SU1716354A1

SU1716354A1 - Vibration transducer

Info

Publication number: SU1716354A1
Application number: SU904792030A
Authority: SU
Inventors: Александр Борисович Новиков
Original assignee: Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова
Priority date: 1990-02-15
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1992-02-28

Abstract

Изобретение относитс к виброизмерительной технике и предназначено дл преобразовани пространственных колебаний в электрический сигнал. Цельизобретен.и - измерение трех ортогональных компонент ускорени . Вибропреобразователь содержит корпус 1 с выступами 2-6, измерительный узел, выполненный в виде попарно установленных инерционных элементов 7-12 ипьезопреобразователей 13-22, взаимодействующих с выступами 2-6 корпуса. Вибропреобразователь снабжен двум измерительными узлами, расположенными ортогонально первому, инерционные элементы 7-12 и пьезопреобразователи 13-22 измерительных узлов расположены в выступах корпуса 1 с образованием окна, сформи- рованного внутренними поверхност ми инерционных элементов 7-12 и пь.езопреоб- разователей 13-22, в окне каждого измерительного узла размещены инерционные элементы 7-12 другого измерительного узла , расположенные ортогонально плоскости размещени его измерительных элементов. Инерционные элементы 7-12 каждого измерительного узла жестко соединены между собой. 1 з.п. ф-лы. 3 ил. ЛThe invention relates to a vibration measuring technique and is intended to convert spatial oscillations into an electrical signal. The purpose of the invention is to measure the three orthogonal acceleration components. The vibration transducer includes a housing 1 with protrusions 2-6, a measuring unit, made in the form of pairwise installed inertial elements 7-12 and transducers 13-22, interacting with the projections 2-6 of the housing. The vibration transducer is equipped with two measuring nodes located orthogonally to the first, inertial elements 7-12 and piezotransducers 13-22 measuring nodes are located in the projections of the housing 1 with the formation of a window formed by the inner surfaces of the inertial elements 7-12 and deaerator 13- 22, inertia elements 7–12 of another measuring unit are placed in the window of each measuring unit orthogonal to the plane of placement of its measuring elements. The inertial elements 7-12 each measuring node is rigidly interconnected. 1 hp f-ly. 3 il. L

Description

Изобретение относитс к виброизмерительной технике и предназначено дл преобразовани пространственных колебаний в электрический сигнал.The invention relates to a vibration measuring technique and is intended to convert spatial oscillations into an electrical signal.

Известен вибропреобразователь, содержащий корпус и размещенные в нем инерционный элемент в виде шара, установленные во взаимно перпендикул рных плоскост х три электромеханических преобразовател , каждый из которых выполнен в виде параллельно расположенных пьезокерамических шайб, три диска, через которые инерционный элемент взаимодействует с электромеханическими преобразовател ми , и расположенные диаметрально противоположно последним три упругихA vibrator is known, comprising a housing and an inertial ball-shaped element disposed therein, three electromechanical transducers installed in mutually perpendicular planes, each of which is made in the form of parallel-arranged piezoceramic washers, three disks through which the inertial element interacts with electromechanical transducers, and located diametrically opposed to the last three elastic

элемента, взаимодействующие центрами с инерционным элементом.element interacting centers with inertial element.

Недостатком известного технического решени вл етс ограниченный в области высоких частот диапазон вибропреобразовател , обусловленный тем, что масса инерционного элемента больше нескольких грамм, поскольку шар не может быть по диаметру меньше диаметра пьезоэлемен- тов. Кроме того, при перемещении шара по поверхности дисков и упругих элементов, за счет наличи на их поверхности микронеровностей , происходит генераци высокочастотных колебаний, воспринимаемых вибропреобразователем как вибраци обь- екта.A disadvantage of the known technical solution is the range of the vibration transducer, limited in the high-frequency region, due to the fact that the mass of the inertial element is more than a few grams, since the ball cannot be smaller in diameter than the diameter of the piezoelectric elements. In addition, when the ball moves along the surface of the disks and elastic elements, due to the presence of micro-irregularities on their surface, high-frequency oscillations are perceived, perceived by the vibrator as object vibration.

f .f.

ijbf ijbf

tt

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату вл етс вибропреобразователь, содержащий корпус с выступами и измерительный угол, выполненный в виде попарно установленных элементов и взаимодействующих с выступами корпуса.The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a vibration transducer, comprising a housing with protrusions and a measuring angle, made in the form of pairs of installed elements and interacting with the projections of the housing.

Недостатком данного вибропреобразовател вл етс невозможность измерени трех ортогональных составл ющих виброускорени пространственных колебаний объекта, что особенно сильно про вл етс на высоких частотах, где небольшие перемещени вызывают значительные ускорени .The disadvantage of this vibration transducer is the impossibility of measuring the three orthogonal components of the vibration acceleration of spatial oscillations of an object, which is particularly pronounced at high frequencies, where small movements cause significant accelerations.

