SU877795A1 - Component piezoelectric pickup - Google Patents
Component piezoelectric pickup Download PDFInfo
- Publication number
- SU877795A1 SU877795A1 SU802881139A SU2881139A SU877795A1 SU 877795 A1 SU877795 A1 SU 877795A1 SU 802881139 A SU802881139 A SU 802881139A SU 2881139 A SU2881139 A SU 2881139A SU 877795 A1 SU877795 A1 SU 877795A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- electrodes
- sensor
- piezoelectric
- plates
- axis
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
Изобретение относится к технике виброизмерений и технике неразрушающего Контроля, предназначено для исследования перемещений поверхностей по ' _ трем взаимно перпендикулярным осям э и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии для приема продольных, сдвиговых и рэлеевских волн, а также для измерения вибросмещения . _ твердых поверхностей. и The invention relates to techniques for vibration measurements and the technique of non-destructive testing, is intended for the study of surface movements along the '_ three mutually perpendicular axes e and can be used in ultrasonic inspection for receiving longitudinal, shear and Rayleigh waves, as well as for measuring vibration displacement. _ hard surfaces. and
Известны пьезоэлектрические датчики для измерения вибросмещений по какой-либо одной оси. Они состоят из корпуса, пьезоэлементов и инертной массы £1J. 15Piezoelectric sensors are known for measuring vibration displacements along any one axis. They consist of a housing, piezoelectric elements and an inert mass of £ 1J. fifteen
Эти датчики имеют ряд существенных недостатков - сложность конструкции, необходимость использования При обработке снимаемых с них сигналов интегрирующих и других нелинейных це- 20 пей, ухудшающих точность измерения, невозможность регистрации сигнала по двум и более осям, наличие паразитного поперечного эффекта.These sensors have a number of significant drawbacks - the complexity of the design, the need to use integrating and other non-linear circuits when processing the signals removed from them, impairing the measurement accuracy, the impossibility of registering a signal along two or more axes, and the presence of a spurious transverse effect.
Известен также компонентный пьезо- 25 электрический датчик, свободный от перечисленных недостатков, с помощью которых можно регистрировать смещения по нескольким осям. Такой датчик состоит из двух пьезопластин, склеен- 30 ных в одну систему и закрепленных в держателе. Пьезопластины разделены слоем электроиэолятора, а их обкладки подключены через сумматор и вычитающий блок к регистрирующему устройству. При этом с выхода сумматора получаЮт сигнал, пропорциональный сжатию пьеэопластин вдоль оси датчика, ас вычитающего блока - сигнал, характеризующий изгибные деформации датчика деформация сжатия компенсируется . Таким образом, данный датчик регистрирует смещения по двум взаимно перпендикулярным осям. При добавлении к этой системе пластин аналогичной системы, ориентированной в перпендикулярном направлении, датчик дает возможность регистрировать три компоненты поля смещения [2J,A component piezoelectric sensor 25 is also known, free of the above disadvantages, with which it is possible to register displacements along several axes. Such a sensor consists of two piezoelectric plates glued together in one system and fixed in a holder. The piezoelectric plates are separated by a layer of an electric eeolator, and their plates are connected through an adder and a subtracting unit to a recording device. In this case, a signal proportional to the compression of the piezoelectric plates along the axis of the sensor and ac of the subtracting block is received from the adder's output — a signal characterizing the bending deformations of the sensor is compensated for by compression. Thus, this sensor detects displacements along two mutually perpendicular axes. When a similar system oriented in the perpendicular direction is added to the system of plates, the sensor makes it possible to register three components of the bias field [2J,
Однако в то же время датчику присущ ряд существенных недостатков невозможность измерения смещений по * трем осям, сложность конструкции, низкая резонансная частота колебательной системл датчика, так как пьезопластины в нем работают в режиме продольного сжатия и изгиба. Кроме того, обязательными элементами датчика являются сумматор и вычитающий ллок, т.е. элементы, требующие для своей работы дополнительной энергии.However, at the same time, the sensor has a number of significant drawbacks: the impossibility of measuring displacements along three axes, the complexity of the design, and the low resonant frequency of the oscillatory system of the sensor, since the piezoelectric plates in it operate in the longitudinal compression and bending mode. In addition, the required elements of the sensor are an adder and a subtracting lock, i.e. elements requiring additional energy for their work.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является компонентный пьезоэлектрический^датчик, содержащий присоединенную к держателю и рычагу круглую пьезопластину с нанесенными на одной из ее сторон четырьмя электродами, попарно расположенными на взаимно перпендикулярных диаметрах симметрично относительно центра Гз].The closest in technical essence to the proposed one is a component piezoelectric transducer containing a round piezoelectric plate attached to the holder and to the lever with four electrodes deposited on one of its sides and arranged in pairs on mutually perpendicular diameters symmetrically with respect to the center of Gz].
