RU96256U1

RU96256U1 - VIBRATION MEASURING PIEZOINDUCTION CONVERTER

Info

Publication number: RU96256U1
Application number: RU2010111240/22U
Authority: RU
Inventors: Галина Владимировна Панкина; Арий Гаврилович Синотов; Анастасия Ариевна Синотова; Евгений Александрович Данилин; Надежда Михайловна Пучкова; Марина Григорьевна Семенко
Original assignee: ГОУ ДПО Академия стандартизации, метрологии и сертификации (учебная)
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2010-07-20

Abstract

Измерительный пьезоиндукционный преобразователь вибрации, содержащий корпус, источник электропитания, инерционный груз, пьезоблок, выполненный из двух пьезоэлементов, скрепленных между собой через прокладку, при этом нижний пьезоэлемент блока жестко прикреплен к корпусу, а верхний пьезоэлемент сопряжен с инерционным грузом, и электроизмерительный прибор, отличающийся тем, что инерционный груз выполнен в виде постоянного магнита, вокруг которого на внутренней поверхности корпуса закреплена индукционная катушка, электрически соединенная посредством переключателя выборочно с электроизмерительным прибором или с источником электропитания, при этом упомянутый постоянный магнит неразъемно прикреплен к верхнему пьезоэлементу пьезоблока с возможностью перемещения вдоль оси корпуса в пределах упругой деформации элементов пьезоблока. A measuring piezoelectric vibration transducer comprising a housing, an electrical power source, an inertial load, a piezo block made of two piezoelectric elements fastened together through a gasket, while the lower piezoelectric element of the block is rigidly attached to the body, and the upper piezoelectric element is paired with an inertial load, and an electric measuring device the fact that the inertial load is made in the form of a permanent magnet around which an induction coil is fixed on the inner surface of the housing, electrically connected optionally by means of a switch with an electric measuring device or with a power source, wherein said permanent magnet is permanently attached to the upper piezoelectric element of the piezoelectric block with the possibility of movement along the axis of the body within the elastic deformation of the piezoelectric block elements.

Description

Полезная модель относится к области контроля соответствия расчетных параметров состояния зданий, сооружений и объектов техники при эксплуатационном вибронагружении для исключения их перегрузок на объектах атомной энергетики, строительства, транспорта, а именно - к виброизмерительным устройствам при измерении параметров виброударных процессов.The utility model relates to the field of monitoring the compliance of the calculated parameters of the state of buildings, structures and engineering objects during operational vibration loading to exclude their overloads at nuclear facilities, construction, transport, and in particular to vibration measuring devices when measuring vibration shock parameters.

Измерение параметров колебательного движения в технике принято называть виброметрией, которая имеет дело с процессами, носящими периодический (промышленные вибрации, сейсмометрия) или импульсный (удары, взрывы) характер. Соответственно, и к приборам, предназначенным для измерения различных видов колебательного движения, предъявляются различные требования как по чувствительности, так и по необходимой величине частотного диапазона.The measurement of the parameters of vibrational motion in technology is called vibrometry, which deals with processes that are periodic (industrial vibration, seismometry) or pulsed (impacts, explosions) in nature. Accordingly, for instruments designed to measure various types of oscillatory motion, various requirements are imposed both in sensitivity and in the required value of the frequency range.

Для количественного измерения параметров движения (скорость, ускорение, перемещение) используют различные типы основных преобразователей: реостатные, тензорезисторные, индуктивные, фотоэлектрические, индукционные, пьезоэлектрические и другие.For the quantitative measurement of motion parameters (speed, acceleration, displacement), various types of main converters are used: rheostat, strain gauge, inductive, photoelectric, induction, piezoelectric and others.

Для измерения виброускорений широкое распространение получили виброакселерометры с пьезоэлектрическими преобразователями, характеризующиеся простотой и надежностью конструкций, высокой чуствительностью и малыми габаритами и массой.To measure vibration acceleration, vibration accelerometers with piezoelectric transducers are widely used, characterized by simplicity and reliability of structures, high sensitivity and small dimensions and weight.

Однако, в области низких частот, характерных для транспортных виброускорений, возможности приборов с пьезоэлектрическими преобразователями ограничены.However, in the low frequency region characteristic of transport vibration accelerations, the capabilities of devices with piezoelectric transducers are limited.

На решение задачи расширения возможностей пьезоэлектрических преобразователей и направлено данное техническое решение.This technical solution is aimed at solving the problem of expanding the capabilities of piezoelectric transducers.

