэлектрического вибратора резонансного типа является повышение стабильности резонансной характеристики в условиях приложения внешних квазистатических механического и электрического полей, а его дополнительными техническими результатами - расширение полосы пропускания, повышение устойчивости к поперечным механическим воздействиям и повышение технологичности конструкции.The technical result of the invention of a resonant-type piezoelectric vibrator is to increase the stability of the resonance characteristic under the application of external quasistatic mechanical and electric fields, and its additional technical results include an increase in the passband, an increase in resistance to transverse mechanical stresses, and an increase in the manufacturability of the structure.
Технический результат достигается тем, что в известном пьезоэлектрическом вибростенде, содержащем корпус, пьезоэлектрический вибратор, по крайней мере, с одним пьезоэлементом, виброплатформу для установки испытуемого прибора, связанную с вибратором через узел передачи колебаний, и средство центрирования виброплатформы относительно корпуса и вибратора, новым является то, что в вибратор дополнительно введен закрепленный в корпусе упругий элемент в виде диафрагмы, на которую установлен пьезоэлемент, радиус диафрагмы R выбран из условия 
где α - эмпирический коэффициент, равный 3·10-2 м·кг-1/3;where α is an empirical coefficient equal to 3 · 10 -2 m · kg -1/3 ;
m - масса испытуемого прибора, кг;m is the mass of the tested device, kg;
β - эмпирический коэффициент, равный 5·10-2 м·кг-1/3;β is an empirical coefficient equal to 5 · 10 -2 m · kg -1/3 ;
М - максимально допустимая масса вибростенда, кг;M - the maximum permissible mass of the vibrating stand, kg;
при этом элемент передачи колебаний выполнен в виде стержня, соединенного с центральной частью диафрагмы, а средство центрирования виброплатформы выполнено в виде, по крайней мере, одной прорезной мембраны, имеющей центральную симметрию n - порядка, где n - простое число в диапазоне от 3 до 11, причем центральная часть мембраны соединена с виброплатформой, а периферическая - с корпусом.wherein the oscillation transmission element is made in the form of a rod connected to the central part of the diaphragm, and the vibrating platform centering means is made in the form of at least one slotted membrane having central n-order symmetry, where n is a prime number in the range from 3 to 11 moreover, the central part of the membrane is connected to the vibrating platform, and the peripheral part to the body.
Для повышения устойчивости к поперечным механическим воздействиям виброплатформа содержит кронштейн для крепления испытуемого прибора, устанавливаемый на вибростолик в виде ступенчатого диска, и втулку с фланцем, отверстие которой служит для крепления элемента передачи колебаний, причем меньшая торцовая поверхность вибростолика обращена к фланцу втулки, между которыми размещена мембрана средства центрирования виброплатформы, при этом составные элементы виброплатформы стянуты расположенными равномерно по окружности винтами, количество которых выбрано из ряда простых чисел в диапазоне от 3 до 11, а средство центрирования виброплатформы содержит пакет мембран.To increase resistance to transverse mechanical stresses, the vibrating platform contains a bracket for mounting the device under test, mounted on a vibrating table in the form of a stepped disk, and a sleeve with a flange, the hole of which serves to mount the vibration transmission element, the smaller end surface of the vibration table facing the sleeve flange, between which is located the membrane means of centering the vibroplatform, while the components of the vibroplatform are tightened with screws arranged evenly around the circumference, if ETS which is selected from a number of prime numbers in the range from 3 to 11, and means for centering the membrane comprises Vibroplatformy package.
Для повышения технологичности конструкции элемент передачи колебаний выполнен в виде резьбового цилиндра, на который навинчена виброплатформа, и дополнительно введена закрывающая вибратор крышка, соединенная с помощью винтов с корпусом и упругим элементом.To increase the manufacturability of the design, the vibration transmission element is made in the form of a threaded cylinder onto which a vibro-platform is screwed, and an additional cover for the vibrator is introduced, which is connected with screws to the housing and the elastic element.
Для повышения стабильности резонансной характеристики в условиях приложения внешних квазистатических механического и электрического полей в известном пьезоэлектрическом вибраторе резонансного типа, содержащем, по крайней мере, один пьезоэлемент и элемент передачи колебаний, соединенный с испытуемым прибором, новым является то, что в вибратор дополнительно введен упругий элемент, включающий диафрагму, на которую установлен пьезоэлемент, упругий элемент имеет грибовидную форму, образованную плоской поверхностью диафрагмы, обращенной к пьезоэлементу кольцевым выступом, выполненным по краю диафрагмы в качестве элемента крепления к корпусу вибростенда, и опорой, представляющей собой элемент передачи колебаний, выполненный в виде стержня за одно целое с центральной частью диафрагмы, при этом толщина диафрагмы h выбрана из условия 
где γ - эмпирический коэффициент, равный 2,4·10-5 кг-1/3м1/3·Гц-2/3;where γ is an empirical coefficient equal to 2.4 · 10 -5 kg -1/3 m 1/3 · Hz -2/3 ;
m - масса испытуемого прибора, кг;m is the mass of the tested device, kg;
R - радиус диафрагмы, м;R is the radius of the diaphragm, m;
Fвиб - резонансная частота вибратора, Гц;F vib - resonant frequency of the vibrator, Hz;
А - заданный относительный диапазон величины механического воздействия;And - a given relative range of the magnitude of the mechanical impact;
δ - эмпирический коэффициент, равный 3,4·10-5 кг-1/3м1/3·Гц-2/3.δ is an empirical coefficient equal to 3.4 · 10 -5 kg -1/3 m 1/3 · Hz -2/3 .
