RU2780709C1 - Пьезоэлектрический датчик силы удара - Google Patents
Пьезоэлектрический датчик силы удара Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780709C1 RU2780709C1 RU2021128945A RU2021128945A RU2780709C1 RU 2780709 C1 RU2780709 C1 RU 2780709C1 RU 2021128945 A RU2021128945 A RU 2021128945A RU 2021128945 A RU2021128945 A RU 2021128945A RU 2780709 C1 RU2780709 C1 RU 2780709C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impact force
- frequency
- force sensor
- membrane
- piezoelectric
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 230000005534 acoustic noise Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229920002574 CR-39 Polymers 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000035485 pulse pressure Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Пьезоэлектрический датчик силы удара содержит цельный корпус, выполненный из диэлектрического материала, чувствительный элемент, представляющий собой мембрану из металлической пластины, на которой установлена керамика, а на внешней стороне нанесено токопроводящее напыление. Мембрана крепится к корпусу при помощи клея. На поверхность мембраны нанесен слой силикона. Данный слой силикона также выступает как демпфер, оказывая непосредственное воздействие на АЧХ устройства. Металлические обкладки чувствительного элемента через активный фильтр подключены к входу аналого-цифрового преобразователя, который подключен к компьютеру. Фильтр для уменьшения габаритов датчика размещен отдельно. Полосовой фильтр рассчитан таким образом, что со стороны высоких частот ƒ>50 Гц он подавляет помехи, связанные с высокочастотными колебаниями напряжения сети и внешними акустическими шумами, а со стороны низких частот ослабляет колебания с частотой ниже ƒ<0,5 Гц. Технический результат - повышение точности измерений ударного волнового давления. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения ударного волнового давления.
Известен датчик воздушных ударных волн (патент RU 2377520 C1), предназначенный для измерения параметров импульсного давления, создаваемого в воздухе взрывным источником ударных волн. Недостатком данного изобретения является то, что данный датчик не предназначен для использования в жидких средах.
Известен эластичный датчик давления (патент RU 182019 U1), который состоит из чувствительного элемента и проводника, при этом чувствительный элемент выполнен из полимера, а проводник выполнен из многожильного провода. Такой датчик предназначен для измерения силы удара в боевых искусствах. Недостатком данной полезной модели является то, что данный датчик не предназначен для использования в жидких средах, и в частности, для измерения силы ударных волновых нагрузок, образующихся при разрушении поверхностных гравитационных волн на поверхности гидротехнических сооружений.
Ближайшим аналогом является устройство для определения волновых давлений на корпус судна (патент RU 2621886 C2). Устройство выполнено в виде измерительной панели, которая содержит, по меньшей мере, один датчик давления. Недостатком данного устройства является его предназначение для использования только на корпусе судна (в районе ватерлинии), а также то, что не предусмотрена возможность перемещения измерительной панели для определения распределения волновых нагрузок на поверхности исследуемого сооружения.
Технический результат заключается в получении эпюры волновых давлений, образующихся при разрушении поверхностных гравитационных волн на стенках исследуемых гидротехнических сооружений в экспериментальных лабораторных условиях (в опытовом бассейне).
Поставленная (обозначенная) цель достигается за счет того, что цельный прямоугольный корпус, выполненный из диэлектрического материала (к примеру, плекса), оснащают чувствительным элементом, представляющим собой мембрану из металлической пластины, на которой установлена пьезоэлектрическая керамика, а на внешней стороне нанесено токопроводящее напыление. Мембрана крепится к корпусу при помощи клея. Для надежной герметизации и исключения воздействия слабых токов на поверхность мембраны наносится слой силикона, который заливается до верхней кромки отверстия. Данный слой силикона также выступает как демпфер, оказывая непосредственное воздействие на АЧХ устройства. Металлические обкладки чувствительного элемента через активный фильтр подключены к входу аналого-цифрового преобразователя, который подключен к компьютеру. Фильтр для уменьшения габаритов датчика, размещен отдельно. Полосовой фильтр рассчитан таким образом, что со стороны высоких частот ƒ>50 Гц он подавляет помехи, связанные с высокочастотными колебаниями напряжения сети и внешними акустическими шумами, а со стороны низких частот ослабляет колебания с частотой ниже ƒ<0,5 Гц.
Таким образом, датчик позволяет с необходимой точностью производить измерение ударного волнового давления, возникающего на поверхности исследуемых гидротехнических сооружениях, и может применяться в экспериментальной гидромеханике.
На фиг. 1 показана принципиальная схема измерительной панели.
На фиг. 2 показан вариант компоновки пьезоэлектрического датчика силы удара.
Датчик давления устроен (функционирует) следующим образом: датчик фиксируется на измерительной панели (1), которая крепится на поверхности исследуемых гидротехнических сооружений в предполагаемой зоне наибольших ударных волновых нагрузок. Для определения распределения нагрузок на поверхности исследуемого сооружения предусмотрена возможность перемещения панели по направлению нормали к урезу воды. На измерительной панели крепится как минимум один датчик давления (2). Расстояние между датчиками Δx<0,1 λ (λ - средняя длина волны). При воздействии внешней волновой нагрузки на измерительную панель и, в частности, на датчик давления, происходит деформирование мембраны (3) и пьезоэлектрического чувствительного элемента (4), что приводит к изменению его состояния. Сигнал изменения состояния чувствительного элемента передается по кабель-каналам (5) в активный фильтр (на рисунке не изображен). Фильтр для уменьшения габаритов датчика, размещен отдельно. Фильтр рассчитан таким образом, что со стороны высоких частот ƒ>50 Гц он подавляет помехи, связанные с высокочастотными колебаниями напряжения сети и внешними акустическими шумами, а со стороны низких частот ослабляет колебания с частотой ниже ƒ<0,5 Гц. Для записи, преобразованных в активном фильтре сигналов используется аналого-цифровой преобразователь (далее АЦП) и персональный компьютер (далее ПК).
