RU2382990C1 - Detector of mechanical oscillations - Google Patents
Detector of mechanical oscillations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2382990C1 RU2382990C1 RU2008134317/28A RU2008134317A RU2382990C1 RU 2382990 C1 RU2382990 C1 RU 2382990C1 RU 2008134317/28 A RU2008134317/28 A RU 2008134317/28A RU 2008134317 A RU2008134317 A RU 2008134317A RU 2382990 C1 RU2382990 C1 RU 2382990C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plates
- pairs
- sensor
- piezoceramic
- housing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к датчикам механических колебаний, в частности к датчикам вибраций или датчикам ускорений.The invention relates to sensors of mechanical vibrations, in particular to vibration sensors or acceleration sensors.
Уровень техникиState of the art
Известен датчик механических колебаний, патентная заявка Японии JP 57139664, опубликованная 29.08.1982, включающий корпус с несколькими пьезокерамическими пластинами внутри, установленными консольно на стенках корпуса с возможностью подключения к внешнему устройству обработки электрических сигналов, образуемых при изгибах пьезокерамических пластин.A known mechanical vibration sensor, Japanese patent application JP 57139664, published on 08/29/1982, comprising a housing with several piezoceramic plates inside mounted cantilever on the walls of the housing with the ability to connect to an external device for processing electrical signals generated by bending of piezoceramic plates.
Этот известный датчик не обеспечивает выявление и измерение вращательных механических колебаний и линейных механических колебаний в произвольном направлении относительно него.This known sensor does not provide for the detection and measurement of rotational mechanical vibrations and linear mechanical vibrations in an arbitrary direction relative to it.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат, достигаемый в заявленном датчике механических колебаний, заключается в способности одновременного выявления и обеспечения измерения линейных колебаний (ускорений) в произвольном относительно датчика направлении и вращательных механических колебаний (угловых ускорений) в пространстве относительно произвольной (любой) оси (датчика).The technical result achieved in the claimed sensor of mechanical vibrations consists in the ability to simultaneously detect and provide measurements of linear vibrations (accelerations) in an arbitrary direction relative to the sensor and rotational mechanical vibrations (angular accelerations) in space relative to an arbitrary (any) axis (sensor).
Указанный технический результат достигается в датчике механических колебаний, включающем корпус с несколькими пьезокерамическими пластинами внутри, установленными консольно на стенках корпуса с возможностью подключения к внешнему устройству обработки электрических сигналов, образуемых при изгибах пьезокерамических пластин, при этом три пары пьезокерамических пластин расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, пластины каждой из пар (находящиеся в одной плоскости) установлены консольно с противоположных сторон (на противоположных стенках корпуса) симметрично относительно плоскостей расположения других пар.The specified technical result is achieved in a mechanical vibration sensor, including a housing with several piezoceramic plates inside, mounted cantilever on the walls of the housing with the ability to connect to an external device for processing electrical signals generated by bending of piezoceramic plates, while three pairs of piezoceramic plates are located in mutually perpendicular planes, the plates of each of the pairs (located in the same plane) are mounted cantilever from opposite sides (on the opposite bying walls of the housing) symmetrically relative to the plane of arrangement of other pairs.
Симметричная установка пары пьезокерамических пластин в одной плоскости позволяет из сравнения электрических сигналов разделять сигналы, вызванные линейным ускорением, в направлении, перпендикулярном плоскости расположения этой пары, и сигналы, вызванные угловым ускорением при вращательном движении датчика (относительно оси, перпендикулярной продольной плоскости симметрии этой пары). А симметрия каждой из трех пар пьезокерамических пластин относительно двух перпендикулярных им плоскостей расположения других двух пар обеспечивает определение векторов линейного ускорения и углового ускорения, благодаря независимости сигналов каждой пары пластин от сигналов других пар пластин.The symmetric installation of a pair of piezoceramic plates in one plane allows the separation of signals caused by linear acceleration in the direction perpendicular to the plane of location of this pair and signals caused by angular acceleration during the rotational movement of the sensor (relative to an axis perpendicular to the longitudinal plane of symmetry of this pair) from a comparison of electrical signals . And the symmetry of each of the three pairs of piezoceramic plates relative to the two planes of the other two pairs perpendicular to them ensures the determination of linear acceleration and angular acceleration vectors, due to the independence of the signals of each pair of plates from the signals of other pairs of plates.
