Электростатический датчик вибрации
Патент 542360
Авторы
Классы МПК
Электростатический датчик вибрации
Иллюстрации
Реферат
ОП MC
ИЗОБРЕТЕ Й КЯ
К АВТОР4ЖОММ СВКДПИНЬСТВУ
Союз Советских
Социалистииеских
Республик
54236О (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено10.10.75 (2т) 218044OI10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (51} Я. Кл 2 Н 64 Р 8/00
Государственный ноинтет
Совета Министров СССР по делан нзобретеннй н отнрытнй (43) Опубликоваио05.01.77,Бюллетень № 1 (53) УДК 621.314.
571 {088 8) (45) Дата опубликования описания 30.03.77 (72) Авторы изобретения
К.М. Лукомский и В.Е. Мельников (УЦ Заявитель Московский ордена Ленина авиационный институт нм. Серго Орджоникидзе (54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ВИБРАЦИИ
Изобретение относится к элементам пре < бразователей измерительных систем, в ко-, орых частота поперечных колебаний вибри- уутощих элементов типа нит:й (струн) нли
;стержней строго определяется характеристик 1ками вибирирующего.элемента и может быть онспользоввно в фильтрах, генераторах и r,ù
I ,Пля прецизионных измерительных преоб
° ° рвзоввтелей возбуждаемый элемент и основные эЛементы конструкции выполняют из оптически чистого плавленого кварца.
Известны датчики вибраций, в которых
1 рвскачивающие силы создаются посредством
1 ,,взаимодействия электрического тока, проге.=
;квющего по возбуждаемому элементу. с по-1
1лем постоянных магнитов 2).
Эти датчики требуют метаплизации по.верхности элемента, что,с одной стороны, 1усложняет технологию их изготовления, а d другой, является дополнительным источни1 ом нестабильности.
Датчики вибраций, в которых возбужда-, емый элемент играет роль подвижной обк-!
C ладки конденсатора, так же требует метвл- лизации поверхности элемента, а опасность электрического пробоя в зазоре межр„ элементом и поляризующими электродами, при приближении элемента к одному из электроо 1 дов в процессе колебаний, трубует "- -.: ов.ки электродоь на до-таточка, „:— ...,;.о;-.:ии.
Ближайшим по техническому решению к изобре" эвита является датчик вибрации, в к тором возбуждаемый элемент находится в зазоре между тремя параллельными друг 0 другу электродами, при этом два меньших электрода перекрываются большим электро-, -дом, чвляющимся общим, и между ними при(! ,ложено поляризующее напряжение . Раскачка ! ,возбу-ждаемого элемента осуществляется за у счет разности потенциалов между одним из меньших электродов и общим электродом, в, результате чего нарушается равновесие сил
I втягивания элемента в зазор между элект-l родами. Съем сигнала осуществляется путем фиксирования падения нвйряжения на сопротив-. . лении в цепи поляризуюшего напряжения при про-. текании тока перезарядки емкости между другим меньшим электродом и общим при перемеше- нии возбуждаемого элемента. Усилие сигнв+ ла и подача его на электрод раскачки обес 542360 печивают режим автогенерации. В указанном электростатическом датчике вибраций на электроде съема, размещенном в непосредственной Близости от электрода раскачки, индуцируются заряды при изменении потен— циала последнего, и на входе усилителя возникает сигнал, существенно превышающий полезный. Попытки фиксировать изменения емкости амплитудной модуляцией высокочастотного напряжения, а также частотной 10 модуляцией высокочастотной генерации приводят к существенному усложнению электронно — преобразовательной части.
Целью изобретения является повышение коэффициента взаимного преобразования виб- )5 раций диэлектрического элемента в элек1— рический сигнал и устранение влияния пластин возбуждения на пластины съема.
Указанная цель достигается тем, у основания возбуждаемого элемента, заряженного электростатически, установлена электронная шайба, а между пластинами съема, установленными в зоне наибольшего динамического прогиба возбуждаемого элемента, и пластинами возбуждения расположен электромагнитный экран иэ магнитомягкого материала.
