ДАТЧИК ВИБРАЦИЙ
VIBRATION SENSOR

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к датчикам измерения вибрационных деформаций на поверхности конструкции, и может быть использовано для диагностики вибрационного напряженно-деформированного состояния и дефектоскопии конструкций в аэрокосмической, нефтегазовой и транспортной технике.
Известен резистивный датчик деформаций (см. стр. 228 [Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т./Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). - М.: Машиностроение, 1981 - Т.5. Измерения и испытания. - Под ред. М.Д. Генкина. 1981. - 496 с.] http://know.alnam.ru/book_vb5.php?id=66), состоящий из трех однотипных круговых секторных чувствительных элементов с различными пространственными ориентациями их внутренней структуры, двух электродов у каждого элемента, клеевой прослойки между датчиком и диагностируемым локальным участком поверхности конструкции.
Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность, отсутствие визуализации диагностики анизотропных вибрационных деформаций и не применимость для диагностирования деформаций на протяженном участке поверхности конструкции.
Известен векторный пьезоэлектрический вибропреобразователь (патент RU №2347228, 20.02.2009), состоящий из пьезоэлемента в виде прямоугольного параллелепипеда с элементами съема зарядов с попарно противолежащих и изолированных друг от друга прямоугольных электродов на его гранях.
Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность, отсутствие визуализации диагностики анизотропных вибрационных деформаций и не применимость для диагностирования деформаций на протяженном участке поверхности конструкции.
Известен пьезооптический датчик вибраций (Patent US 6305227 B1. Sensing systems using quartz sensors and fiber optics / Jian-qun Wu, Kevin F, Didden, Alan D. Kersey, Phillip E. Pruett, Arthur D. Hay. - Опубл. 23 октября 2001 г.), состоящий из источника света, световода, системы чувствительных точечных пьезоэлементов, информативный электрический сигнал с которых трансформируется в механическое воздействие на световод для изменения его оптических характеристик, в частности, светопроводности в соответствии с внешним диагностируемым механическим воздействием.
Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность, отсутствие визуализации результатов диагностики анизотропных вибрационных деформаций поверхности конструкции.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является датчик вибраций (патент GB 843274 А, 04.08.1960), содержащий два электрода, пьезоэлектрический элемент, соединенный с первым электродом, и электролюминесцентный элемент, контактирующий с пьезоэлектрическим элементом и вторым электродом, при этом электроды выполнены с возможностью управления интенсивностью свечения электролюминесцентного элемента посредством подключения с помощью подводящих электродов к источнику питания с варьируемым электрическим напряжением, внешний приемник-анализатор интенсивности монохромного свечения электролюминесцентного элемента. Данная конструкция принята за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, - два электрода, между которыми последовательно расположены соединенные между собой пьезоэлектрический и электролюминесцентный элементы; электроды выполнены с возможностью управления интенсивностью свечения электролюминесцентного элемента посредством подключения с помощью подводящих электродов к источнику питания с варьируемым электрическим напряжением; внешний приемник-анализатор интенсивности свечения.
Недостатками известного устройства, принятого за прототип, являются низкая точность (практически, невозможность) диагностирования характеристик анизотропии вибраций локального участка поверхности исследуемой конструкции и неприменимость устройства для диагностирования непрерывных вибрационных полей, распределенных на протяженном участке поверхности конструкции.
Технический результат изобретения заключается в повышении точности диагностирования характеристик анизотропии вибраций исследуемой конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном датчике вибраций, содержащем два электрода, между которыми последовательно расположены соединенные между собой пьезоэлектрический и электролюминесцентный элементы, при этом электроды выполнены с возможностью управления интенсивностью свечения электролюминесцентного элемента посредством подключения с помощью подводящих электродов к источнику питания с варьируемым электрическим напряжением, внешний приемник-анализатор интенсивности свечения, согласно изобретению пьезоэлектрический элемент выполнен составным, включающим от двух до шести пьезоэлектрических элементов с различными взаимными пространственными ориентациями направлений поляризаций, при этом направления поляризаций произвольных трех пьезоэлектрических элементов являются некомпланарными для случая наличия от трех до шести пьезоэлектрических элементов в датчике вибраций, число пьезоэлектрических элементов равно числу диагностируемых параметров анизотропной вибрации конструкции, электролюминесцентный элемент выполнен составным, состоящим из электролюминесцентных элементов с различными частотами светоотдач, число которых равно числу пьезоэлектрических элементов, внешний приемник-анализатор выполнен с возможностью обработки интенсивностей полихромного спектра свечений от электролюминесцентных элементов датчика вибраций.