Цель изобретени - измерение трех ортогональных компонент ускорени .The purpose of the invention is to measure the three orthogonal acceleration components.

Указанна цель достигаетс тем, что вибропреобразователь, содержащий корпус с выступами и измерительный узел, выполненный в виде попарно установленных инерционных элементов и пьезопреобразо- вателей, взаимодействующих с выступами корпуса, снабжен двум измерительными узлами, расположенными ортогонально первому, элементы и преобразователь измерительных узлов расположены в выступах корпуса с образованием окна, сформированного внутренними поверхност ми инерционных масс пьезопреобразо- вателей и выступов корпуса. В окне каждого измеритель-ногоузла размещены инерционные массы другого измерительного узла, расположенные .ортогонально плоскости проход щей через инерционные массы.This goal is achieved by the fact that the vibration transducer, comprising a housing with protrusions and a measuring unit made in the form of pairwise installed inertial elements and piezotransducers interacting with the projections of the body, is equipped with two measuring units located orthogonally to the first, the elements and the transducer of the measuring units are located in the projections the housing with the formation of a window formed by the internal surfaces of the inertial masses of the piezotransducers and the projections of the housing. The inertial masses of another measuring unit, located orthogonal to the plane passing through the inertial masses, are placed in the window of each measuring node.

Кроме того, указанна цель достигаетс тем, что инерционные массы каждого измерительного узла жестко соединены между собой.In addition, this goal is achieved by the fact that the inertial masses of each measuring unit are rigidly interconnected.

На фиг. 1 изображена обща схема взаимного расположени элементов вибропреобразовател ; на фиг. 2 - вибропреобразователь, со свободными пье- зоэлементами, разрез; на фиг. 3 - то же, с жестко соединенными инерционными массами каждой пары.FIG. 1 shows a general scheme of the mutual arrangement of the elements of the vibration transducer; in fig. 2 - vibration transducer, with free piezoelements, cut; in fig. 3 - the same, with rigidly connected inertial masses of each pair.

Вибропреобразоватёль содержит корпус 1 с выступами 2-5, измерительные узлы, выполненные в виде попарно установленных инерционных масс 7-12 и пьезопреоб- разователей 13-22, взаимодействующих с выступами 2-5 корпуса 1. Инерционные массы 7-12 и пьезопреобразователи 13-22 измерительных узлов расположены в выступах корпуса 1 с образованием окна, сформированного внутренними поверхност ми инерционных масс 7-12 пьёзопрерб- разователей 13-22 и выступов корпуса 2-6 в окне каждого измерительного узла размещены инерционные массы 7-12 другого измерительного узла, расположенные ортогонально плоскости размещени его инерцм- ониых масс.The vibrating converter comprises a housing 1 with protrusions 2–5, measuring nodes made in the form of pairwise installed inertial masses 7–12 and piezotransducers 13–22, interacting with the protrusions 2–5 of the housing 1. Inertial masses 7–12 and piezoelectric transducers 13-22 measuring nodes are located in the projections of housing 1 with the formation of a window formed by the inner surfaces of inertial masses 7–12 piezoelectric transducers 13–22 and projections of housing 2–6 in the window of each measuring node are placed inertial masses 7–12 of another measuring node orthogonal to the plane of its inertial mass.

Инерционные массы каждой пэры могутThe inertial masses of each peers can

быть жестко соединены между собой (выполнены как единое целое) и образуют при этом пластины 23-25 с пр моугольными отверсти ми (фиг. 3). При этом центры инерции пластин 23-25 должны совпадать.be rigidly interconnected (made as a whole) and form plates 23–25 with rectangular holes (Fig. 3). In this case, the inertia centers of the plates 23-25 must coincide.

0 Пьезопреобразователи 13-22 могут быть выполнены в виде пластин или наборов пластин (не показано. Пьезопреобразователи 13-22 могут быть приклеены к соответствующим инерционным массам 7-12 и высту5 пам 2-6 корпуса 1 или закреплены в них при помощи шпилек 26-30 с гайками 31-36. изолированных от корпуса с помощью втулок 37-40. Наиболее эффективно применение сдвиговых пьезоэлементов, хот в данном вибропреобразователе могут быть исполь0 зованы и компрессионные пьезоэлемен- ты.0 Piezo transducers 13-22 can be made in the form of plates or sets of plates (not shown. Piezo transducers 13-22 can be glued to the corresponding inertial masses 7-12 and protrusion of memory 2-6 of housing 1 or fixed in them with pins 26-30 with nuts 31–36, insulated from the body using bushings 37–40. The use of shear piezoelements is most effective, although compression piezoelectric elements can also be used in this vibrator.

Вибропреобразователь работает следующим образом.The vibrator works as follows.