Для расширения полосы пропускания в вибратор дополнительно введен соединенный с элементом передачи колебаний демпфер, содержащий одну пластину или их пакет, установленный с возможностью совершения изгибных колебаний, причем резонансная частота демпфера Fдем выбрана из условия ε·Fвиб≤Fдем≤Fвиб, где ε - эмпирический коэффициент, равный 0,8.To expand the bandwidth, a damper connected to the oscillation transmission element is additionally introduced into the vibrator, containing one plate or a package of them, installed with the possibility of bending vibrations, the resonance frequency of the damper F dem being selected from the condition ε · F vib ≤F dem ≤F vib , where ε is an empirical coefficient equal to 0.8.
Для повышения устойчивости к поперечным механическим воздействиям и повышения технологичности конструкции пьезоэлектрический вибратор резонансного типа содержит набор равномерно расположенных по окружности пьезоэлементов, количество которых выбрано из ряда простых чисел в диапазоне от 3 до 11.To increase resistance to transverse mechanical stresses and increase the manufacturability of the design, the resonant-type piezoelectric vibrator contains a set of piezoelectric elements evenly spaced around the circumference, the number of which is selected from a number of primes in the range from 3 to 11.
Расширение частотного диапазона в условиях приложения внешних квазистатических механического и электрического полей вибростенда достигается за счет использования изгибных колебаний вибратора (независимо от его типа) и его упругого подвеса на диафрагме упругого элемента и на мембране средства центрирования виброплатформы. При этом изгибные колебания создаются биморфным преобразователем, состоящим из пьезоэлемента и диафрагмы упругого элемента, и трансформируются центральной частью диафрагмы и элементом передачи колебаний в осевые колебательные движения виброплатформы, что обеспечивает высокий уровень вибраций при относительно малых габаритах и независимость амплитуды и формы колебаний от воздействующих механического и электрического факторов. Квазистатические воздействия могут вызвать изменения некоторых параметров, не характеризующих работоспособность вибростенда и не относящихся к его эксплуатационным характеристикам: статического прогиба биморфного преобразователя, осадки испытуемого прибора, уровня постоянных механических напряжений диафрагмы и пьезоэлемента, а также - статического электрического заряда на свободном электроде пьезоэлемента. Это позволяет возбуждать вибрационные колебания в широком диапазоне частот при использовании вибратора широкополосного типа и реализовать широкополосный вибростенд. При этом ограничениями нижней границы рабочего диапазона частот при прочих равных условиях (при равных амплитуде возбуждаемых виброускорений, конструктивно-компоновочных параметрах, воздействующих механических и электрических факторах, а также - уровне входного электрического сигнала) служат заданный минимальный уровень создаваемых вибраций, а ограничениями верхней границы - возбуждение зонтичных и веерных колебаний диафрагмы и мембран средства центрирования виброплатформы, характеризующихся существованием одного и более узловых диаметров и искажающих амплитудно-частотную характеристику вибростенда (АЧХ). В этой связи следует отметить, что прототип работает только на одной частоте, совпадающей с резонансной частотой виброплатформы, а приложение механических или электрических полей вызовет в нем изменение силы поджатия пакета пьезоэлементов и соответственно изменение его резонансной частоты и расстройку колебательной системы «вибратор - виброплатформа - испытуемый прибор». Тогда как рабочий диапазон заявляемого вибростенда ограничен только максимальной амплитудой входного электрического сигнала и искажениями АЧХ, вызванными нерабочими (паразитными) модами колебаний. Кроме того, при установке вибростенда в центрифугу или другое испытательное оборудование, представляющую собой колебательную систему с одной или несколькими степенями свободы, возможна реализация полосового режима работы как в случае использования вибратора широкополосного типа, так и при применении резонансного вибратора.The expansion of the frequency range under the application of external quasistatic mechanical and electric fields of the vibrating stand is achieved through the use of bending vibrations of the vibrator (regardless of its type) and its elastic suspension on the diaphragm of the elastic element and on the membrane of the vibrating platform centering means. In this case, bending vibrations are created by a bimorph transducer, consisting of a piezoelectric element and the diaphragm of the elastic element, and are transformed by the central part of the diaphragm and the element of transmission of vibrations into axial vibrational movements of the vibrating platform, which provides a high level of vibration with relatively small dimensions and the independence of the amplitude and shape of the vibrations from the mechanical and electrical factors. Quasistatic effects can cause changes in some parameters that do not characterize the performance of the vibrating stand and are not related to its operational characteristics: static deflection of the bimorph converter, precipitation of the tested device, level of constant mechanical stresses of the diaphragm and piezoelectric element, as well as static electric charge on the free electrode of the piezoelectric element. This allows you to excite vibrational vibrations in a wide frequency range when using a broadband type vibrator and to implement a broadband vibrostand. In this case, the constraints of the lower boundary of the operating frequency range, all other things being equal (with equal amplitudes of the excited vibration accelerations, structural and layout parameters, mechanical and electrical factors, as well as the level of the input electrical signal) are the specified minimum level of generated vibrations, and the constraints of the upper boundary are excitation of umbrella and fan vibrations of the diaphragm and membranes of the centering means of the vibration platform, characterized by the existence of one or more nodal diameters and distorting the amplitude-frequency characteristic of the vibration bench (AFC). In this regard, it should be noted that the prototype works only at one frequency that coincides with the resonant frequency of the vibrating platform, and the application of mechanical or electric fields will cause a change in the force of compression of the package of piezoelectric elements in it and, accordingly, a change in its resonant frequency and the detuning of the vibration system “vibrator - vibration platform - test device. " Whereas the working range of the inventive vibration bench is limited only by the maximum amplitude of the input electrical signal and the frequency response distortions caused by inoperative (spurious) modes of vibration. In addition, when installing the vibrostand in a centrifuge or other test equipment, which is an oscillating system with one or several degrees of freedom, it is possible to implement a strip mode of operation both in the case of using a broadband type vibrator and when using a resonant vibrator.