Недостаток данного устройства заключается в необходимости использования сумматора и вычитающих блоков, что усложняет конструкцию датчика и требует для его работы потребления дополнительной энергии.The disadvantage of this device is the need to use an adder and subtracting blocks, which complicates the design of the sensor and requires additional energy for its operation.
Цель изобретения - упрощение конструкции компонентного пьезоэлектрического датчика.The purpose of the invention is to simplify the design of a component piezoelectric sensor.
Указанная цель достигается тем, что в пьезоэлектрический датчик введены два дифференциальных переменных конденсатора, а на противоположной стороне пьезопластины размещены идентичные электроды, с обеих сторон пьеэопластины концентрично с ней нанесены идентичные круговые электроды, причем диаметрально противоположные электроды, расположенные на одной сторОце пьезопластины, соединены с крайними пластинами соответствующих дифференциальных переменных конденсаторов, а расположенные на другой стороне соединены попарно между собой и со средними пластинами соответствующих дифференциальных конденсаторов.This goal is achieved by the fact that two differential variable capacitors are introduced into the piezoelectric sensor, and identical electrodes are placed on the opposite side of the piezoelectric plate, identical circular electrodes are concentrically applied to both sides of the piezoelectric plate, and diametrically opposite electrodes located on the same side of the piezoelectric plate are connected to the extreme plates of the corresponding differential variable capacitors, and located on the other side are connected in pairs between each other and with middle plates of the corresponding differential capacitors.
Причем круговые электроды выполнены кольцевыми.Moreover, the circular electrodes are made ring.
На’фиг. 1 представлен предлагав- , май датчик, вид сбоку,* на фиг, 2 разрезы А-А и Б—Б на фиг. 1 со схемой включения.Na’fig. 1 is a view suggesting - May sensor, side view, * in FIG. 2, sections A-A and B-B in FIG. 1 with a switching circuit.
Датчик состоит из пьезопластины 1, установленной одной гранью на держателе 2, на другой грани укреплен рычаг 3*, прижатый в процессе измерений к исследуемой поверхности 4, На гранях пьезопластины расположены по пять jq токопроводящих электродов 5-9 и 10-14, электрода 5 и 10 имеют круговую (коль: цевую.) Форму, а электроды 6-9 и 11-14, например, сегментную и все электроды расположены попарно друг против друга по обеим сторонам пьезопластины. Электроды 11 и 13 соединены со средней пластиной дифференциального конденсатора 15, а электрода 12 и 14 со средней пластиной такого же конденсатора 16. Электрода 6 и 8 соединены с крайними пластинами конденсатора 15, а электроды 7 и 9 с крайними пластинами конденсатора 16.The sensor consists of a piezoelectric plate 1 mounted by one face on the holder 2, a lever 3 * is mounted on the other face, pressed against the test surface 4 during measurements. Five jq conductive electrodes 5-9 and 10-14, electrode 5 and 5 are located on the faces of the piezoelectric plate 10 have a circular (stake: base.) Shape, and electrodes 6-9 and 11-14, for example, segmented and all electrodes are arranged in pairs opposite each other on both sides of the piezoelectric plate. The electrodes 11 and 13 are connected to the middle plate of the differential capacitor 15, and the electrodes 12 and 14 to the middle plate of the same capacitor 16. The electrodes 6 and 8 are connected to the extreme plates of the capacitor 15, and the electrodes 7 and 9 to the extreme plates of the capacitor 16.
