Ультразвуковий п’єзоелектричний датчик механічних величин

Ультразвуковий п'єзоелектричний датчик механічних величин, який містить п'єзоелемент із двома системами електродів, до однієї, з яких підключений генератор електричних коливань, що збуджує в п'єзоелементі резонансні коливання, а до другої системи електродів підключений вимірювальний прилад, ультразвуковий концентратор, що встановлений на поверхні п'єзоелемента, який відрізняється тим, що концентратор виконаний у вигляді циліндра з експонентним внутрішнім профілем, на вершині якого встановлена мембрана з закріпленою на ній інерційною масою Винахід належить до ультразвукової техніки і може бути використаний в різних галузях промисловості і лабораторної практики Відомий ультразвуковий п'єзоелектричний датчик механічних величин, зокрема, зусиль, що містить п'єзоелемент із двома системами електродів, генератор електричних коливань, вимірювальний прилад (див а с СРСР № 501306, кп G 01 L 1/16, 1976) Недоліком його є неможливість виміру ЛІНІЙНИХ і вібраційних прискорень Відомий ультразвуковий п'єзоелектричний датчик механічних величин, зокрема, зусиль, що містить п'єзоелемент із двома системами електродів, до однієї з яких підключений генератор електричних коливань, що збуджує в п'єзоелементі резонансні коливання, а до другої системи електродів підключений вимірювальний прилад, ультразвуковий концентратор, який встановлений на поверхні п'єзоелемента (див а с СРСР № 815527, кл Н 04 R 17/00, G01 L 1/16, 1981) Зазначений ультразвуковий п'єзоелектричний датчик механічних величин найбільш близький до того, який заявляється по технічній сутності й обраний в якості прототипу Недоліком його є неможливість виміру ЛІНІЙНИХ і вібраційних прискорень В основу винаходу поставлена задача забезпечення можливості виміру прискорень за допомогою ультразвукового п'єзоелектричного датчика механічних величин шляхом введення в його конс трукцію мембрани й інерційної маси і їх розташування Це дозволяє вимірювати прискорення за допомогою ультразвукового п'єзоелектричного датчика механічних величин Ультразвуковий п'єзоелектричний датчик механічних величин, що пропонується, містить п'єзоелемент із двома системами електродів, до однієї з який підключений генератор електричних коливань, що збуджує в п'єзоелементі резонансні коливання, а до другої системи електродів підключений вимірювальний прилад, ультразвуковий концентратор, який встановлений на поверхні п'єзоелемента ВІДМІННІСТЬ ультразвукового п'єзоелектричного датчика механічних величин, що пропонується, від прототипу полягає в тому, що концентратор виконаний у вигляді циліндра з експонентним внутрішнім профілем, на вершині якого встановлена мембрана з закріпленою на ній інерційною масою Кожна з вказаних ВІДМІТНИХ ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного результату Технічним результатом винаходу є забезпечення можливості виміру прискорень за допомогою ультразвукового п'єзоелектричного датчика, що пропонується Відомо, ЩО саме шляхом введення в конструкцію ультразвукового п'єзоелектричного датчика інерційної маси і мембрани забезпечується можливість виміру прискорень СО го го о ю 50333 Винахід пояснюється кресленням, де на фіг показаний варіант конструкції ультразвукового п'єзоелектричного датчика, що пропонується Ультразвуковий п'єзоелектричний датчик (фіг), що пропонується, містить п'єзоелемент 1 у вигляді циліндра з двома системами електродів, до однієї з який підключений генератор електричних коливань 2, а до другої системи електродів підключений вимірювальний прилад 3, ультразвуковий концентратор 4, який виконаний у вигляді циліндра з експонентним внутрішнім профілем та жорстко закріплений на п'єзоелементі, мембрану 5 і інерційну масу 6 Мембрана 5 виконана у вигляді круглої пластини і встановлена на вершині концентратора, інерційна маса б закріплена на цій пластині Акселерометр працює наступним чином Під ДІЄЮ напруги генератора електричних коливань п'єзоелемент утворює резонансні механічні коливання, амплітуда яких зворотно пропорційна величині прискорення, яке вимірюється датчиком Зміна амплітуди, яка утворюється ЗОВНІШНІМИ механічними коливаннями, приводить до зміни показань вимірювального приладу, який підключений до вихідної системи електродів п'єзоелемента Прискорення, що вимірюється, вектор якого прикладений до основи концентратора, обмежує його амплітуду коливань, що приводить до зменшення вихідної напруги Приклад конкретного застосування Був виготовлений перетворювач у вигляді циліндра діаметром ЗО і висотою 15мм із п'єзокераміки ЦТС-19 із двома системами електродів, які нанесені на торці циліндра Ультразвуковий концентратор виготовлений зі сталі СтЗ та виконаний у вигляді циліндра діаметром ЗО і висотою 40мм з експонентним внутрішнім профілем Діаметр поглиблення 25, глибина - 30мм Інерційна маса виготовлена також зі сталі СтЗ та виконана у вигляді циліндра діаметром 12 і висотою 7мм Мембрана була виготовлена з латуні ЛбЗ у вигляді круглої пластини діаметром ЗО, товщиною 0,3мм Ультразвуковий концентратор кріпився до п'езоелементу за допомогою сплаву Розі Використовувалися генератор ГЗ-109 і вимірювальний цифровий вольтметр В7-16 Датчик встановлювався на вібростенд марки 4805 фірми "Bruel & Kjer" і піддавався впливу вібрації уздовж ВІСІ циліндра при прискоренні, рівному Ід (9,81м/с2), на частоті 1 кГц Чутливість уздовж ВІСІ для розробленого акселерометра складала 15мв/м/с2 Таким чином, шляхом введення в конструкцію ультразвукового п'єзоелектричного датчика механічних величин інерційної маси і мембрани була досягнута можливість вимірювати ЛІНІЙНІ І вібраційні прискорення ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71