SU1747977A1 - Пьезоэлектрический вибростенд - Google Patents
Пьезоэлектрический вибростенд Download PDFInfo
- Publication number
- SU1747977A1 SU1747977A1 SU894785324A SU4785324A SU1747977A1 SU 1747977 A1 SU1747977 A1 SU 1747977A1 SU 894785324 A SU894785324 A SU 894785324A SU 4785324 A SU4785324 A SU 4785324A SU 1747977 A1 SU1747977 A1 SU 1747977A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- vibration
- piezoelectric
- housing
- vibroplatform
- cylinders
- Prior art date
Links
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к испытательной технике и может быть использовано дл вибрационных испытаний изделий и калибровки датчиков. Цель изобретени - повышение точности воспроизведени вибраций за счет снижени нелинейных искажений и увеличени диапазона воспроизводимых амплитуд ускорений. Стенд содержит корпус (1), виброплатформу (2) дл установки испытуемого издели , подвешенную к корпусу посредством мембраны (3) и св занную с ним через пьезоэлектрический вибровозбудитель. Последний включает два пьезоэлемента,
Description
Изобретение относитс к испытательной технике, а именно к пьезоэлектрическим вибростендам, и может быть использовано при калибровке датчиков, а также при проведении вибрационных испы- таний изделий.
Известен пьезоэлектрический вибростенд , представл ющий собой полый цилиндрический вибратор, набранный из пьезоэлектрических колец. Электрически кольца соединены параллельно, а механически последовательно, поэтому амплитуда колебаний цилиндра вдоль оси равна сумме колебаний отдельных колец. Нижнее кольцо склеено с массивным основанием, а верхнее с платформой дл креплени испытуемых датчиков. Такой вибростенд имеет простую конструкцию, но пригоден дл работы лишь на резонансной частоте и при малых весовых нагрузках.
Наиболее близким к за вл емому по технической сущности вл етс пьезоэлектрический вибростенд, содержащий корпус, виброплатформу дл установки испытуемого датчика, подвешенную к корпусу по- средством мембраны, и св занные с виброплатформой пьезовибраторы, снабженные концентраторами с различными резонансными частотами, расположенны- ми равномерно по окружности и имеющими одну точку пересечени осей.
Вибростенд-прстотип имеет высокое значение нелинейности амплитудной характеристики . Это обусловлено тем, что де- формаци пьезокерамики зависит от того, совпадает ли направление приложенного электрического пол с направлением no/ta- ризации и носит нелинейный гистерезис- ный характер. При этом нелинейные искажени от двух механически соединенных последовательно пьезоэлементов складываютс и возрастают с увеличением напр женности приложенного электрического пол .
Известный вибростенд имеет и другие недостатки. Рабочие концентраторы с пье- зовибраторами устанавливаютс под углом к виброплатформе. Это требует изготавливать основание в виде образующей поверхности усеченного конуса, обрабатывать которую по высокому классу точности очень сложно. Плоха обработка поверхности приводит к снижению контактной жесткости стыка вибратор-корпус, и как следствие к уменьшению амплитуды вибрации и резонансной частоты.
Кроме того, вибростенд-прототип имеет узкий диапазон рабочих частот и ускорений , который ограничен областью резонан- сов концентраторов. Нетрудно установить, что вдали от резонанса рабоча амплитуда смещени двух пьезоэлементов, использованных в конструкции равна
W 2d33- U,
где d33 - пьезомодуль керамики;
U - прилЪженное электрическое напр жение .
При использовании наиболее распространенной керамики ЦТС-19, дл которой йзз равно 200 пКл/Н, и при значении электрического напр жени 100В, развиваемого современными генераторами, получают амплитуду перемещени W 0,04 мкм.
Тогда, например, дл базовой частоты из диапазона 50-1000 Гц, на которой измер ют коэффициент преобразовани акселерометров , это будет соответствовать ускорени м 0,004-1,6 м-с . Такие амплитуды виброускорений пригодны дл калибровки ограниченного числа акселерометров, имеющих очень высокий коэффициент преобразовани .
Кроме того, незначительные рабочие виброперемещени концентраторов обуславливают повышенные требовани к технологии , в частности к точности и качеству изготовлени элементов конструкции вибростенда . Очевидно, что ошибка в размерах при установке концентраторов в сотые доли микрона приводит как к искажению амплитудно-частотной характеристики вибростенда, так и к по влению значительных боковых составл ющих колебаний из-за неравномерной нагрузки виброплатформы.