Датчик работает следующим образом.The sensor operates as follows.
«О"ABOUT
-,,ι- ,, ι
При деформации материала 4 в положительном направлении оси X часть пьезопластины 1, расположенная между электродами 8 и 13, будет сжиматься, а Часть пьезопластины, расположенная между электродами 6 и 11, будет растягиваться с такой же величиной относительной деформации.When the material 4 deforms in the positive direction of the X axis, the part of the piezoelectric plate 1 located between the electrodes 8 and 13 will be compressed, and the part of the piezoelectric plate located between the electrodes 6 and 11 will stretch with the same relative strain.
Таким образом, заряда между электродами 8, 13 и 6, 11 будут равны по величине,.но противоположны по знаку и соответственно получим, что = -U2· i ’ Электроды 8, 13 и б, 11 соединены электрически последовательно таким образом, что U^=U^-U2. Следовательно, при деформации материала по оси X напряжение будет пропорционально величи-ι не этой деформации, т.е. будет характеризовать смещение по оси X.Thus, the charges between the electrodes 8, 13 and 6, 11 will be equal in magnitude, but opposite in sign, and accordingly we will get that = -U2 · i 'Electrodes 8, 13 and b, 11 are connected electrically in series so that U ^ = U ^ -U 2 . Consequently, when the material deforms along the X axis, the stress will be proportional to the magnitude ι of this deformation, i.e. will characterize the offset along the x axis.
Напряжения между электродами 7, 12 и 9, 14 при этом будут близки к нулю и 114=0.The voltage between the electrodes 7, 12 and 9, 14 will be close to zero and 114 = 0.
Напряжение Ug также.будет равно нулю, так как одна половина пьезоплактины при этом будет сжиматься, а другая растягиваться, и заряда, образованные в пьезокерамике, расположенной между электродами 5 и 10, будут взаимно компенсироваться.The voltage Ug will also be zero, since one half of the piezoplactin will be compressed and the other will be stretched, and the charges formed in the piezoceramics located between the electrodes 5 and 10 will be mutually compensated.
Аналогично при деформации материала 4 в направлении оси Y напряжение U4 будет пропорционально величине деформации, а напряжения Ug и Ug будут равны нулю.Similarly, when the material 4 deforms in the direction of the Y axis, the stress U4 will be proportional to the amount of deformation, and the stresses Ug and Ug will be zero.
I При деформации Материала 4 в поХО жительном направлении оси Z все участки пьезопластины 1 будут сжиматься и заряда между эле ктродами б, 11,7, 12, 8, 13и 9, 14 будут иметь одинаковую величину и знак. Следовательно, U. »U2 и -U2=0. Аналогично U4 также будет равно нулю. Конденсаторами 15 и 16 выравнивают результирующую чувствительность участков пьезопластины 1, расположенных между электродами 6, 11 и 8, 13, а также 7, 12 и 8, 13 •так, чтобы Ug и ид были равны нулю, при деформациях по оси Z, т.е. ;чтобы Ψ - «а и т.д. Напряжение U, снимаемое с электродов 5 и 10, в этом случае будет пропорционально деформации, происходящей по оси Ζ.I During deformation of Material 4 in the positive direction of the Z axis, all sections of piezoelectric plate 1 will be compressed and the charge between electrodes b, 11.7, 12, 8, 13, and 9, 14 will have the same magnitude and sign. Therefore, U. ”U 2 and -U 2 = 0. Similarly, U4 will also be zero. Capacitors 15 and 16 align the resulting sensitivity of the sections of piezoelectric plate 1 located between the electrodes 6, 11 and 8, 13, as well as 7, 12 and 8, 13 • so that Ug and id are equal to zero, with deformations along the Z axis, t. e. ; so that Ψ - “a, etc. The voltage U, taken from the electrodes 5 and 10, in this case will be proportional to the deformation occurring along the оси axis.