Выбор радиуса диафрагмы упругого элемента заявляемого вибростенда из условия 
Величина эмпирического коэффициента α, равная 3·10-2 м·кг-1/3, обусловлена следующим. Масса испытуемого прибора или датчика m пропорциональна его габаритным размерам с учетом плотности применяемых в нем материалов и компоновки его внутренних элементов. Причем наиболее близкой зависимостью между массой испытуемого прибора m и его размерами l является степенная пропорциональность с показателем 1/3: 
С другой стороны, масса m при прочих равных условиях прямо пропорциональна напряжениям изгиба диафрагмы упругого элемента σ~m·h-2, где h - толщина диафрагмы упругого элемента, и обратно пропорциональна собственной частоте вибратора 
При проведении комплексных испытаний с однократным механическим нагружением запас механической прочности N можно принять близким к единице, откуда получить зависимость относительного диапазона величины механического воздействия: 
Величина эмпирического коэффициента β, равная 5·10-2 м·кг-1/3, обусловлена максимальными габаритами вибростенда L исходя из заданной максимально допустимой при комплексных испытаниях массы М и применения в качестве материалов корпусных деталей вибростенда (корпуса, крышки и т.п.) легких конструкционных металлов (алюминиевых сплавов): 
Выполнение элемента передачи колебаний в виде стержня, соединенного с центральной частью диафрагмы, обеспечивает трансформацию изгибных колебаний биморфного преобразователя в осевые колебательные движения виброплатформы.The implementation of the element of the transmission of vibrations in the form of a rod connected to the Central part of the diaphragm, provides the transformation of the bending vibrations of the bimorph transducer into axial oscillatory movements of the vibrating platform.
Выполнение средства центрирования виброплатформы в виде, по крайней мере, одной прорезной мембраны, имеющей центральную симметрию n - порядка, где n - простое число в диапазоне от 3 до 11, и соединение центральной части мембраны с виброплатформой, а периферической - с корпусом, позволяет повысить верхнюю границу рабочего диапазона частот за счет снижения уровня нерабочих (поперечных и веерных) колебаний виброплатформы при механическом воздействии, приложенном в поперечном направлении. Прорезная мембрана средства центрирования виброплатформы по сравнению с биморфным преобразователем в осевом направлении обладает существенно большей податливостью и не мешает совершению рабочих колебаний вибратора. В поперечном же направлении прорезная мембрана характеризуется меньшей податливостью, что препятствует поперечным колебаниям виброплатформы. Выбор числа прорезей мембраны средства центрирования виброплатформы равного 3 или 5 или 7 или 11 и их равномерное расположение с поворотом относительно центра обеспечивает снижение уровня веерных колебаний, вызывающих искажения АЧХ вибростенда при отсутствии в конструкции упругого подвеса вибратора зеркально-осевой симметрии.The implementation of the centering means of the vibrating platform in the form of at least one slotted membrane having a central symmetry of n-order, where n is a prime number in the range from 3 to 11, and the connection of the central part of the membrane with the vibrating platform, and the peripheral one with the body, allows to increase the upper limit of the working frequency range by reducing the level of non-working (transverse and fan) vibrations of the vibration platform during mechanical stress applied in the transverse direction. Compared to the bimorph transducer in the axial direction, the slotted membrane of the centering plate of the vibrating platform has significantly greater flexibility and does not interfere with the performance of vibrations of the vibrator. In the transverse direction, the slotted membrane is less flexible, which prevents lateral vibrations of the vibration platform. The choice of the number of slits of the membrane means for centering the vibroplatform equal to 3 or 5 or 7 or 11 and their uniform location with rotation relative to the center reduces the level of fan vibrations that cause distortion of the frequency response of the vibration stand in the absence of mirror-axial symmetry in the elastic suspension structure of the vibrator.
Выполнение средства центрирования виброплатформы в виде пакета мембран позволяет дополнительно уменьшить уровень поперечных колебаний виброплатформы при равной податливости в осевом направлении (при прочих равных условиях пакет тонких мембран имеет существенно меньшую жесткость на изгиб по сравнению с одной толстой мембраной, равной по толщине пакету), что обеспечивает повышение устойчивости вибростенда к поперечным механическим воздействиям.The implementation of the centering means of the vibrating platform in the form of a package of membranes allows you to further reduce the level of lateral vibrations of the vibrating platform with equal flexibility in the axial direction (ceteris paribus, the package of thin membranes has significantly lower bending stiffness compared to one thick membrane equal in thickness to the package), which provides increasing the stability of the vibration stand to transverse mechanical stresses.