Этот вибростенд имеет значительные габариты из-за установки пьезовибраторов под углом, необходимости изготавливать виброплатформу и основание в виде усеченных конусов, а также наличи пассивных концентраторов.
Цель изобретени - повышение точности воспроизведени вибраций за счет снижени нелинейных искажений и увеличение диапазона воспроизводимых амплитуд ускорений .
Дл этого в пьезоэлектрическом вибростенде , содержащем корпус, виброплатформу дл установки испытуемого издели , подвешенную к корпусу посредством мембраны , св занный с виброплатформой пьезоэлектрический вибровозбудитель, включающий два пьезоэлемента, последние выполнены в виде коаксиально установленных по рабочей оси вибростенда с зазором между ними полых цилиндров с радиальной пол ризацией, которые выполнены из пьезоматериалов с одинаковым пьезомодулем и одинаковой симметричной формой петель гистерезиса, и соединены электрически параллельно с коммутацией электродов разной пол рности, а механически - последовательно, причем один из цилиндров соединен торцом с корпусом, второй с виброплатформой, а свободные торцы цилиндров жестко соединены между собой.
На фиг.1 изображена конструкци предлагаемого вибростенда; на фиг.2 -схема коммутации пьезоэ ементов в вибраторе .
Пьезоэлектрический вибростенд содержит корпус 1, св занный с виброплатформой 2 через мембрану 3. Мембрана 3 поджимаетс к корпусу 1 накладным хомутом 4 при помощи винтов 5, а виброплатформа 2 вкручиваетс в центральную часть мембраны 3 и дополнительно фиксируетс контргайкой 5.
Пьезовибратор стенда состоит из двух коаксиально установленных по рабочей оси вибростенда с зазором между ними полых пьезоцилиндров 7 и 8 с радиальной пол ризацией (пол ризованных по толщине).
Цилиндры выполнены из пьезоэлектрических материалов с одинаковой симметричной формой петли гистерезиса и одинаковым пьезомодулем.
Электрически пьезоцилиндры 7 и 8 в вибраторе соединены параллельно (фиг.2) и
0 подключаютс к источнику переменного электрического напр жени (не показано). При этом вместе скоммутированы электроды , имеющие противоположный знак пол ризации (на фиг.2 отмечены знаками + и
5 -). Механически цилиндры соединены последовательно .
Внешний цилиндр 7 одним своим торцом присоединен к корпусу 1 вибростенда, а свободные торцы цилиндров 7 и 8 жестко соединены между собой и установлены с возможностью перемещени относительно корпуса. При этом цилиндры одной парой торцов установлены на соединительном элементе 9 и поджаты другими торцами к
основанию и виброплатформе 2 соответственно дополнительным упругим элементом 10, размещенным между корпусом и соединительным элементом при помощи винтов 11.
0 Пьезоцилиндры 7 и 8 центрируютс относительно корпуса 1 виброплатформы 2 и соединительного элемента 9 фторопластовыми втулками 12-15.
При сборке вибростенда пьезоцилиндр
5 7 устанавливают на соединительный элемент 9 и поджимают к корпусу 1 дополнительным упругим элементом 10 с некоторой силой F, величину которой определ ют по прогибу последнего. Затем на соединитель0 ный элемент устанавливают пьезоцилиндр 8, а мембрану 3 поджимают к корпусу хомутом 4. На последнем этапе сборки пьезоцилиндр 8 прижимают к соединительному элементу 9 с усилием F0, вворачива вибро5 платформу 2 в мембрану 3 до получени необходимого прогиба последней. Виброплатформу 2 фиксируют контргайкой 6.
Пьезоэлектрический вибростенд работает следующим образом.