На фиг. 1 дан датчик, общий вид; на фиг. 2-разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4—
30 электрокинематическая схема электростатического датчика вибраций в режиме автоколебаний.
В корпусной раме 1 (см. фиг. 1) зак35 реплен консольный возбуждаемый элемент
2, проходящий свободным концом через экран 3 из магнитомягкого материала. Экран 3 крепится в пазах корпусных крышек
4 и 5 а размер отверстия в экране обесР
40 печивается из расчета максимальной амплитуды колебаний свободного конца стержня.
На изоляционных пластинах 6 и 7 крепятся лежащие в параллельных плоскостях пластины возбуждения 8, 9 и 10 и пластины съема 11 и 12. На стержневой возбуждаемый элемент 2 каким-либо наэлектризованным телом нанесен электрический заряд. Для предотвращения его утечки в месте крепления элемента 2 к корпусной раме 1 установлена электронная шайба 13, а полость внутри датчика герметизируется либо вакуумируется, Возбуждаемый элемент 2 выполнен из оптически чистого плавленного кварца. Для уменьшения рассеяния энергии в заделке корпусная рама 1 также выполнена из кварца, а сам элемент крепится к раме свар— кой .
На плас1ины возбуждения 8, 9, 10 через резисторы 14, 15 подводится постоян4 ное напряжение от опорного источника 16, Возбуждаемый элемент 2 поляризуется. При полной геометрической симметрии пластин возбуждения и симметричном расположении элемента 2 относительно пластин, последний находится в неустойчивом положении равновесия от сил втягивания парами пластин 9, 8 и 10, 8 При этом составляющие сил втягивания, обусловленные поляризационными и нанесенными зарядами, также равны между собой. Малейшие нарушения симметрии поля пластин либо расположения возбуждаемого элемента приводят к смещению последнего в область действия одной из пластин. Поэтому при передаче переменного напряжения на пластины 9 и 10 элемент 2 совершает движения от одной пары пластин к другой. В свою очередь, перемещение вместе с элементом 2 нанесенных электрических зарядов относительно пластин съема 11 и 12 индуцирует на пластинах заряды, которые и являются источником сигнала для усилительного устройства 17 с большим входным сопротивлением. Усиленный сигнал в виде напряжения подается на пластины возбуждения 9 и 10, и таким образом осуществляется работа электростатического датчика вибраций в режиме автоколебаний.
Для возбуждаемого элемента типа нити (струны) пластины съема располагаются в области наибольшего динамического прогиба, а остальное пространство вдоль нити занимают пластины возбуждения, при этом, как показал опыт по практической реализации предлагаемого датчика вибрации, протяженность пластин съема может составлять всего десятую ч ас ть от п лас тин возбуждения. В случае необходимости требуемый характер силового взаимодействия возбуждаемого элемента с пластинами возбуждения может быть обеспечен соответствующим выбором геометрических характеристик пластин и их взаимным расположением.
Формула изобретения
Электростатический датчик вибраций, содержащий укрепленный в герметичном корпусе диэлектрический возбуждаемый элемент, расположенный в зазоре пластин возбуждения и пластин съема, находящихся в параллельных плоскостях, и усилитель с большим входным сопротивлением, подключенный к пластинам съема, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента взаимного преобразования вибраций диэлектрического элемента в электрический сигнал и устранения влияния пластин возбуждения
542360
У Риг.2
Б-5
11 юг. Р
Составитель А. Рудаков
Техред А. Демьянова Корректор Б.
Редактор E. Меньшов
Заказ 6002/37 Тираж 864 Подписное
ЫНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 на пластины съема, у основания возбуждаемого элемента, заряженного электростатически, установлена электронная шайба, а между пластинами съема, установленными в зоне наибольшего динамического прогиба возбуждаемого элемента, и пластинами возбуждения расположен экран из магнитомягкого материала.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Новицкий П.В. и др, "Цифровые приборы с частотными датчиками" Энергия 1970 стр. 1 37- 1 38.
2. Патент США № 3164987 Класс 73141, 1970.