Из сведений, общедоступных до даты приоритета заявленного технического решения, известно следующее средство того же назначения:From information publicly available prior to the priority date of the claimed technical solution, the following means of the same purpose are known:

Измерительный пьезоиндукционный преобразователь вибрации, содержащий корпус, источник электропитания, инерционный груз, пьезоблок, выполненный из двух пьезоэлементов, скрепленных между собой через прокладку, при этом нижний пьезоэлемент блока жестко прикреплен к корпусу, а верхний пьезоэлемент сопряжен с инерционным грузом, и электроизмерительный прибор (патент РФ №75615). Это техническое решение является наиболее близким к заявленной полезной модели и, поэтому принято за прототип.A measuring piezoelectric vibration transducer comprising a housing, an electrical power source, an inertial load, a piezo block made of two piezoelectric elements fastened together through a gasket, while the lower piezoelectric element of the block is rigidly attached to the body, and the upper piezoelectric element is paired with an inertial load, and an electrical measuring instrument ( RF №75615). This technical solution is the closest to the claimed utility model and, therefore, is taken as a prototype.

Известное техническое решение обладает недостатком связанным с невозможностью измерений в области низких частот, характерных для транспортных виброускорений, а также нестабильностью характеристик пьезоблока.The known technical solution has the disadvantage associated with the impossibility of measurements in the low-frequency region characteristic of transport vibration accelerations, as well as the instability of the characteristics of the piezoelectric unit.

Полезная модель направлена на получение технического результата, устраняющего указанные недостатки путем расширение эксплуатационных возможностей за счет объединения в одном преобразователе функций акселерометра и велосиметра и улучшения метрологических характеристик вследствие электромагнитного демпфирования инерционного груза.The utility model is aimed at obtaining a technical result that eliminates these disadvantages by expanding operational capabilities by combining the functions of an accelerometer and a bicycle meter in one transducer and improving metrological characteristics due to electromagnetic damping of inertial loads.

Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь изобретения с указанным техническим результатом.The following are general and particular significant features characterizing the causal relationship of the invention with the specified technical result.

Измерительный пьезоиндукционный преобразователь вибрации, содержащий корпус, источник электропитания, инерционный груз, пьезоблок, выполненный из двух пьезоэлементов, скрепленных между собой через прокладку, при этом нижний пьезоэлемент блока жестко прикреплен к корпусу, а верхний пьезоэлемент сопряжен с инерционным грузом, и электроизмерительный прибор. Инерционный груз выполнен в виде постоянного магнита, вокруг которого на внутренней поверхности корпуса закреплена индукционная катушка, электрически соединенная выборочно посредством переключателя с электроизмерительным прибором или с источником электропитания. Упомянутый постоянный магнит неразъемно прикреплен к верхнему пьезоэлементу пьезоблока с возможностью перемещения вдоль оси корпуса в пределах упругой деформации элементов пьезоблока.A measuring piezoelectric vibration transducer comprising a housing, an electrical power source, an inertial load, a piezo block made of two piezoelectric elements fastened together through a gasket, while the lower piezoelectric element of the block is rigidly attached to the body, and the upper piezoelectric element is paired with an inertial load, and an electrical measuring device. The inertial load is made in the form of a permanent magnet, around which an induction coil is fixed on the inner surface of the housing, electrically connected selectively by means of a switch to an electrical measuring device or to a power source. The said permanent magnet is permanently attached to the upper piezoelectric element of the piezoelectric block with the possibility of movement along the axis of the housing within the elastic deformation of the elements of the piezoelectric block.

Технический результат, достигаемый во всех случаях реализации объекта, обеспечивается следующей совокупностью новых, отличительных признаков:The technical result achieved in all cases of the implementation of the object is provided by the following combination of new, distinctive features:

- инерционный груз выполнен в виде постоянного магнита, вокруг которого на внутренней поверхности корпуса закреплена индукционная катушка, электрически соединенная выборочно с электроизмерительным прибором или с источником электропитания, при этом упомянутый постоянный магнит установлен в корпусе с возможностью свободного перемещения вдоль оси корпуса и неразъемно прикреплен к верхнему пьезоэлементу блока.- the inertial load is made in the form of a permanent magnet, around which an induction coil is mounted on the inner surface of the housing, electrically connected selectively to an electrical measuring device or to a power source, while the said permanent magnet is installed in the housing with the possibility of free movement along the axis of the housing and is permanently attached to the upper piezoelectric block.

На чертеже представлен общий вид фиг.1 представлен общий вид пьезоиндукционного преобразователя вибрации.The drawing shows a General view of figure 1 presents a General view of a piezoelectric vibration transducer.

Пьезоиндукционный преобразователь вибрации содержит корпус 1, источник электропитания 2, пьезоблок 3, выполненный из двух пьезоэлементов. Пьезоблок, выполнен из двух пьезоэлементов, скрепленных между собой через прокладку 4, при этом нижний пьезоэлемент пьезоблока 3 жестко прикреплен к корпусу 1, а верхний пьезоэлемент сопряжен с инерционным грузом 5. Устройство снабжено электроизмерительным прибором 6. Инерционный груз 5 выполнен в виде постоянного магнита, вокруг которого на внутренней поверхности корпуса закреплена индукционная катушка 7, электрически соединенная выборочно через переключатель 8 с электроизмерительным прибором 6 или с источником электропитания 2. Упомянутый постоянный магнит неразъемно прикреплен к верхнему пьезоэлементу пьезоблока с возможностью перемещения вдоль оси корпуса в пределах упругой деформации элементов пьезоблока.The piezoelectric vibration transducer comprises a housing 1, a power supply 2, a piezo block 3 made of two piezoelectric elements. The piezoelectric block is made of two piezoelectric elements fastened together through a gasket 4, while the lower piezoelectric element of the piezoelectric block 3 is rigidly attached to the housing 1, and the upper piezoelectric element is paired with an inertial load 5. The device is equipped with an electrical measuring device 6. The inertial load 5 is made in the form of a permanent magnet, around which an induction coil 7 is fixed on the inner surface of the housing, electrically connected selectively through a switch 8 to an electrical measuring device 6 or to a power source 2. Mentioned the first permanent magnet is integrally attached to the upper piezoelement piezoelectric unit movably along the axis of the housing within the elastic deformation elements piezoelectric unit.