0 На пьезоцилиндры 7 и 8 подаетс переменное электрическое напр жение, которое они преобразуют в механическое перемещение . Так как пьезоэлементы представл ют собой полые цилиндры, пол ризованные
5 по толщине, то благодар обратному пьезо- эффекту они измен ют свои линейные размеры под действием электрического напр жени на величину
40
W - dai U Ь/-а
где dsi - пьезомодуль керамики пьезоцилиндров , Кл/Н;
U - приложенное электрическое напр - 45 жение, В;
b - высота пьезоцилиндра, м;
а - толщина стенки пьезоцилиндра, м;
Так как пьезоэлементы соединены электрически параллельно, при встречном направлении пол ризации, указанном на фиг.2, то они будут измен ть свои линейные размеры, соверша колебани в противофа- зе (один раст гиваетс , другой сжимаетс и наоборот). В конструкции вибростенда жесткость дополнительного упругого элемента К . Ко жесткости мембраны, а сила поджати F FO. Тогда, раст гива сь под действием электрического напр жени , пьезоцилиндр 7 сместит дополнительный соединительный элемент 9 и упругий элемент 10, а вместе с ним пьезоцилиндр 8 на рассто ние W, Так как мембрана 3 предварительно напр жена, то, стрем сь распр митьс , получает вместе с виброплатформой 2 такое же смещение. Одновременно происходит сжатие пьезоцилиндра 8 на величину W, что приводит к дополнительному смещению виброплатформы 2. Таким образом, суммарное смещение составл ет 2W.
При сжатии пьезоцилиндра 7 происходит смещение дополнительного соединительного элемента 9 с пьезоцилиндром 8 под действием силы со стороны упругого элемента 10 на величину W. Одновременно происходит раст жение пьезоцилиндра 8 на величину W, что вызывает дополнительное смещение виброплатформы 2. Суммарное смещение как и раньше составл ет 2W,
Подава на вибростенд переменное напр жение с частотой со, получают переменное смещение виброплатформы с амплитудой ± 2W или с ускорением а 2 ft/ W.
Использование в вибраторе разно- толщинных коаксиально расположенных пьезоцилиндров одинаковой высоты, установленных с зазором между собой, а также их электрическое параллельное соединение при разном знаке направлени пол ризации скоммутированных электродов позвол ет уменьшить величину нелинейн.ых искажений вибростенда.
Установка пьезоцилиндров одной ла- рой торцов на соединительном элементе и другими торцами на корпусе и в виброплатформе позвол ет включить их механически последовательно, а следовательно, получить суммарную амплитуду виброперемещени виброплатформы и расширить диапазон воспроизводимых ускорений, без дополнительного увеличени габаритных размеров.
Дополнительное упругое поджатие пьезоцилиндров к корпусу и виброплатформе с
силой F с помощью упругого элемента позвол ет расширить и получить максимально возможный амплитудный рабочий диапазон стенда.
Величину этой силы F дополнительного
поджати выбирают из услови
F (3d3i -U -К, a /
где dat - пьезомодуль керамики пьезоцилиндров , Кл/Н;
U - предельное рабочее напр жение пьезоцилиндров, В;
Ь,а - высота и толщина стенок пьезоцилиндров соответственно, м;
FO - усилие поджати мембраной, Н;
Ко,К - жесткость мембраны и дополнительного упругого элемента, Н/м соответственно .
Кроме того, выполнение вибратора в виде наружного и внутреннего пустотелых, коаксиально расположенных пьезоцилиндров позвол ет уменьшить габариты стенда. Диаметральный размер вибратора равен, а продольный размер незначительно превышает размеры наружного пьезоэлемента, внутренний объем которого вл етс рабочей зоной второго пьезоэлемента.
Предлагаемый вибростенд имеет высокую осевую жесткость, большое толкающее
усилие и работает вдали от резонансной частоты. Это позвол ет испытывать на нем издели с большой массой, непосредственно нагружа их на виброплатформу.
Изготовленный макет вибростенда с
вибратором из двух пьезоэлементов высотой 71 мм, наружным диаметром 28 и 18 мм и толщино й стенки 1,5 мм из материала ЦТСНВ-1, показывает следующие основные технические характеристики:
резонансна частота 4 кГц, амплитуда виброперемещени 0,012 мкм/В; амплитуда виброускорени на частоте 1000 Гц, при напр жении 100 В 50 м масса испытуемых изделий 5 кг.