Выполнение виброплатформы в виде сборной конструкции, содержащей кронштейн для крепления испытуемого прибора, а также вибростолик и втулку с фланцем, между которыми размещена мембрана средства центрирования виброплатформы, и выполнение вибростолика в виде ступенчатого диска, меньшая торцовая поверхность которого обращена к фланцу втулки, способствуют размещению средства центрирования виброплатформы в верхней части виброплатформы и соответственно приближению геометрического центра упругого подвеса к центру масс колебательной системы «испытуемый прибор - и подвижная часть вибростенда», который в силу соотношений масс и размеров в практическом большинстве случаев расположен выше середины виброплатформы. Это позволяет уменьшить уровень поперечных колебаний виброплатформы. Одновременно сборка виброплатформы с помощью 3 или 5 или 7 или 11 винтов, равномерно расположенных по окружности, способствует снижению уровня веерных колебаний виброплатформы при отсутствии зеркально-осевой симметрии элементов стяжки.The implementation of the vibration platform in the form of a prefabricated structure containing a bracket for mounting the tested device, as well as a vibration table and a sleeve with a flange, between which the membrane of the centering means of the vibration platform is placed, and the implementation of the vibration table in the form of a stepped disk, the smaller end surface of which faces the sleeve flange, facilitate the placement of the tool centering of the vibration platform in the upper part of the vibration platform and, accordingly, the approximation of the geometric center of the elastic suspension to the center of mass of the vibrational system emy "test device - and the movable part of the shaker" which because of the size and mass ratios in most cases the practical situated above the middle Vibroplatformy. This allows you to reduce the level of transverse vibrations of the vibration platform. At the same time, the assembly of the vibration platform using 3 or 5 or 7 or 11 screws, evenly spaced around the circumference, helps to reduce the level of fan vibrations of the vibration platform in the absence of mirror-axial symmetry of the coupler elements.
Выполнение элемента передачи колебаний в виде резьбового цилиндра, на который навинчена виброплатформа, позволяет повысить технологичность конструкции вибростенда за счет применения технологичных приемов сборки и изготовления деталей, характеризующихся простотой геометрической формы и унификацией. Соединение с помощью винтов закрывающей вибратор крышки с корпусом и упругим элементом позволяет одними винтами одновременно скреплять разные по своему функциональному назначению детали и тем самым уменьшить число монтажных элементов.The implementation of the element of the transmission of vibrations in the form of a threaded cylinder, on which the vibrating platform is screwed, allows to increase the manufacturability of the design of the vibration stand through the use of technological methods of assembly and manufacturing of parts characterized by simple geometric shape and unification. The screw connection of the cover that covers the vibrator with the body and the elastic element allows one screw to simultaneously fasten parts with different functional purposes and thereby reduce the number of mounting elements.
Повышение стабильности резонансной характеристики пьезоэлектрического вибратора резонансного типа в условиях приложения внешних квазистатических механического и электрического полей достигается дополнительно введенным в конструкцию упругим элементом, предопределяющим режим работы биморфного преобразователя на изгиб и независимость формы и уровня его колебаний от внешнего механического и электрического воздействия, а также выбором толщины диафрагмы, способствующим при прочих равных условиях обеспечению механической прочности вибратора. Введенный упругий элемент имеет грибовидную форму и выполнен за одно целое из составляющих его элементов: диафрагмы, кольцевого выступа по краю диафрагмы и центральной опоры в виде стержня. Диафрагма упругого элемента и пьезоэлемент в виде диска, установленный на плоскую поверхность диафрагмы, образуют биморфный преобразователь электрической энергии в изгибные колебания. Такая конструкция биморфного преобразователя обеспечивает выраженный резонанс с характерной для слабодемпфированных колебательных систем с одной степенью свободы формой АЧХ с динамическим подъемом на резонансной частоте не менее 30 дБ, что позволяет получить высокий уровень виброускорений в пределах полосы пропускания и стабильность резонансных свойств. Практические попытки видоизменения конструкции упругого элемента (выполнение из отдельных элементов, без кольцевого выступа или центральной опоры, соединение отдельных элементов между сваркой, склеиванием и др.) приводили к появлению дополнительных резонансов в пределах полосы пропускания, искажению формы АЧХ, разбросу характеристик от партии к партии и от образца к образцу. Особенностью заявляемого вибратора резонансного типа является стабильность резонансной характеристики, обеспеченная высокими упругими свойствами диафрагмы за счет монолитности (цельнометаллической конструкции) упругого элемента и минимума элементов и сопряжении на пути передачи колебаний от биморфного преобразователя к испытуемому прибору.An increase in the stability of the resonant characteristic of a resonant-type piezoelectric vibrator under the application of external quasistatic mechanical and electric fields is achieved by an additional elastic element introduced into the design, which determines the operation mode of the bimorph transducer for bending and the independence of the form and level of its vibrations from external mechanical and electrical effects, as well as the choice of thickness diaphragms, contributing, ceteris paribus, to providing mechanical strength vibrator. The introduced elastic element has a mushroom shape and is made in one piece from its constituent elements: a diaphragm, an annular protrusion along the edge of the diaphragm and a central support in the form of a rod. The diaphragm of the elastic element and the piezoelectric element in the form of a disk mounted on the flat surface of the diaphragm form a bimorphic converter of electrical energy into bending vibrations. This design of a bimorph converter provides pronounced resonance with a characteristic of weakly damped oscillatory systems with one degree of freedom, the frequency response with a dynamic rise at a resonant frequency of at least 30 dB, which allows to obtain a high level of vibration acceleration within the passband and the stability of the resonant properties. Practical attempts to modify the design of the elastic element (making it from individual elements, without an annular protrusion or central support, connecting the individual elements between welding, gluing, etc.) led to the appearance of additional resonances within the passband, distortion in the frequency response, and scatter of characteristics from batch to batch and from sample to sample. A feature of the inventive resonator-type vibrator is the stability of the resonance characteristic, provided by the high elastic properties of the diaphragm due to the monolithic (all-metal construction) of the elastic element and the minimum of elements and the coupling on the path of transmission of vibrations from the bimorph transformer to the device under test.
