Пьезоэлектрический сейсмоприемник

Пьезоэлектрический сейсмоприемник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Со1оэ Советскик

Соцкапксткческкк

Республик

«»898365 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22)Заявлено 21.04.80 (21) 2914538/18-25 (5l)M. Кд.

G 01 V 1/16 с присоединением заявки М—

3Ъеударствеииый комитет

СССР (23) Приоритет по делам изабретеиий и открытий

Опубликовано 15.01 ° 82 ° Бюллетень рф

Дата опубликования описания 15.01.82 (53) УДК550.834 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В. П. Власов, В. Н. Некрасов и С., В. Сергеев (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ CEACMOIIPHENHHK

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к при-, борам, предназначенным для измеренйр параметров вибраций и колебаний почвы, сооружений и машин.

Известен сейсмоприемник, состоящий иэ корпуса, электромеханического преобразователя, выполненного в виде пьезокерамического диска, работающего на сжатие, и имеющего жидкостную

10 инертную массу (1 1.

Недостатки этого сейсмоприемника малая чувствительность при регистрации низкочастотных колебаний малой амплитуды и невозможность измерения

15 с помощью одного и того же приемника как вертикальных так и горизонтальных колебаний.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является пьезоэлектрический сейсмоприемник, содержащий цилиндрический корпус, на торцах которого закреплены пьезоэлектрические преобразователи, выполненные в виде сборки из металлической мембраны, на каждой стороне которой за— креплен пьезокерамический диск (2).

Однако этот сейсмоприемник имеет недостаточную чувствительность. Кроме того, его можно использовать только в водной среде.

Цель изобретения — повышение чувствительности сейсмоприемника.

Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом сейсмопри емнике, содержащем цилиндрический корпус, на торцах которого закреплены пьезоэлектрические преобразователи, выполненные в виде сборки.из металлической мембраны и пьезокерамических дисков, закрепленных на каждой стороне мембраны, корпус заполнен жидкостной инертной массой, а края дисков на расстоянии 1" yy(0,6 +

+ 0,15)R от центра поляризованы в обратном направлении по отношению к поляризации его центральной части, Применение таких пьезопреобразова-, телей и жидкостной инертной массы позволяет использовать сейсмоприемник для работы при любом его положении в пространстве в силу симметричности конструкции.

П и параллельном соединении (фиг. 2) пь; †.: опреобразователей 2 внешние по отношению к мембране, обкладки пьезэкерамических дисков соединены 1 с коз.-,-с г., инертной массой и землейу а сигнал., принимаемый с противоположных мембран, представляет собой отклик сейсмоприемника на ускорение, действующее по оси чувствительности.

Hpè последовательном соединении

Г

1фиг. 31 полезный сигнал снимается с внешних обкладок пьезоэлементов, причем чувствительность .сейсмоприемника вчетверо превышает его чувствительность при параллельном соединении пьезоэлементов.

Стрелки на фиг. 2 и 3 показывают направление поляризации пьезокерамики. Под действием давления, создава- 55 емого инертной массой, на защемлен,ный по контуру пьезоэлемент, он изгибается, меняя свою форму.

3 89836 где R — - радиус рабочей части пьезоэлемента .

На фиг. 1 представлен сейсмоприемник, разрез; на фиг. 2 — параллельное соединение пьезоэлементов; на 5 фиг. 3 — последовательное соединение пьезоэлементов.

Жидкостная инертная масса 1, например ртуть, заключена между двумя пьезоэлектрическими преобразователя- 10 ми 2, которые закреплены в корпусе 3 с помощью крышек 4 через фторопластовые прокладки 5. Корпус выполнен составным с целью компенсации температурного расширения жидкости. Каждый 1 пьезопреобразователь представляет собой сборку из мембраны 6 и двух пьезокерамических дисков 7, закрепленных на ней.

Сейсмоприемник работает следующим образом.

При воздействии на него ускорения, / инертная масса 1 создает давление на пьезоэлементы 2. Под действием давления пьезопреобразователи 2 прогиба ются, при этом на их обкладках возникают заряды, величина которых пропорциональна величине действующего ускорения, 30

5 4

Подобного типа воздействия приводят к появлению двух зон, в одной из которых пьезоэлемент испытывает деформацию растяжения, а в другой сжатия. Поэтому при однополярной по всей поверхности поляризации дисков пьезоэлемента на одной и той же обкладке каждого диска одновременно индукцируются заряды различных знаков, что значительно уменьшает величину результирующего заряда, а следовательно, снижает чувствительность самого пьезоэлемента. Для предотвращения генерации зарядов различных знаков необходимо пьезокерамические диски на расстоянии r )r(0,6 + 0,15)R (где R — радиус рабочей части пьезоэлемента) от центра поляризовать в обратном, по отношению к поляризации центральной части диска, направлении, где r = (0,6 + 0,15)R — радиус окружности, делящей пьезокерамический элемент на две зоны. Разнополярная (по зонам) поляризация дисков приводит к тому, что на обкладках дисков пьезокерамического элемента индуцируются заряды одного знака, хотя воздействие инертной массы на элемент попрежнему вызывает на нем деформации, сжатия и растяжения. В конечном итоге это приводит к увеличению чувствительности пьезоэлемента.

Корпус предлагаемого сейсмоприемника изготовлен составным, центральная часть — из стали, а концевые из эбонита. Такая конструкция позволяет избежать паразитных деформаций пьезоэлементов из-за температурного изменения объема инертной массы.

При увеличении отношения длины рабочей части корпуса к его диаметру уменьшается влияние поперечных составляющих ускорения на показания сейсмоприемника.

Использование между пьезокерамическими дисками металлической диафрагмы приводит к увеличению чувствительности и механической прочности пьезопреобразователей.

Предлагаемый сейсмоприемник может быть использован для измерения параметров как вертикальных, так и ropui зонтальных вибраций и колебаний поч вы, сооружений и машин с чувствительностью, на порядок превышающей чувствительность известных устройств.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический сейсмоприемник, содержащий цилиндрический корпус, Йа

898365

Фиг 2

Яи .З

Составитель Т. Райкова

Редактор И. Касарда Техред М.Рейвес Корректор Н. Стец

Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 11942/62

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 торцах которого закреплены пьезоэлектрические преобразователи, выполненный в виде сборки из металлической мембраны и пьезокерамических дисков, закрепленных на каждой стороне мемб- S раны, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности сейсмоприемника, корпус заполнен жидкостой инертной массой, а края дисков на расстоянии г )z(0,6 + 0,15)R> от центра поляризованы в обратном направлении по отношейию к поляризации его центральной части, где R — радиус рабочей части пьезоэлемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ; Авторское свидетельство СССР

В 642659, кл. G 01 V 1/16, 1976.

2, Глозман И, А. Пьезокерамика.

И., "Энергия", 1967, с. 142-144 (проготип)1.