Пьезокерамические пластины целесообразно подбирать (выполнять) с одинаковыми размерами (параметрами) и располагать на одинаковом расстоянии друг от друга. Это позволит обеспечить одинаковость сигналов от каждой пары пластин при одинаковом воздействии.It is advisable to select (perform) piezoceramic plates with the same dimensions (parameters) and arrange them at the same distance from each other. This will ensure the uniformity of signals from each pair of plates with the same impact.
Установка пьезокерамических пластин внутри корпуса позволяет предохранить пьезокерамические пластины от внешних воздействий и обеспечивает беспрепятственную установку датчика на изделии, механические колебания (вибрации) которого необходимо выявить или измерить.The installation of piezoceramic plates inside the housing allows you to protect the piezoceramic plates from external influences and provides unhindered installation of the sensor on the product, the mechanical vibrations (vibrations) of which must be detected or measured.
Пьезокерамические пластины могут быть выполнены биморфными.Piezoceramic plates may be bimorphic.
Пьезокерамические пластины могут быть установлены в пазах стенок корпуса, выполненного в виде полого металлического куба.Piezoceramic plates can be installed in the grooves of the walls of the housing, made in the form of a hollow metal cube.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 представлена схема расположения трех пар пьезокерамических пластин в корпусе.Figure 1 presents the arrangement of three pairs of piezoceramic plates in the housing.
На фиг.2 представлена схема установки одной из пар пьезокерамических пластин в корпусе.Figure 2 presents the installation diagram of one of the pairs of piezoceramic plates in the housing.
На фиг.3 и фиг.4 представлена схема устройства выявления линейного и/или углового ускорения с использованием одной из пар пьезокерамических пластин.Figure 3 and figure 4 presents a diagram of a device for detecting linear and / or angular acceleration using one of the pairs of piezoceramic plates.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Принцип действия существующих пьезоэлектрических датчиков основан на измерении проекции вектора линейного ускорения на измерительную ось датчика. Однако важно знать, во-первых, значения вектора линейного ускорения, а во-вторых, значения вектора углового ускорения изгибных колебаний. Простейшим примером влияния изгибных колебаний является быстрое разрушение проволоки при периодическом изгибе.The principle of operation of existing piezoelectric sensors is based on measuring the projection of the linear acceleration vector onto the measuring axis of the sensor. However, it is important to know, firstly, the values of the linear acceleration vector, and secondly, the values of the angular acceleration vector of bending vibrations. The simplest example of the effect of bending vibrations is the rapid destruction of the wire during periodic bending.
Согласно изобретению предлагается 6D-датчик механических колебаний, который позволяет одновременно измерять в малой области, практически в точке, шесть компонент параметров волнового механического поля - три линейных и три вращательных ускорения. Знание шести компонент вибрационного поля в двух соседних точках позволяет получить точное значение напряженно-деформированного состояния в материале, подвергающемся динамическому воздействию.According to the invention, a 6D mechanical vibration sensor is proposed, which allows simultaneously measuring in a small area, practically at a point, six components of the parameters of the wave mechanical field — three linear and three rotational accelerations. Knowing the six components of the vibration field at two neighboring points allows you to get the exact value of the stress-strain state in the material subjected to dynamic stress.
Датчик представляет собой полое тело в форме куба (фиг.1), в каждую грань которого вмонтирован наружным ребром чувствительный элемент - обычная или биморфная пьезокерамическая пластина.The sensor is a hollow body in the form of a cube (Fig. 1), in each face of which a sensing element is mounted - an ordinary or bimorph piezoceramic plate.
В плоскости XY закреплены пластины 1 и 2, в плоскостях XZ и YZ - другие две пары пластин. Поляризация противоположных пьезопластин каждой пары совпадает по направлению. Корпус приемника жестко крепится на вибрирующую поверхность объекта.