Воздействие внешних факторов механической и электрической природы увеличивает прогиб биморфного преобразователя, повышает уровень статических механических напряжений диафрагмы и пьезоэлемента и наводит электростатический потенциал на свободном электроде пьезоэлемента. Если прогиб преобразователя и электростатический потенциал в принципе не влияют на эксплуатационные характеристики, то увеличение механических напряжений биморфного преобразователя в определенной степени снижает механическую прочность вибратора. Это обстоятельство учтено в выборе толщины диафрагмы h из условия 
Введение соединенного с элементом передачи колебаний демпфера, содержащего одну пластину или их пакет с возможностью совершения изгибных колебаний с резонансной частотой Fдем, выбранной из условия ε·Fвиб≤Fдем≤Fвиб, обеспечивает расширение полосы пропускания. Это позволяет уменьшить влияние изменений контактной жесткости соединения «корпус вибростенда - кронштейн - корпус испытательного оборудования» на эксплуатационные характеристики: на резонансную частоту колебательной системы «вибратор - корпус вибростенда - кронштейн - корпус испытательного оборудования», и на амплитуду создаваемой вибрации. С расширением полосы пропускания вибратора незначительные изменения резонансной частоты, связанные с механическим воздействием при комплексных испытаниях, становятся несущественными для эксплуатационных характеристик. При этом условие ε·Fвиб≤Fдем≤Fвиб обеспечивает частичное усиление коэффициента преобразования на начальном участке возрастающей ветви резонансной характеристики путем сложения в фазе колебаний вибратора и демпфера, и частичное подавление колебаний на резонансе при их суперпозиции в противофазе. Дополнительным механизмом расширения полосы пропускания и частичного гашения колебаний является динамическое гашение колебаний.The introduction of a damper connected to the oscillation transmission element, containing one plate or their package with the possibility of bending vibrations with a resonant frequency F dem selected from the condition ε · F vib ≤F dem ≤F vib , provides an extension of the passband. This makes it possible to reduce the effect of changes in the contact stiffness of the connection “vibrostand body - bracket - body of test equipment” on operational characteristics: on the resonant frequency of the vibrating system “vibrator - vibrostand body - bracket - body of test equipment”, and on the amplitude of the generated vibration. With the expansion of the vibrator bandwidth, minor changes in the resonant frequency associated with mechanical stress during complex tests become insignificant for operational characteristics. In this case, the condition ε · F vib ≤F dem ≤F vib provides a partial amplification of the conversion coefficient in the initial section of the increasing branch of the resonance characteristic by adding the vibrator and the damper in the phase of oscillation, and partial suppression of the oscillations at the resonance when they are superpositioned in antiphase. An additional mechanism for expanding the passband and partial damping is dynamic damping.
Нижний предел резонансной частоты демпфера Fдем (ε·Fвиб) обусловлен связанностью колебаний демпфера и вибратора, образующейся при частичном или полном перекрытии их резонансов. При этом АЧХ принимает форму, подобную трапеции, с относительно небольшой неравномерностью в пределах полосы пропускания. При большем, чем на (1-ε)·Fвиб разнесении частот, колебания демпфера и вибратора становятся несвязанными (их резонансы перекрываются незначительно) и АЧХ становится двугорбой с недопустимой изрезанностью (глубоким провалом между резонансами). Верхний предел резонансной частоты демпфера Fдем (Fвиб) обусловлен положением резонанса на восходящей ветви резонансной характеристики вибратора, обеспечивающим механизм динамического гашения колебаний.The lower limit of the resonant frequency of the damper F dem (ε · F vib ) is due to the connected oscillations of the damper and vibrator, which is formed when their resonances are partially or completely overlapped. In this case, the frequency response takes a shape similar to a trapezoid, with relatively small unevenness within the passband. With a frequency spacing greater than (1-ε) · F vib , the damper and vibrator vibrations become disconnected (their resonances overlap slightly) and the frequency response becomes a double hump with unacceptable ruggedness (a deep dip between resonances). The upper limit of the resonant frequency of the damper F dem (F vib ) is due to the position of the resonance on the ascending branch of the resonant characteristic of the vibrator, providing a mechanism for dynamic damping of vibrations.
Выполнение вибратора с набором равномерно расположенных по окружности пьезоэлементов обеспечивает повышение технологичности конструкции в результате применения меньших по поперечным размерам, но более технологичных и менее хрупких пьезоэлементов, а выбор их количества из ряда простых чисел в диапазоне от 3 до 11 способствует повышению устойчивости к поперечным механическим воздействиям за счет снижения уровня веерных колебаний биморфного преобразователя при отсутствии его зеркально-осевой симметрии.The implementation of the vibrator with a set of piezoelectric elements evenly spaced around the circumference provides an increase in the manufacturability of the structure as a result of the use of smaller transverse sizes, but more technologically advanced and less fragile piezoelectric elements, and the choice of their number from a number of prime numbers in the range from 3 to 11 helps to increase resistance to transverse mechanical stresses by reducing the level of fan vibrations of the bimorph transducer in the absence of its mirror-axial symmetry.
Суть заявляемых пьезоэлектрического вибростенда и вибратора резонансного типа для данного вибростенда будет ясна из прилагаемого чертежа, где представлена конструкция пьезоэлектрического вибростенда, в котором используется вибратор резонансного типа.The essence of the claimed piezoelectric vibrostand and resonant type vibrator for this vibrostand will be clear from the attached drawing, which shows the design of the piezoelectric vibrostand, which uses a resonant type vibrator.