Пьезоэлектрические элементы могут быть в виде однотипных круговых цилиндрических секторов и общие первый и второй электроды выполнены плоскими круглой формы или в виде цилиндрических поверхностей, коаксиальных с центральной осью датчика.
Датчик может быть дополнен оптоволокном, расположенным вблизи электролюминесцентных элементов для приема и передачи от них полихромных световых сигналов к внешнему приемнику-анализатору интенсивности свечения; электролюминесцентные элементы датчика вибраций могут быть расположены вблизи торцевого сечения оптоволокна (см. патент US 4991150 А, 05.02.1991) или вблизи и вдоль боковой цилиндрической поверхности оптоволокна, в частности, для распределенного датчика вибраций.
Датчик может быть выполнен в виде составного цилиндрического волокна, состоящего из последовательно расположенных вокруг оптоволокна и скрепленных с ним и между собой соответствующими смежными цилиндрическими продольными границами составных по окружной координате концентрических цилиндрических электролюминесцентного и пьезоэлектрического слоев в виде скрепленных между собой соответствующими смежными плоскими продольными границами однотипных круговых цилиндрических электролюминесцентных или пьезоэлектрических секторов, при этом смежные по цилиндрическим продольным границам пары секторов электролюминесцентного и пьезоэлектрического слоев образуют однотипные составные круговые цилиндрические секторы, на межфазной поверхности между оптоволокном и составным электролюминесцентным слоем расположен первый электрод в виде тонкого слоя из светопроницаемого или перфорированного электропроводного материала и на внешнюю цилиндрическую поверхность составного пьезоэлектрического слоя нанесен второй электрод в виде тонкого слоя из электропроводного материала с внешним защитным покрытием для защиты от механических повреждений.
Датчик может быть дополнен инерционным элементом, расположенным и закрепленным вблизи пьезоэлектрических элементов.
Датчик может быть дополнен одним или несколькими поверхностными электродами для собирания электрических потенциалов (электрических зарядов) с поверхности пьезоэлектрического элемента и направления интегрального потенциала на электролюминесцентный элемент для повышения чувствительности датчика.
Датчик может быть выполнен составным сетевого типа, включающим два или более однотипных заявленных датчиков. В составном датчике сетевого типа электроды однотипных заявленных датчиков могут быть соединены между собой сетевыми, в частности, линейными электродами при этом сетевые электроды могут быть покрыты и зафиксированы на диагностируемом участке поверхности конструкции полимерным защитным слоем для защиты от механических повреждений.
Оптоволокно в датчике в виде составного цилиндрического волокна и в составном датчике сетевого типа может иметь форму концентрической спирали для увеличения контролируемой площади поверхности конструкции, приходящейся на один внешний приемник-анализатор интенсивности свечения датчика.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - пьезоэлектрический элемент выполнен составным, состоящим из двух или более пьезоэлектрических элементов с различной взаимной пространственной ориентацией направлений поляризаций; направления поляризаций произвольных трех пьезоэлектрических элементов являются некомпланарными для случая наличия трех и более пьезоэлектрических элементов в датчике вибраций; число пьезоэлектрических элементов равно числу диагностируемых параметров анизотропной вибрации конструкции; электролюминесцентный элемент выполнен составным, состоящим из электролюминесцентных элементов с различными частотами светоотдач, число которых равно числу пьезоэлектрических элементов; внешний приемник-анализатор выполнен с возможностью обработки интенсивностей полихромного спектра свечений от электролюминесцентных элементов датчика вибраций; пьезоэлектрические элементы в виде однотипных круговых цилиндрических секторов и общие первый и второй электроды выполнены плоскими круглой формы или в виде цилиндрических поверхностей, коаксиальных с центральной осью датчика; датчик дополнен оптоволокном, расположенным вблизи электролюминесцентных элементов для приема и передачи от них полихромных световых сигналов к внешнему приемнику-анализатору интенсивности свечения; электролюминесцентные элементы датчика вибраций расположены вблизи торцевого сечения оптоволокна или вблизи и вдоль боковой цилиндрической поверхности оптоволокна, в частности, для распределенного датчика вибраций; датчик выполнен в виде составного цилиндрического волокна, состоящего из последовательно расположенных вокруг оптоволокна и скрепленных с ним и между собой соответствующими смежными цилиндрическими продольными границами составных по окружной координате концентрических цилиндрических электролюминесцентного и пьезоэлектрического слоев в виде скрепленных между собой соответствующими смежными плоскими продольными границами однотипных круговых цилиндрических электролюминесцентных или пьезоэлектрических секторов, при этом смежные по цилиндрическим продольным границам пары секторов электролюминесцентного и пьезоэлектрического слоев образуют однотипные составные круговые цилиндрические секторы, на межфазной поверхности между оптоволокном и составным электролюминесцентным слоем расположен первый электрод в виде тонкого слоя из светопроницаемого или перфорированного электропроводного материала и на внешнюю цилиндрическую поверхность составного пьезоэлектрического слоя нанесен второй электрод в виде тонкого слоя из электропроводного материала с внешним защитным покрытием для защиты от механических повреждений; датчик дополнен инерционным элементом, расположенным и закрепленным вблизи пьезоэлектрических элементов; датчик дополнен одним или несколькими поверхностными электродами для собирания электрических потенциалов с поверхности пьезоэлектрического элемента и направления интегрального потенциала на электролюминесцентный элемент для повышения чувствительности датчика; датчик выполнен составным сетевого типа, включающим два или более однотипных заявленных датчиков, при этом электроды однотипных заявленных датчиков соединены между собой сетевыми, в частности, линейными электродами, которые покрыты и зафиксированы на диагностируемом участке поверхности конструкции полимерным защитным слоем для защиты от механических повреждений; оптоволокно в датчике в виде составного цилиндрического волокна и в составном датчике сетевого типа имеет форму концентрической спирали для увеличения контролируемой площади поверхности конструкции, приходящейся на один внешний приемник-анализатор интенсивности свечения датчика.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют повысить точность диагностирования характеристик анизотропии вибраций как на локальном участке, так и на протяженном участке поверхности исследуемой конструкции.