Корпус герметично закрыт крышкой 9 и имеет резьбовой наконечник 10 для вворачивания в испытуемый объект.The housing is hermetically closed by a cover 9 and has a threaded tip 10 for screwing into the test object.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле полезной модели, включая характеристику назначения. Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".Comparison of the claimed technical solution with the prior art known from the scientific, technical and patent documentation as of the priority date in the main and related sections did not reveal a tool that has features identical to all the features contained in the proposed utility model formula, including the purpose of the assignment. That is, the set of essential features of the claimed solution was not previously known and is not identical to any known technical solutions, therefore, it meets the condition of patentability “novelty”.

Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии полезной модели указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом и использовано в метрологии для виброизмерений, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат.This technical solution is industrially applicable, because its purpose is indicated in the description of the application and the name of the utility model, it can be manufactured industrially and used in metrology for vibration measurements, it is efficient, feasible and reproducible, and the distinguishing features of the device allow to obtain the desired technical result.

Полезная модель в том виде, как она охарактеризована в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлена с помощью средств и методов, описанных в прототипе, ставшим общедоступным до даты приоритета полезной модели. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".The utility model in the form as described in each of the claims can be implemented using the tools and methods described in the prototype, which became public until the priority date of the utility model. Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "industrial applicability".

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Перед началом измерений пьезоиндукционный преобразователь вворачивается резьбовым наконечником 10 в отверстие в испытуемом объекте.Before starting the measurements, the piezoelectric transducer is screwed with a threaded tip 10 into the hole in the test object.

Информацию о вибрации и ударах исследуемого объекта можно получить от двух независимых преобразователей: пьезоэлектрического и индукционного, работающих на различных принципах - в пьезоблоке - за счет воздействия на пьезоэлемент инерционного груза на его обкладках возникает электрический сигнал пропорциональный действующему усилию, и - в индукционном датчике, работающим как велосиметр, при колебаниях постоянного магнита в обмотке его индукционной катушки возникает эдс (электродвижущая сила), пропорциональная изменению магнитного потока. Для улучшения метрологических характеристик пьезопреобразователя данное техническое решение позволяет применить электромагнитное демпфирование. В этом случае переключателем 8 индукционная катушка соединяется с источником электропитания 2. При этом возникает тормозящее усилие на постоянный магнит (инерционный груз), т.е. появляется «электромагнитная пружина», которая демпфирует колебания.Information on vibration and shock of the object under study can be obtained from two independent transducers: piezoelectric and induction, operating on different principles - in the piezoelectric unit - due to the inertial load acting on the piezoelectric element, an electrical signal proportional to the acting force arises on its plates, and - in the induction sensor working like a velocimeter, when the permanent magnet oscillates, an emf (electromotive force) arises in the winding of its induction coil, proportional to the change in the magnetic time. To improve the metrological characteristics of the piezoelectric transducer, this technical solution allows the use of electromagnetic damping. In this case, with the switch 8, the induction coil is connected to the power supply 2. In this case, a braking force on the permanent magnet (inertial load) occurs, i.e. an “electromagnetic spring” appears, which damps the vibrations.

Использование полезной модели позволяет расширить эксплуатационные возможности преобразователя вибрации за счет объединения в одной конструкции элементов с функциями акселерометра и велосиметра, а также улучшить метрологические характеристики прибора вследствие электромагнитного демпфирования инерционного груза.Using the utility model allows expanding the operational capabilities of the vibration transducer by combining elements with the functions of an accelerometer and a bicycle meter in one design, as well as improving the metrological characteristics of the device due to electromagnetic damping of inertial loads.

Claims

A measuring piezoelectric vibration transducer comprising a housing, an electrical power source, an inertial load, a piezo block made of two piezoelectric elements fastened together through a gasket, while the lower piezoelectric element of the block is rigidly attached to the body, and the upper piezoelectric element is paired with an inertial load, and an electric measuring device the fact that the inertial load is made in the form of a permanent magnet around which an induction coil is fixed on the inner surface of the housing, electrically connected optionally by means of a switch with an electric measuring device or with a power source, wherein said permanent magnet is permanently attached to the upper piezoelectric element of the piezoelectric block with the possibility of movement along the axis of the body within the elastic deformation of the piezoelectric block elements.