SU773966A1 - Пьезоэлектрический вибростенд - Google Patents

Description

Изобретение относится к измери-. тельной вибрационной технике и может быть использовано для калибровки и испытаний датчиков вибрации при повышенных ускорениях (до 10000g ) .

Известен пьезоелектрический вибростенд, предназначенный для калибровки датчиков и состоящий из набора пьезоэлементов, основания и виброплатформы для их крепления [1].

Однако этот стенд работает в узком динамическом диапазоне ускорений, максимальное.'значение которого не превышает 500^/ .

Наиболее близким к изобретению по технической’ сущности является пьезоэлектрический вибростенд, содержащий собранный из отдельных кольцевых пьеэоэлементов цилиндрический возбудитель, прикрепленный одним торцом к основанию, а другим к круглой платформе [2].

Однако этот вибростенд не позволяет получать высоких амплитуд ускорений, потому что для этого необходимо на пьезоелементы подавать большие напряжения, что практически невозможно, так как в этом случае пьезоэлементы начинают испытывать та-30 кие механические напряжения, при которых они отклеиваются или разрушаются.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона стенда. Указанная цель достигается тем, что виброплатформа выполнена с кольцевым выступом, геометрические раз- . меры которого выбраны из соотношения

Ъ-.ГЁ~~* г

Г V 12рс^г Н ’

- высота цилиндра пьезоэлементов»

- ширина выступа виброплатформы;

— толщина выступа виброплатформы;

— модуль Юнга, плотность и скорость звука в материале виброплатформы соответственно.

•еже схематично изображен вибростенд.

Устройство состоит из основания 1, на котором размещены пьезоэлементы 2, собранные в цилиндрический возбудитель, и виброплатформы 3, с выступом 4 по окружности. Цилиндригде

ческий возбудитель и часть виброплатформы 3, выполненная по диаметру пьезоэлементов, жестко соединены с основанием 1 с помощью шпилек 5 через поджимной шарик 6. Между пьезоэлеменгами размещены тонкие _ металлические пластины 7, к которым с помощью источников 8 и 9 питания подводится напряжение.

Устройство работает следующим образом. ,

При подаче переменного напряжения ’* на пьезоэлементы с помощью источника 8 питания, последние начинают возбуждаться в силу обратного пьезоэффекта. Эти возбуждения передаются виброплатформе, центральная часть 15 которой жёстко соединена' с пьезоэлементами. В силу того, что выступ 4 виброплатформы находится в свобод25 ном состоянии, он начинает также колебаться, но эти колебания уже носят 20 изгибный характер, т.е. эта часть виброплатформы работает на изгиб. Причем за счет того, что ее резонансная частота выбрана так, что она совпадает с продольной резонансной частотой стенда (набор пьезоэлементов с виброплатформой) £_Пр.ст ' , ускорения на выступе 4 резко возрастают по сравнению с ускорением на центральной части виброплатформы и достигают максимума (до 10000g) при полном совпадении этих частот, которое в свою очередь достигается тем, что геометрические размеры виброплатформы и высота цилиндра пьезоэлементов выбраны так, что имеет место соотношение высота цилиндра ментов?

ширина выступа формы ;

толщина выступа формы?

к — коэффициент, присущий материалу виброплатформы.

Это поясняется следующим расчетом. Резонансная частота виброплатопределяется следующим выраже30 где Н — пьезоэле40 виброплатвиброплат45 формы нием.

’ (I) где г -ширина выступа виброплатформы;

h —^толщина выступа виброплат- 55 формы

Е — модуль упругости материала виброплатформы;

J3 — плотность материала виброплатформы . ¢0

Продольная резонансная частота стенда определяется выражением где С — скорость звука в материале?

Н — высота цилиндра пьезоэлементов.

Из вышесказанного имеем f =£ рьь пр.ст.

или

0.797 гг

(3) следующим образом с_Ъ ¹Н^г. 1Ь О,ОЬ4

ЕЪ^?Н^г=12с^гГ⁴р (4)

Из (4) определяем Н - высоту цилиндра пьезоэлементов

Таким образом, получается, что высота цилиндра пьезоэлементов и геометрические размеры виброплатформы связаны между собой соотноше•нием

ГЁ ,

Г- Н ^? (5)

Так как резонансная частота стенда может незначительно изменяться за счет нестабильности питания, старения пьезоэлементов и др., в цепь питания вибростенда последовательно переменному источнику 8 питания включен источник 9 постоянного напряжения, который позволяет регулировать резонансную частоту и тем самым постоянно поддерживать равенство f и £ пр.ст. реъ.

Таким образом, выполнение виброплатформы с выступом, выбор высоты стенда в соответствии с выражением (5) позволяет значительно расширить динамический диапазон ускорений вибростенда и увеличить его верхний предел в 10—20 раз по сравнению с известным вибростендом.