При колебании корпуса 1 вибропреоб5 разователи будут происходить перемещени каждой пары инерционных масс 7-12 вдоль одной из ортогональных составл ющих пропорционально ускорению, действующему вдоль направлени каждой изWhen the vibration transducer case 1 oscillates, the distributors will move each pair of inertial masses 7-12 along one of the orthogonal components in proportion to the acceleration acting along the direction of each of the

0 составл ющих, В результате сдвиговых деформаций пьезопреобразователей 13-22, выполненных в виде пластин или наборов пластин сдвиговых пьезоэлементов, на них по вл ютс потенциалы, пропорциональ5 ные данной составл ющей пространственного колебательного движени . Применение сдвиговых пьезопреобразователей позвол ет снизить коэффициент поперечной чувствительности каждой группы0 components. As a result of the shear deformations of piezotransducers 13-22, made in the form of plates or sets of plates of the shear piezoelectric elements, potentials proportional to this component of the spatial oscillatory motion appear on them. The use of shear piezo transducers reduces the transverse sensitivity coefficient of each group.

0 пьезопреобразователей 13-22, так как потенциалы на них возникают в случае сдвиговой деформации только в одном направлении, кроме того, сдвиговые преобразователи не реагируют на сжатие и раст 5 жение.0 piezoelectric transducers 13–22, since the potentials on them arise in the case of shear deformation in one direction only, moreover, shear transducers do not react to compression and tension 5.

При сдвиге инерционных масс 2-6 не происходит движени их по поверхности пьезопреобразователей 13-22 и не возникает дополнительных погрешностей. ПриWhen the inertial masses shift 2-6, they do not move on the surface of the piezo transducers 13-22 and additional errors do not occur. With

0 использовании компрессионных пьезоэлементов , кажда пара инерционных масс 7-12 измер ет составл ющую, перпендикул рную плоскости пьезоэлементов 13-22. В этом случае возможно также измерение уг5 ловых колебаний при регистрации сигнала с каждого пьезоэлемента. Соединение инерционных масс 7-12 каждой пары между собой (выполнение их как единое целое) снижает погрешности, возникающие вследствие несовершенства изготовлени вибропреобразовател , так как отклонение от параллельности не св занных между собой пар инерционных масс 7-12 приводит к снижению точности измерени .ортогональных составл ющих пространственного движе- ни , вследствие самосто тельного движени каждой инерционной массы 7-12 в паре. Если пластины 23-25 движутс как единое целое, а сдвиговые пьезоэлементы пьезоп- реобразователей 13-22 преобразуют в элек- трический сигнал движение пластин 23-25 только в одном направлении, эти погрешности отсутствуют.Using compression piezoelectric elements, each pair of inertial masses 7-12 measures a component perpendicular to the plane of the piezoelectric elements 13-22. In this case, it is also possible to measure angular oscillations when registering a signal from each piezoelectric element. Combining the inertial masses 7-12 of each pair with each other (performing them as a single whole) reduces the errors resulting from imperfect manufacturing of the vibrator, since a deviation from parallelism of unrelated inertial masses 7-12 leads to a decrease in the accuracy of measuring the orthogonal components spatial motion due to the independent movement of each inertial mass 7–12 in a pair. If the plates 23-25 move as a single unit, and the piezo transducer shear piezoelectric transducers 13-22 convert the movement of the plates 23-25 into an electric signal only in one direction, these errors are absent.

Выполнение вибропреобразовател с совмещенным в единой точке дл всех трех пар инерционных масс 7-12 или пластин 23- 25, выполн ющих их роль в конструкции, изображенной на фиг. 3. центром инерции позвол ет также повысить точность измерени ортогональных составл ющих про- странственных колебаний, объекта.The vibration transducer is made with a single point combined for all three pairs of inertial masses 7-12 or plates 23-25 that perform their role in the construction shown in FIG. 3. The center of inertia also makes it possible to increase the accuracy of measuring the orthogonal components of the spatial oscillations of an object.

Claims

The formula of the image. 1. The vibrator, comprising a housing and a first measuring unit,

modulating with a housing, characterized in that, in order to measure the three orthogonal acceleration components, the housing is made cubic with six protrusions placed on each of the faces of the cube, the converter is equipped with second and third measuring units, each of the measuring units is made in the form of two inertial masses, spaced parallel to the grades of the hull on different sides of the projections

interacting with inertial masses of four piezotransducers, each of which is located between the projections of opposite faces of the body and inertial mass, the first measuring unit is perpendicular to the second and covers it, the third measuring unit is located perpendicular to the first and second measuring nodes and covers the first measuring node .

2. Vibration transducer according to claim. Characterized in that, in order to increase the measurement accuracy, the inertial masses of each measuring unit are rigidly interconnected.

N /

1

V

1V M

6

.

-M

/ -.vvv.

Fig3