На чертеже изображено: 1 - корпус; 2 - пьезоэлемент; 3 - диафрагма упругого элемента; 4 - стержень упругого элемента; 5 - выступ упругого элемента; 6 - испытуемый прибор; 7 - кронштейн для установки испытуемого прибора; 8 - вибростолик; 9 - втулка; 10 - демпфер; 11 - средство центрирования виброплатформы; 12 - винт кронштейна; 13 - крышка вибратора; 14 - винт вибратора; 15 - крышка вибростенда; 16 - винт крышки вибростенда; Т - крепежный винт испытуемого прибора; Y - винт вибростолика; Fмех - сила механического воздействия при комплексных испытаниях; Eэл - напряженность электрического поля, приложенного при комплексных испытаниях; ~ U - входной электрический сигнал.The drawing shows: 1 - housing; 2 - a piezoelectric element; 3 - the diaphragm of the elastic element; 4 - the rod of the elastic element; 5 - protrusion of the elastic element; 6 - test device; 7 - bracket for installing the device under test; 8 - vibration table; 9 - sleeve; 10 - damper; 11 - means for centering the vibration platform; 12 - bracket screw; 13 - vibrator cover; 14 - vibrator screw; 15 - the cover of the vibrating stand; 16 - screw cover vibrating stand; T - mounting screw of the device under test; Y - screw vibrating table; F fur - the strength of mechanical stress during complex tests; E el - electric field applied during complex tests; ~ U - input electrical signal.
Пьезоэлектрический вибростенд содержит в корпусе 1 вибратор резонансного типа, включающий, по крайней мере, один пьезоэлемент 2 в виде диска и упругий элемент, состоящий из диафрагмы 3 в виде круглой пластины, центрального стержня 4, выполненного в виде резьбового цилиндра, и кольцевого выступа 5 по краю диафрагмы 3. Упругий элемент выполнен за одно целое из составляющих его элементов, при этом стержень упругого элемента 4 исполняет роль элемента передачи колебаний, а кольцевой выступ 5 - элемента крепления к корпусу 1. Диафрагма 3 и закрепленный на ней пьезоэлемент 2 образуют биморфный преобразователь электрической энергии в энергию изгибных колебаний, которые трансформируются центральной частью диафрагмы 3 и стержнем 4 в осевые колебательные движения, передаваемые испытуемому прибору 6. Пьезоэлемент 2 приклеен к диафрагме 3 клеем, обеспечивающим их электрический контакт. На стержень 4 навинчена виброплатформа, содержащая кронштейн 7 для крепления испытуемого прибора 6, вибростолик 8 в виде ступенчатого диска и втулку 9 с фланцем, отверстие которой служит для крепления стержня упругого элемента 4. Причем меньшая торцовая поверхность вибростолика 8 обращена к фланцу втулки 9, между которыми размещены демпфер 10 в виде одной круглой пластины, установленной с возможностью совершения изгибных колебаний, и средство центрирования виброплатформы относительно корпуса и вибратора 11, выполненное в виде одной прорезной мембраны, имеющей центральную симметрию 5 - порядка. Кронштейн 7 выполнен в виде утолщенного диска с отверстиями под крепежные винты Т испытуемого прибора 6 и закреплен на вибростолике 8 с помощью винтов 12. Часть виброплатформы стянута расположенными равномерно по окружности винтами Y и подвешена на мембране средства центрирования виброплатформы 11, причем центральная часть мембраны соединена с виброплатформой, а периферическая - с корпусом 1, а число винтов и порядок симметрии мембраны выбраны из ряда простых чисел в диапазоне от 3 до 11 и равны 5. Стяжка части виброплатформы винтами Y одновременно обеспечивает механическую связь демпфера 10 со стержнем упругого элемента 4. Вибратор закрывает крышка 13, соединенная с корпусом 1 и кольцевым выступом упругого элемента 5 с помощью винтов 14. Сверху вибростенд закрыт крышкой 15 с помощью винтов 16, одновременно поджимающих мембрану средства центрирования виброплатформы 11 к корпусу 1.The piezoelectric vibrostand contains a resonant type vibrator in the housing 1, including at least one disk-shaped piezoelectric element 2 and an elastic element consisting of a diaphragm 3 in the form of a round plate, a central rod 4 made in the form of a threaded cylinder, and an annular protrusion 5 the edge of the diaphragm 3. The elastic element is made in one piece from its constituent elements, while the rod of the elastic element 4 acts as an oscillation transmission element, and the annular protrusion 5 is an element of attachment to the housing 1. The diaphragm 3 and are fixed the piezoelectric element 2 on it forms a bimorphic converter of electric energy into energy of bending vibrations, which are transformed by the central part of the diaphragm 3 and the rod 4 into axial vibrational movements transmitted to the tested device 6. The piezoelectric element 2 is glued to the diaphragm 3 with glue, which ensures their electrical contact. A vibrating platform is screwed onto the rod 4, containing a bracket 7 for mounting the test device 6, a vibrating table 8 in the form of a stepped disk and a sleeve 9 with a flange, the hole of which serves to mount the rod of the elastic element 4. Moreover, the smaller end surface of the vibration table 8 faces the flange of the sleeve 9, between with which the damper 10 is placed in the form of one round plate mounted with the possibility of bending vibrations, and the centering means of the vibrating platform relative to the housing and vibrator 11, made in the form of one slotted membrane having a central symmetry 5 - order. The bracket 7 is made in the form of a thickened disk with holes for the mounting screws T of the tested device 6 and is mounted on the vibrating table 8 with screws 12. A part of the vibrating platform is tightened by screws Y arranged uniformly around the circumference and suspended on the membrane of the centering means of the vibrating platform 11, and the central part of the membrane is connected to vibroplatform, and peripheral - with case 1, and the number of screws and the order of symmetry of the membrane are selected from a number of primes in the range from 3 to 11 and are equal to 5. Screed part of the vibrating platform with Y screws at the same time This ensures mechanical connection of the damper 10 with the rod of the elastic element 4. The vibrator closes the lid 13 connected to the housing 1 and the annular protrusion of the elastic element 5 with screws 14. On top of the vibration stand is closed with lid 15 with screws 16, which simultaneously compress the membrane of the centering means of the vibration platform 11 to case 1.