Claims (1)

1. Изобретение относитс  к измери-. тельной вибрационной технике и может быть использовано дл  калибровки и испытаний датчиков вибрации при повышенных ускорени х (до lOOOOgf ) . Известен пьезоелектрический вибростенд , предназначенный дл  калибровки датчиков и состо щий из набора пьезоэлементов, основани  и вибро- 10 платформы дл  их креплени  1. Однако этот стенд работает в узком динамическом диапазоне ускорений , максимальное;значение которого не превышает SOOg .15 Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  пьезоэлектрический вибростенд, содержащий собранный из отдельных кольцевых пьезоэлементов цилиндри- 20 ческий возбудитель, прикрепленный одним торцом к основанию, а другим к круглой платформе 12, Однако этот вибростенд не позвол ет получать высоких амплитуд ус- 25 корений, потому что дл  этого необходимо на пьезоелементы подавать большие напр жени , что практически невозможно, так как в этом случае пьезоэлементы начинают испытывать та-зО кие тор шаю дин что цев мер виб 1, гы воз выс механические напр жени , при коых они отклеиваютс  или разрутс  . . Цель изобретени  -- расширение амического диапазона стенда. Указанна  цель достигаетс  тем, виброплатформа выполнена с кольым выступом, геометрические раэ . ы которого выбраны из соотношени  Ъ рЁ г г V ггоч н Н - высота цилиндра пьезоэлементов; f - ширина выступа виброплатформы ; h - толщина выступа виброплатформы; - модуль Юнга, плотность и скорость звука в материсше виброплатформы соответственно . На чертеже схематично изображен ростенд. Устройство состоит из основани  на котором размещены пьезоэлемен2 , собранные в цилиндрический будитель, и виброплатформы 3, с тупом 4 по О1 ружности. Цилиндрический возбудитель и часть виброплатформ д1 3, выполненна  по диаметру пьезоэлементов, жестко соединены с оснозанием 1 с помощью шпилек 5 через поджимной шарик 6. Между пьезоэлемэктеми размещены тонкие металлические пластины 7, к которым с помощью источников 8 и 9 питани  подводитс  напр жение. Устройство работает следующим образом, При подаче переменного напр жени на пьезоэлемемты с помощью источника 8 питани , последние начинают возбуждатьс  в силу обратного пьезо эффекта. Эти возбуждени  передаютс  виброгшатформе, центральна  часть которой жёстко соединена с пьезоэле ментами. В силу того, что выступ 4 виброплатформы находитс  в свободном состо нии, он начинает также ко батьс , ко эти колебани  уже нос т изгибный характер, т.е. эта часть виброплатформы работает на изгиб. Причем за счет того, что ее резона на  частота Гр выбрана так, что она совпадает с продольной резонан ной частотой стенда (набор пьезоэле ментов с виброплатформой) пр,ст , ускорени  на выступе 4 резко возрастают по сравнению с ускорением на центральной части виброплатформ и достигают максимума (до 10000g) при полном совпадении этих частот, которое в свою очередь достигаетс  тем, что геометрические размеры виброплатформы и высота цилиндра пьезоэлементов выбраны так, что им ет место соотношение f.i. , где Н - высота цилиндра пьезоэлементов; г ширина выступа виброплатформы толщина выступа виброплатформы; коэффициент, присущий мате алу виброплатформы. Это по сн етс  следующим расчет Резонансна  частота виброплатформы определ етс  следующим выраж нием. р - 0.797 fWL рвЬГ ri V Пр где г -.ширина выступа виброплатфо h -,.| толщина выступа виброплат формы; К - модуль упругости материала атформы; f - плотность материала виброп формы . Продольна  резонансна  частота стенда определ етс  вы1)ажением F - np. де С - скорость звука в материале Н - высота цилиндра пьезоэлементов . Из вьшесказанного имеем f f рьь пр.ст. 0.797 . с 1 У Up 4Н Преобразуем (3) следующим образом с 0,752 ЕЪ г. 1нг-- ic±ll Ть Г 1м 77Г |-Ib-0,064 Из (4) определ ем Н - высоту цилиндра пьезоэлементов Таким образом, получаетс , что высота цилиндра пьезозлементов и геометрические размеры виброплатформы св заны между собой соотношеъ ГЕ.,. л (5) Так как резонансна  частота стенда может незначительно измен тьс  за счет нестабильности питани , старени  пьезоэлементов и др., в цепь питани  вибростенда последовательно переменному источнику 8 питани  включен источник 9 посто нного напр жени , который позвол ет регулировать резонансную частоту и тем самым посто нно поддерживать равенство пр.ст. ре-ь. Таким образом, выполнение виброплатформы с выступом, выбор высоты стенда в соответствии с выражением (5) позвол ет значительно расширить динамический диапазон ускорений вибростенда и увеличить его верхний предел в 10-20 раз по сравнению с известным вибростендом. Формула изобретени  Пьезоэлектрический влбростенд, содержащий собранный из отдельных кольцевых пьезоэлементов цилиндрический возбудитель, прикрепленный одним торцом к основанию, а другим к круглой виброплатформе, отличающийс  тем, что, с целью расширени  динамического диапазона виброускорен й , виброплатформа выполнена с кольцевым выступом, геометрические размеры которого выбраны из соотношени 

   jT..ri г

   Vnpc- Н

   где h - толщина выступа виброплатформы;

   г - ширина выступа виброплатформы;

   Н высота цилиндрического возбудител  ;

   Е модуль , упругости материала виброплатформы;

   С с .корость звука в материале виброштатформы;

   J плотность материала виброплатфорьы . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. ГОСТ 15939-70, с.10,11,приложение 1.

   2, Авторское свидетельство СССР 196399, кл. G 01 Р 21/00,1969.