Таким образом, рассматриваемый датчик имеет ряд преимуществ по сравнению с имеющимся. Его конструкция значительно проще. При своей работе он не требует каких-либо дополнительных источников энергии. Операции суммирования, и вычитания отдельных составляющих выходных напряжений осуществляются в самой пьезопластине, что позволяет дополнительно повысить точность измерений. Ранее эти операции производились в электронных сумматорах и двух вычитающих блоках, основные параметры которых изменялись в разной степени при изменении температуры, напряжения питания и других де5 .стабилизирующих факторов. Упрощена коммутация пьезопластины датчика с остальной регистрирующей схемой, так как в предлагаемом устройстве во всех трех его выходах один из трех токоведущих проводов может быть заземлен, что улучшает, кроме того, помехозащищенность датчика.Thus, the sensor in question has several advantages over the existing one. Its design is much simpler. During his work, he does not require any additional energy sources. The operations of summing and subtracting the individual components of the output voltages are carried out in the piezoelectric plate itself, which allows to further increase the accuracy of measurements. Previously, these operations were carried out in electronic adders and two subtracting units, the main parameters of which changed to varying degrees with changes in temperature, supply voltage, and other stabilizing factors. The switching of the piezoelectric plate of the sensor with the rest of the recording circuit is simplified, since in the proposed device in all three of its outputs one of the three current-carrying wires can be grounded, which also improves the noise immunity of the sensor.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU802881139A SU877795A1 (en) | 1980-02-11 | 1980-02-11 | Component piezoelectric pickup |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU802881139A SU877795A1 (en) | 1980-02-11 | 1980-02-11 | Component piezoelectric pickup |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU877795A1 true SU877795A1 (en) | 1981-10-30 |
Family
ID=20877132
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU802881139A SU877795A1 (en) | 1980-02-11 | 1980-02-11 | Component piezoelectric pickup |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU877795A1 (en) |
-
1980
- 1980-02-11 SU SU802881139A patent/SU877795A1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0598301B1 (en) | 3-Dimensional pressure sensor | |
US3304534A (en) | Multipurpose piezoelectric transducer system | |
US4996878A (en) | Transducer element for measuring angular and linear acceleration | |
US4950936A (en) | Piezoelectric sandwich polymer transducer | |
RU2509320C1 (en) | Digital composite vector receiver with synthesised channels | |
Casem et al. | Inertial effects of quartz force transducers embedded in a split Hopkinson pressure bar | |
SU877795A1 (en) | Component piezoelectric pickup | |
US5925822A (en) | Microelectromechanical cantilever acoustic sensor | |
US3222919A (en) | Mechanical impedance measuring system | |
Simmons et al. | Vector calibration of ultrasonic and acoustic emission transducers | |
Kawamura et al. | Development of a high voltage sensor using a piezoelectric transducer and a strain gage | |
SU503603A1 (en) | Piezoelectric sensor | |
RU2730423C1 (en) | Accelerometer for measuring linear accelerations | |
SU800673A1 (en) | Component-type piesoelectric transducer | |
US3162039A (en) | Mechanical impedance meter | |
SU1613884A1 (en) | Apparatus for measuring residual stresses | |
SU1402986A1 (en) | Three-component piezoelectric sensor | |
SU1392391A1 (en) | Vibration meter | |
SU957021A2 (en) | Device for measuring pressure | |
SU1160345A1 (en) | Well piezoelectric geophone | |
JP3550113B2 (en) | Hardness sensor and hardness measurement method using the same | |
RU1816321C (en) | Accelerometer | |
SU538261A1 (en) | Device for determining the parameters of the shock wave | |
JPH04212054A (en) | Acoustic emission sensor | |
SU838591A1 (en) | Method of determining transforming coefficient of piezoaccelerometer |