Одним из возможных вариантов средства центрирования виброплатформы 11 является его выполнение в виде пакета прорезных мембран, а вариантом демпфера 10 - пакет плоских соприкасающихся мембран (на чертеже не показаны).One of the possible means of centering the vibration platform 11 is its implementation in the form of a package of slotted membranes, and a variant of the damper 10 is a package of flat contacting membranes (not shown in the drawing).
Радиус диафрагмы упругого элемента выбран из условия 
Резонансная частота демпфера Fдем выбрана из условия ε·Fвиб≤Fдем≤Fвиб и для опытного образца вибратора равна 1000 Гц, при этом нижний предел резонансной частоты демпфера для частоты вибратора Fвиб=1200 Гц составляет 960 Гц, а верхний предел - 1200 Гц.The resonant frequency of the damper F dem is selected from the condition ε · F vib ≤F dem ≤F vib and for the prototype of the vibrator is 1000 Hz, while the lower limit of the resonant frequency of the damper for the vibrator frequency F vib = 1200 Hz is 960 Hz, and the upper limit is 1200 Hz.
Заявляемое устройство работает следующим образом.The inventive device operates as follows.
На вибростолике 8 закрепляют кронштейн 7 с испытуемым прибором 6. На вход вибростенда подают гармонический сигнал, возбуждающий изгибные колебания биморфного преобразователя. Эти колебания трансформируются центральной частью диафрагмы 3 и стержнем упругого элемента 4 в осевые колебательные движения и через стержень упругого элемента 4 и виброплатформу передаются испытуемому прибору 6. При совпадении частоты входного сигнала с резонансной частотой вибратора происходит динамическое усиление созданных колебаний не менее чем на 30 дБ. Конструкция упругого элемента обеспечивает стабильность резонансной частоты и формы АЧХ, подобной слабо демпфированным колебательным системам с одной степенью свободы. Демпфер 10 расширяет полосу пропускания вибратора резонансного типа за счет взаимосвязи с биморфным преобразователем и динамического гашения колебаний. Использование изгибных колебаний вибратора и его упругий подвес на диафрагме упругого элемента 3 и на мембране средства центрирования виброплатформы 11 обеспечивают широкий рабочий диапазон частот, а конструкция упругого элемента - возможность регулировки резонансной частоты в широких пределах путем изменения его конструктивных параметров.The bracket 7 is fixed to the vibrating table 8 with the device under test 6. A harmonic signal is fed to the input of the vibrating stand, exciting the bending vibrations of the bimorph transducer. These vibrations are transformed by the central part of the diaphragm 3 and the rod of the elastic element 4 into axial oscillatory movements and are transmitted to the tested device 6 through the rod of the elastic element 4 and the vibrating platform 6. When the frequency of the input signal coincides with the resonant frequency of the vibrator, the generated oscillations are dynamically amplified by at least 30 dB. The design of the elastic element ensures the stability of the resonant frequency and shape of the frequency response, similar to weakly damped oscillatory systems with one degree of freedom. Damper 10 extends the passband of the resonator type vibrator due to the relationship with the bimorph converter and dynamic damping. The use of bending vibrations of the vibrator and its elastic suspension on the diaphragm of the elastic element 3 and on the membrane of the centering means of the vibroplatform 11 provide a wide operating frequency range, and the design of the elastic element provides the ability to adjust the resonant frequency over a wide range by changing its design parameters.
Заявляемые соотношения радиуса и толщины диафрагмы обеспечивают механическую прочность конструкции и необходимые для проведения комплексных испытаний относительно малые массу и габариты вибростенда. Механическое воздействие Fмех, например линейных ускорений, и приложение электрического поля Еэл не влияют на работу пьезоэлектрического вибростенда и вибратора резонансного типа. При этом увеличение прогиба биморфного преобразователя (осадки испытуемого прибора) и уровня статических механических напряжений изгиба биморфного преобразователя до допустимых величин не изменяет коэффициент преобразования и резонансную частоту, а наведенный электрический заряд на свободном электроде пьезоэлемента стекает через соответствующие электрические сопротивления пьезоэлемента и выходной цепи генератора электрических сигналов ~U. При боковых механических воздействиях гашению нерабочих мод колебаний способствуют конструкция устройства центрирования виброплатформы в виде прорезной мембраны с числом центрально симметричных прорезей 3 или 5 или 7 или 11, а также устройство сборной виброплатформы.The claimed ratios of the radius and thickness of the diaphragm provide mechanical strength of the structure and the relatively small mass and dimensions of the vibration bench necessary for complex testing. The mechanical effect F mech , for example linear accelerations, and the application of an electric field E el do not affect the operation of the piezoelectric vibrostand and resonant type vibrator. In this case, an increase in the deflection of the bimorph transducer (precipitation of the tested device) and the level of static mechanical stresses of the bending of the bimorph transformer to acceptable values does not change the conversion coefficient and resonant frequency, and the induced electric charge on the free piezoelectric element flows through the corresponding electrical resistances of the piezoelectric element and the output circuit of the electric signal generator ~ U. With lateral mechanical influences, the damping of non-working vibration modes is facilitated by the design of the device for centering the vibration platform in the form of a slotted membrane with the number of centrally symmetrical slots 3 or 5 or 7 or 11, as well as the device of the combined vibration platform.