Примечание: АЦП и ПК на рисунке не изображены.
Техническим результатом является получение эпюры волновых давлений при различных режимах работы волнопродуктора.
Claims (4)
1. Пьезоэлектрический датчик силы удара, размещенный на измерительной панели, установленной в зоне разрушения поверхностных гравитационных волн, состоит из цельного прямоугольного корпуса, выполненного из диэлектрического материала, например, плекса, при этом в его верхней и боковой части предусмотрены два отверстия, боковое предназначено для герметичного вывода проводов, а верхнее - для размещения чувствительного элемента, представляющего собой мембрану из металлической пластины, на которой установлена пьезоэлектрическая керамика и нанесено токопроводящее напыление на внешней стороне, при изготовлении мембрана крепится к корпусу при помощи клея, а для надежной герметизации и исключения воздействия слабых токов на ее поверхность наносится слой силикона до верхней кромки отверстия, при этом данный слой силикона также выступает как демпфер, оказывая непосредственное воздействие на АЧХ устройства, металлические обкладки чувствительного элемента через активный полосовой фильтр подключены ко входу аналого-цифрового преобразователя, подключенного к компьютеру, фильтр датчика для уменьшения габаритов размещен отдельно и рассчитан таким образом, что со стороны высоких частот он подавляет помехи, связанные с высокочастотными колебаниями напряжения сети и внешними акустическими шумами, а со стороны низких частот ослабляет колебания с частотой ниже ƒ<0,5 Гц.
2. Пьезоэлектрический датчик силы удара по п. 1, отличающийся тем, что его корпус выполнен из диэлектрического материала.
3. Пьезоэлектрический датчик силы удара по п. 1, отличающийся тем, что активный полосовой фильтр размещен отдельно.
4. Пьезоэлектрический датчик силы удара по п. 1, отличающийся тем, что датчик размещен на измерительной панели, установленной в зоне разрушения поверхностных гравитационных волн.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2780709C1 true RU2780709C1 (ru) | 2022-09-29 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1337680A1 (ru) * | 1986-03-03 | 1987-09-15 | Ворошиловградский машиностроительный институт | Датчик силы удара |
RU126131U1 (ru) * | 2012-10-18 | 2013-03-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Датчик ударных волн |
CN205538038U (zh) * | 2016-04-01 | 2016-08-31 | 洪燎 | 一种压电式径向冲击力传感器 |
RU2621886C2 (ru) * | 2015-11-10 | 2017-06-07 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр") | Устройство для определения волновых давлений на корпус судна |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1337680A1 (ru) * | 1986-03-03 | 1987-09-15 | Ворошиловградский машиностроительный институт | Датчик силы удара |
RU126131U1 (ru) * | 2012-10-18 | 2013-03-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Датчик ударных волн |
RU2621886C2 (ru) * | 2015-11-10 | 2017-06-07 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр") | Устройство для определения волновых давлений на корпус судна |
CN205538038U (zh) * | 2016-04-01 | 2016-08-31 | 洪燎 | 一种压电式径向冲击力传感器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SU629496A1 (ru) | Акустический преобразователь ультразвука | |
US4085349A (en) | Piezo electric transducer for measuring instantaneous vibration velocity | |
AU2014217678A1 (en) | A sound sensor | |
CN102901841A (zh) | 一种智能三向加速度传感器 | |
RU2780709C1 (ru) | Пьезоэлектрический датчик силы удара | |
CN104614066B (zh) | 一种金属壳体密封的压电陶瓷水听器 | |
RU2296953C2 (ru) | Измеритель расхода газа с преобразованием колебания струи в электронный сигнал | |
CN111829648A (zh) | 一种压电式噪声传感器探头 | |
US4015233A (en) | Pressure sensor of low sensitivity with respect to acceleration | |
CN116754065A (zh) | 一种基于多孔阵列式pzt的声振动腔体传感结构 | |
CN210136010U (zh) | 水下冲击波传感器的传感装置 | |
US5724315A (en) | Omnidirectional ultrasonic microprobe hydrophone | |
CN114427888A (zh) | 双组压电陶瓷振动压力传感器 | |
RU2003133914A (ru) | Датчик и способ измерения давления | |
RU2392767C1 (ru) | Гидрофон | |
RU2724965C1 (ru) | Датчик абсолютных виброперемещений | |
RU207514U1 (ru) | Пьезоэлектрический акселерометр | |
RU2808718C1 (ru) | Пьезоэлектрический манометр для статических измерений | |
SU745022A1 (ru) | Двухканальный пьезоэлектрический преобразователь | |
RU2281470C1 (ru) | Устройство для измерения звукового давления | |
JPS6040922A (ja) | 超音波検出器 | |
RU2423679C1 (ru) | Измерительный преобразователь давления | |
SU1163242A1 (ru) | Устройство дл измерени влажности материалов | |
SU750301A1 (ru) | Гидроакустический пульсатор дл проверки датчиков давлени | |
RU2296966C2 (ru) | Устройство для измерения параметров импульсного давления |