При указанном составном виде пьезоэлектрического и электролюминесцентного элементов заявленного датчика создается возможность учета векторного характера диагностируемых вибраций через вычисление искомых характеристик вибраций (в частности, векторов скоростей, ускорений, тензора деформаций) по результатам измерений и обработки интенсивностей полихромного спектра свечений от составного электролюминесцентного элемента заявляемого датчика вибраций. Благодаря этому достигается заявленный технический результат: повышение точности диагностирования характеристик анизотропии вибраций исследуемой конструкции.
Датчик вибраций иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - фиг. 4 (внешний приемник-анализатор интенсивностей полихромного спектра свечений от электролюминесцентных элементов датчика вибраций не показан).
На фиг. 1 изображен «трехэлементный» (по числу «измерительных элементов» в виде пар типа «электролюминесцентный сектор/пьезоэлектрический сектор», число которых определяется числом диагностируемых независимых характеристик анизотрапии вибрации поверхности конструкции) датчик с внешним защитным слоем на диагностируемом локальном участке поверхности конструкции с чередованием по нормали к основанию (поверхности диагностируемой конструкции) пьезоэлектрических и электролюминесцентных элементов между электродами.
На фиг. 2 изображен «трехэлементный» датчик с внешним защитным слоем на диагностируемом локальном участке поверхности конструкции с чередованием по радиальной координате пьезоэлектрических и электролюминесцентных элементов между электродами.
На фиг. 3 изображен фрагмент сети из «трехэлементных» датчиков (см. фиг. 1), соединенных сетевыми линейными электродами на фрагменте поверхности конструкции (защитный слой не показан).
На фиг. 4 изображен составной трехэлементный датчик, содержащий оптоволокно, которое расположено вблизи трех электролюминесцентных элементов и предназначено для приема и передачи от них разночастотных световых сигналов к приемнику-анализатору интенсивностей спектра из трех разночастотных световых потоков.
упр
Датчик вибраций (фиг. 1) содержит последовательно соединенные первый электрод 1, пьезоэлектрические 2 и электролюминесцентные 3 элементы, второй электрод 4. В качестве электролюминесцентного элемента 3 может быть использован электролюминофор или светодиод. Первый 1 и второй 4 электроды выполнены с возможностью подключения посредством подводящих электродов 5 (фиг. 3) к источнику питания с варьируемым электрическим напряжением U для управления интенсивностью свечения электролюминесцентных элементов 3.
Второй электрод 4 (фиг. 1) может быть выполнен фотопрозрачным для улучшения интенсивности светоотдачи электролюминесцентного элемента 3 и, как следствие, повышения чувствительности датчика.
Датчик расположен и закреплен клеевой прослойкой 6 на локальном участке поверхности диагностируемой конструкции 7. На локальный участок поверхности диагностируемой конструкции 7 нанесен внешний защитный слой 8.
Клеевая прослойка 6 необходима для фиксации датчика на локальном участке поверхности диагностируемой конструкции 7 и расположена между локальным участком поверхности конструкции 7 и первым электродом 1 (фиг. 1) или торцевой поверхностью датчика (фиг. 2). Клеевая прослойка 6 также является буферным слоем, через, который транслируется на датчик со стороны диагностируемой конструкции 7, в частности, композитной структурно микронеоднородной конструкции лишь макроскопическая составляющая полей деформирования (для случая, когда характерный размер неоднородностей диагностируемой композитной конструкции соизмерим с размером датчика). В результате, буферный слой в виде клеевой прослойки 6 исключает «паразитное влияние» на результаты измерения датчика случайных пульсаций, обусловленных микронеоднородностью в окрестности участка поверхности диагностируемой конструкции 7. Защитный слой 8 и клеевая прослойка 6 могут быть конструктивно объединены и выполнены из одного упругого материала (фиг. 4).