Датчик по всем трем координатам работает идентично, поэтому рассмотрим его работу в направлении одной из осей. На фиг.2 приведено расположение чувствительных элементов - пластин 1 и 2, используемых для измерения линейных вибраций в направлении оси Z.The sensor works identically in all three coordinates, so consider its work in the direction of one of the axes. Figure 2 shows the location of the sensitive elements -
Датчик работает следующим образом. При воздействии на датчик поступательных колебаний вдоль оси Z, пьезопластины 1 и 2 начинают изгибаться за счет инерции собственной массы в одну сторону, противоположную направлению ускорения корпуса датчика. Изгиб пьезопластин, показанный на фиг.3, вызывает появление электрических сигналов одинаковой полярности на электродах пьезопластин. Одинаковополярные сигналы +Dпост1 и +Dпост2, пропорциональные поступательному ускорению датчика, после усиления предварительными усилителями 3 и 4 подаются на сумматор 5. В этом случае, при линейной вибрации датчика вдоль оси Z, сигналы на сумматоре будет синхронно складываться, а измерение, при равенстве чувствительностей пластин, составит величину +2Dпост.The sensor operates as follows. When the sensor is driven by translational oscillations along the Z axis,
При воздействии углового ускорения вокруг оси Y пластины 1 и 2 будут изгибаться в противоположных относительно оси Z направлениях. Как следует из фиг.4, изгибные колебания вызывают на пластинах образование равных сигналов противоположного знака. Разнополярные сигналы -Dвращ1 и +Dвращ2, пропорциональные вращательному движению датчика, после усиления предварительными усилителями 3 и 4 подаются одновременно на сумматор 5 и устройство вычитания сигналов 6, при этом получаем следующий результат при равенстве сигналов от пластин 1 и 2: сигнал на выходе сумматора будет равен нулю, а сигнал на выходе устройства вычитания удвоится. В этом случае, при крутильных колебаниях датчика вокруг оси Y разнополярные сигналы пластин 1 и 2 будут синхронно вычитаться, и измерение составит величину ±2Dвращ.When exposed to angular acceleration around the Y axis,
Таким образом, при одновременном поступательном и вращательном колебательных движениях датчика на выходе сумматора измеряется сигнал, пропорциональный поступательному движению датчика в направлении оси Z, а на выходе устройства вычитания измеряется сигнал, пропорциональный вращательному движению датчика вдоль оси Y.Thus, with simultaneous translational and rotational vibrational movements of the sensor at the output of the adder, a signal proportional to the translational movement of the sensor in the Z axis direction is measured, and a signal proportional to the rotational movement of the sensor along the Y axis is measured at the output of the subtraction device.
По двум другим осям Y и X приемника работа происходит аналогично, что отражено в таблице.The work on the other two axes Y and X of the receiver is similar, as shown in the table.
Материал корпуса датчика механических колебаний - нержавеющая сталь или титан, либо другой прочный, не подверженный низкочастотному резонансу материал, например стеклокерамика. Для шестикомпонентного датчика шесть стенок корпуса со смонтированными на них пластинами могут быть скреплены механически (винтовая фиксация клеевого соединения для низкочастотных датчиков, либо сварка для высокочастотных датчиков). Корпус может быть собран также из трех уголков или двух П-образных стенок, что увеличивает жесткость конструкции, но усложняет монтаж пластин.The body material of the mechanical vibration sensor is stainless steel or titanium, or another durable material, not subject to low-frequency resonance, such as glass ceramics. For a six-component sensor, six housing walls with plates mounted on them can be mechanically fastened (screw fixing of the adhesive joint for low-frequency sensors, or welding for high-frequency sensors). The housing can also be assembled from three corners or two U-shaped walls, which increases the rigidity of the structure, but complicates the installation of the plates.
