Ультразвуковий п’єзоелектричний датчик механічних величин

Ультразвуковий п'єзоелектричний датчик механічних величин, який містить п'єзоелемент з 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, корпус, який відрізняється тим, що датчик обладнаний інерційною масою, що встановлена на вершині концентратора і закріплена на мембрані, яка закріплена в корпусі 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, кл С 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, установлений на поверхні п'єзоелемента, корпус (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 як прототип 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 яких підключений генератор електричних коливань, що збуджує в п1єзоелементі резонансні коливання, а до другої системи електродів підключений вимірювальний прилад, ультразвуковий концентратор, який встановлений на поверхні п'єзоелемента, корпус ВІДМІННІСТЬ ультразвукового п'єзоелектричного датчика механічних величин, що пропонується, від прототипу полягає в тому, що датчик обладнаний інерційною масою, яка встановлена на вершині концентратора і закріплена на мембрані, а мембрана закріплена в корпусі Кожна із зазначених ВІДМІННИХ 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 механічних величин, що пропонується Відомо, ЩО саме шляхом введення в конструкцію ультразвукового п'єзоелектричного датчика інерційної маси і мембрани забезпечується можливість виміру прискорень СО о Ю 50314 Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг 1 показаний варіант конструкції ультразвукового п'єзоелектричного датчика, що пропонується, на фіг 2 показана діаграма спрямованості ультразвукового п'єзоелектричного датчика, що пропонується Ультразвуковий п'єзоелектричний датчик (фіг 1), 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 жорстко закріплений на п'єзоелементі, інерційну масу 5, яка закріплена на вершині концентратора і на мембрані 6, яка закріплена в корпусі 7 Акселерометр працює наступним чином Під дією напруги генератора електричних коливань п'єзоелемент робить 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 Вимірюване прискорення, вектор якого прикладений до основи концентратора, обмежує його амплітуду коливань, що приводить до зменшення ви ФІГ. хідної напруги Приклад конкретного застосування Був виготовлений перетворювач у вигляді циліндра діаметром ЗО і висотою 15мм із п'єзокераміки ЦТС-19 з двома системами електродів, які нанесені на торці циліндра Ультразвуковий концентратор виготовлений зі сталі СтЗ та виконаний у вигляді конуса діаметром підстави 15 і висотою 10мм Інерційна маса виготовлена також зі сталі СтЗ та виконана у вигляді циліндра діаметром 12 і висотою 7мм із конічним отвором з діаметром Змм для установки на концентратор Мембрана була виготовлена з латуні Л63 у вигляді круглої пластини діаметром 35, товщиною 0,3мм Ультразвуковий концентратор кріпився до п'єзоелементу 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 осі циліндра з прискоренням, рівним Ід (9,81м/с2), на частоті 1 кГц Результати вимірювань приведені на фіг 2 Таким чином, шляхом введення в конструкцію ультразвукового п'єзоелектричного датчика механічних величин інерційної маси була досягнута можливість вимірювати ЛІНІЙНІ І вібраційні прискорення 1. 50314 60і 120 30і е 150 е 330' ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71