Claims (1)
- Формула изобретениПьезоэлектрический вибростенд, содержащий корпус, виброплатформу дл установки испытуемого издели , подвешенную к корпусу посредством мембраны , св занный с виброплатформой пьезоэлектрический вибровозбудитель, включающий два пьезоэлемента, отличающийс тем, что, с целью повышени точности воспроизведени вибраций засчет снижени нелинейных искажений и увеличени диапазона воспроизводимых амплитуд ускорений, пьезоэлементы выполнены в виде коаксиально установленных по рабочей оси вибростенда с зазором междуними полых цилиндров с радиальной пол ризацией , которые выполнены из пьезома- териалов с одинаковым пьеэомодулем и одинаковой симметричной формой петель гистерезиса и соединены электрически параллельно с коммутацией электродов разной пол рности, а механически - последовательно , причем один из цилиндров соединен торцом с корпусом, другой - с виброплатформой, а свободные торцы цилиндров жестко соединены между собой .++фиг. 2
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894785324A SU1747977A1 (ru) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | Пьезоэлектрический вибростенд |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894785324A SU1747977A1 (ru) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | Пьезоэлектрический вибростенд |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1747977A1 true SU1747977A1 (ru) | 1992-07-15 |
Family
ID=21493045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894785324A SU1747977A1 (ru) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | Пьезоэлектрический вибростенд |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1747977A1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2540940C1 (ru) * | 2014-02-06 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Элпа" с опытным производством" | Измерительный стенд для определения коэффициента преобразования пьезокерамических акселерометров |
RU2749873C1 (ru) * | 2020-11-17 | 2021-06-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский инженерный институт" (АО "НИИИ") | Пьезоэлектрический стенд |
RU220689U1 (ru) * | 2023-05-15 | 2023-09-28 | Акционерное Общество "Завод ПРОТОН" | Пьезоэлектрический вибростенд для проведения усталостных испытаний лопаток газотурбинного двигателя |
-
1989
- 1989-12-14 SU SU894785324A patent/SU1747977A1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Иориш Ю.И. Виброметри , М.: Машиз- дат, 1963, с. 635; Авторское свидетельство СССР № 939987, кл. В 06 В 1 /06, 1982. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2540940C1 (ru) * | 2014-02-06 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Элпа" с опытным производством" | Измерительный стенд для определения коэффициента преобразования пьезокерамических акселерометров |
RU2749873C1 (ru) * | 2020-11-17 | 2021-06-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский инженерный институт" (АО "НИИИ") | Пьезоэлектрический стенд |
RU220689U1 (ru) * | 2023-05-15 | 2023-09-28 | Акционерное Общество "Завод ПРОТОН" | Пьезоэлектрический вибростенд для проведения усталостных испытаний лопаток газотурбинного двигателя |
RU220766U1 (ru) * | 2023-05-15 | 2023-10-03 | Акционерное Общество "Завод ПРОТОН" | ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВИБРОСТЕНД ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 1-10 кГц |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3104334A (en) | Annular accelerometer | |
JP3348686B2 (ja) | 振動波検出方法及び装置 | |
JPS6466540A (en) | Viscometer | |
US4085349A (en) | Piezo electric transducer for measuring instantaneous vibration velocity | |
JPH0765919B2 (ja) | 容器の所定充填レベルを確認/監視する装置 | |
US2873604A (en) | Apparatus for determining vibration characteristics | |
US4190782A (en) | Piezoelectric ceramic resonant transducer with stable frequency | |
JP2643025B2 (ja) | 圧電変換器による加速度の計測装置 | |
CA1140249A (en) | Apparatus for determining and/or controlling a fixed filling level in a container | |
US4267731A (en) | Force balanced vibratory rate sensor | |
SU1747977A1 (ru) | Пьезоэлектрический вибростенд | |
RU2605503C1 (ru) | Стенд для испытаний упругих элементов виброизоляторов с пьезовибратором | |
US3070996A (en) | Mechanical impedance meter | |
US3222919A (en) | Mechanical impedance measuring system | |
US4857792A (en) | Circular direction vibrator | |
Edelman et al. | Some developments in vibration measurement | |
Wakatsuki et al. | Tri-axial sensors and actuators made of a single piezoelectric cylindrical shell | |
SU939987A1 (ru) | Пьезоэлектрический вибростенд | |
SU726455A1 (ru) | Пьезоэлектрический вибростенд | |
RU2334966C1 (ru) | Пьезоэлектрический вибростенд и вибратор резонансного типа | |
RU207775U1 (ru) | Устройство воспроизведения деформации | |
SU1182406A1 (ru) | Пьезоэлектрический акселерометр | |
Jones et al. | Calibration of vibration pickups at large amplitudes | |
SU700849A1 (ru) | Вибрационный стенд дл исследовани и калибровки вертикальных сейсмоприемников | |
SU1761302A1 (ru) | Вибропреобразователь |