Консольная конструкция крепления пластин осуществляется путем установки пластины в щель (прорезь в стенке) корпуса с фиксацией с помощью термореактивных полимеров или механических резьбовых прижимов. Для упрощения процедуры юстировки положения пластин в плоскостях, строго пересекающихся в центре куба, можно предварительно монтировать пластину в изолирующую оправку, которую, в свою очередь, можно более удобно крепить к стенке корпуса. Для подбора резонансной частоты и чувствительности датчика на пьезокерамических пластинах возможно крепление грузов.The cantilever design of the plate fastening is carried out by installing the plate in the slot (slot in the wall) of the housing with fixing using thermosetting polymers or mechanical threaded clamps. To simplify the procedure for adjusting the position of the plates in planes strictly intersecting in the center of the cube, you can pre-mount the plate in an insulating mandrel, which, in turn, can be more conveniently attached to the wall of the casing. To select the resonant frequency and sensitivity of the sensor on piezoceramic plates, cargo can be secured.
Все пьезокерамические пластины выполнены с одинаковыми размерами и одинаково закреплены. Каждая пара пластин сонаправленно поляризована.All piezoceramic plates are made with the same dimensions and equally fixed. Each pair of plates is polarized in the same direction.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008134317/28A RU2382990C1 (en) | 2008-08-22 | 2008-08-22 | Detector of mechanical oscillations |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008134317/28A RU2382990C1 (en) | 2008-08-22 | 2008-08-22 | Detector of mechanical oscillations |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2382990C1 true RU2382990C1 (en) | 2010-02-27 |
Family
ID=42127916
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008134317/28A RU2382990C1 (en) | 2008-08-22 | 2008-08-22 | Detector of mechanical oscillations |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2382990C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2765333C1 (en) * | 2021-06-15 | 2022-01-28 | Общество с ограниченной ответственностью "ГлобалТест" | Wireless 3-channel vibration sensor |
RU2820169C1 (en) * | 2023-07-17 | 2024-05-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Device and method for evaluation of dynamic states of working members of vibration process machines |
-
2008
- 2008-08-22 RU RU2008134317/28A patent/RU2382990C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2765333C1 (en) * | 2021-06-15 | 2022-01-28 | Общество с ограниченной ответственностью "ГлобалТест" | Wireless 3-channel vibration sensor |
RU2820169C1 (en) * | 2023-07-17 | 2024-05-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Device and method for evaluation of dynamic states of working members of vibration process machines |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8638956B2 (en) | Acoustic velocity microphone using a buoyant object | |
JP3102320B2 (en) | Sensor device | |
US11105828B2 (en) | Microelectromechanical device for out-of-plane motion detection | |
KR20150131955A (en) | Vibration sensor | |
RU2509320C1 (en) | Digital composite vector receiver with synthesised channels | |
JP2625364B2 (en) | Touch signal probe | |
RU2382990C1 (en) | Detector of mechanical oscillations | |
KR102337688B1 (en) | Accelerometer and acoustic vector sensor having the same | |
RU2383025C1 (en) | Three-component detector of mechanical oscillations | |
RU2530479C2 (en) | Method and 3d detector of mechanical vibration vector | |
GB2379506A (en) | Vibratory gyroscope | |
JP4214551B2 (en) | Ultrasonic sound pressure sensor | |
JP2000338128A (en) | Sensitivity evaluation method of acceleration sensor element | |
CN108955985B (en) | A kind of sensor structure that can test polyaxial mechanics physical quantity | |
US5396801A (en) | Vibrometer | |
RU2426131C1 (en) | Method and device to measure angular speed | |
JP5135253B2 (en) | Inertial sensor and inertial measuring device | |
JP2009156831A (en) | Acceleration detecting unit and acceleration detecting apparatus | |
Ming et al. | The measurement of structural mobilities of a circular cylindrical shell | |
JP2856748B2 (en) | Method of measuring vibration propagating in a substance and vibration pickup | |
Kırlangıç et al. | Characterization of piezoelectric accelerometers beyond the nominal frequency range | |
RU2381510C1 (en) | Gyroscope accelerometre | |
US20240288322A1 (en) | Vibrating Bridge for a Vibrating-Wire Sensor, and Vibrating-Wire Sensor | |
KR100238980B1 (en) | Piezoelectric angular sensor | |
JP3129022B2 (en) | Acceleration sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100823 |