Заявляемые пьезоэлектрический вибростенд и вибратор резонансного типа обеспечивают относительно широкую полосу пропускания (полоса пропускания опытного образца вибростенда с вибратором резонансного типа составила от 1000 Гц до 1200 Гц, а рабочий диапазон частот вибростенда с вибратором широкополосного типа - от 500 Гц до 2500 Гц) и мощную вибрацию испытуемого прибора (амплитуда виброускорений единицы - десятки g) при интенсивном механическом воздействии и приложении электрического поля. Кроме того, при установке вибростенда с вибратором резонансного типа в центрифугу или другое испытательное оборудование, представляющую собой колебательную систему с одной или несколькими степенями свободы, возможна реализация полосового режима работы с полосой пропускания до 500 Гц (от 800 Гц до 1300 Гц).The inventive piezoelectric vibrostand and resonant-type vibrator provide a relatively wide passband (the passband of a prototype of a vibro-stand with a resonant-type vibrator ranged from 1000 Hz to 1200 Hz, and the operating frequency range of the vibro-stand with a wide-band vibrator is from 500 Hz to 2500 Hz) and powerful vibration of the tested device (the amplitude of vibration acceleration is tens of g) under intense mechanical stress and the application of an electric field. In addition, when installing a vibrostand with a resonant type vibrator in a centrifuge or other test equipment, which is an oscillating system with one or more degrees of freedom, it is possible to implement a strip mode of operation with a passband of up to 500 Hz (from 800 Hz to 1300 Hz).
Пьезоэлектрический вибростенд и вибратор резонансного типа могут быть также помещены в камеры тепла-холода и подвергнуты комплексным испытаниям с одновременным воздействием повышенной или пониженной температуры.The piezoelectric vibrostand and resonant type vibrator can also be placed in heat-cold chambers and subjected to complex tests with simultaneous exposure to elevated or reduced temperature.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007107729/28A RU2334966C1 (en) | 2007-03-01 | 2007-03-01 | Piezoelectric vibration exciter and vibrator of resonance type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007107729/28A RU2334966C1 (en) | 2007-03-01 | 2007-03-01 | Piezoelectric vibration exciter and vibrator of resonance type |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2334966C1 true RU2334966C1 (en) | 2008-09-27 |
Family
ID=39929067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007107729/28A RU2334966C1 (en) | 2007-03-01 | 2007-03-01 | Piezoelectric vibration exciter and vibrator of resonance type |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2334966C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2489698C1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-08-10 | Фан Сагирович Сабиров | Piezoelectric vibrator |
| RU220667U1 (en) * | 2023-05-15 | 2023-09-28 | Акционерное Общество "Завод ПРОТОН" | PIEZOELECTRIC VIBRATION STAND |
-
2007
- 2007-03-01 RU RU2007107729/28A patent/RU2334966C1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2489698C1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-08-10 | Фан Сагирович Сабиров | Piezoelectric vibrator |
| RU220667U1 (en) * | 2023-05-15 | 2023-09-28 | Акционерное Общество "Завод ПРОТОН" | PIEZOELECTRIC VIBRATION STAND |
| RU220689U1 (en) * | 2023-05-15 | 2023-09-28 | Акционерное Общество "Завод ПРОТОН" | PIEZOELECTRIC VIBRATION STAND FOR FATIGUE TESTING OF GAS TURBINE ENGINE BLADES |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cornwell et al. | Enhancing power harvesting using a tuned auxiliary structure | |
| KR101428817B1 (en) | Device for damping vibrations of optical element, objective lens, projection exposure machine and method using the same | |
| US6601456B1 (en) | Fretting fixture for high-cycle fatigue test machines | |
| JPS63293342A (en) | Vibration absorber | |
| Serrand et al. | Multichannel feedback control for the isolation of base-excited vibration | |
| JPS6217692B2 (en) | ||
| EP1019701B1 (en) | Mounting apparatus for an optical assembly of a photoelastic modulator | |
| JP4782932B2 (en) | Piezoelectric accelerometer with lateral stabilization element | |
| US5457999A (en) | Method and apparatus for measurement of forces and pressures using tensioned bellows | |
| GB2137024A (en) | Piezoelectric vibration exciter | |
| JP2643025B2 (en) | Acceleration measurement device using piezoelectric transducer | |
| RU2334966C1 (en) | Piezoelectric vibration exciter and vibrator of resonance type | |
| Stochino et al. | Improvement of the seismic noise attenuation performance of the Monolithic Geometric Anti-Spring filters for gravitational wave interferometric detectors | |
| Bottenfield et al. | Microfibrous mesh and polymer damping of micromachined vibration isolators | |
| JP2020008494A (en) | Measuring device for testing machine, and testing machine using the same | |
| Asnani et al. | Experimental comparison of piezoelectric and magnetostrictive shunt dampers | |
| US3262308A (en) | Vibrating table structure | |
| Encke et al. | A miniaturized linear shaker system for MEMS sensor characterization | |
| Pustka et al. | Spectral properties of circular piezoelectric unimorphs | |
| RU49363U1 (en) | Piezoelectric Acoustic Transducer (OPTIONS) | |
| JPH08159212A (en) | Vibration absorbing device using piezoelectric element | |
| SU1530268A1 (en) | Dynamo-electric motor with vibrating magnet | |
| RU2561006C1 (en) | Micromechanical vibration gyroscope | |
| JP6283793B2 (en) | Internal combustion engine and ignition coil | |
| JPH04212054A (en) | Acoustic emission sensor |