Датчик может содержать, в частности, три (фиг. 1, фиг. 2) или шесть (фиг. 4) (это число определяется числом диагностируемых независимых характеристик анизотрапии вибрации участка поверхности конструкции 7) «измерительных элементов» из пар типа «электролюминесцентный элемент/пьезоэлектрический элемент», в частности, в виде составных измерительных секторов типа «электролюминесцентный сектор/пьезоэлектрический сектор» с различными взаимными направлениями поляризаций расположенных в них пьезоэлектрических элементов и с различными частотами, в частности, для трехэлементного датчика - красным, желтым, синим цветом светоотдач электролюминесцентных элементов 3.
Пьезоэлектрические элементы 2 имеют вид, в частности, однотипных (геометрически равных) круговых цилиндрических секторов (фиг. 1, 2, 4) и два электрода 1, 4 имеют форму круга (фиг. 1) или выполнены в виде цилиндрических поверхностей 1 и 4, коаксиальных с центральной осью датчика (фиг. 2, 4).
Пьезоэлектрические 2 и электролюминесцентные 3 элементы расположены между электродами 1 и 4 и могут чередоваться, в частности, вдоль нормали к основанию датчика (участку поверхности диагностируемой конструкции 7) для случая круговых пластинчатых управляющих электродов 1 и 4, один из которых, в частности, фотопрозрачный 4, (фиг. 1) или вдоль радиальной координаты датчика для случая коаксиальных цилиндрических управляющих электродов 1 и 4, один из которых 1 размещен на центральной оси датчика (фиг. 2).
упр
В составном датчике сетевого типа (фиг. 3) одноименные (первые или вторые) электроды 1, 4 заявляемого датчика (в частности, трехэлементных) (фиг. 1, 2) могут быть соединены между собой сетевыми (в частности, линейными) электродами 9 для повышения точности диагностирования анизотропных вибраций на протяженных участках поверхности конструкции 7 с использованием управляющего напряжения U, которое передается по сетевым электродам 9 на электроды 1, 4 датчиков, закрепленных на поверхности диагностируемой конструкции 7.
Сетевые электроды 9 покрыты и зафиксированы на диагностируемом участке поверхности конструкции 7 защитным, в частности, полимерным слоем 8 для защиты от механических повреждений (на фиг. 3 защитный слой не показан).
Подводящие электроды 5, посредством которых электроды 1, 4 подключены к источнику питания, покрыты и зафиксированы на диагностируемом участке поверхности конструкции 7 защитным, в частности, полимерным слоем 8 для защиты от механических повреждений.
Датчик может быть дополнен оптоволокном 10 (фиг. 4), который расположен вблизи электролюминесцентных элементов 3 и предназначен для приема и передачи от них световых сигналов к приемнику-анализатору для повышения чувствительности и точности измерений датчиком анизотропных вибраций.
В датчике в виде составного цилиндрического волокна или в составном датчике сетевого типа (для диагностирования протяженного участка поверхности конструкции) боковая цилиндрическая поверхность оптоволокна расположена вблизи составных электролюминесцентных элементов заявляемого датчика с возможностью проникновения излучаемых ими световых потоков во внутрь оптоволокна и передачи их по оптоволокну к приемнику-анализатору интенсивностей полихромных световых потоков. При этом геометрическая форма оптоволокна обуславливается, в частности, кривизнами, формой и характерными размерами исследуемого протяженного участка поверхности конструкции и, дополнительно, для случая составного датчика сетевого типа взаимным пространственным распределением на ней и последовательностью «соединения» оптоволокном заявляемых датчиков и, в частности, может иметь форму концентрической спирали для увеличения контролируемой площади поверхности конструкции, приходящейся на одно оптоволокно или на один внещний приемник-анализатор интенсивности свечения на выходе из оптоволокна датчика.
Датчик может быть дополнен инерционным элементом (на фигурах не показан), расположенным и закрепленным вблизи пьезоэлектрических элементов 2.
Устройство работает следующим образом.
Действие на исследуемый элемент конструкции 7 диагностируемых анизотропных вибраций в виде осевых, сдвиговых мембранных деформаций и, в частности для пластин, моментных (изгибных и крутильных) деформаций приводит к деформированию пьезоэлектрических элементов 2, в частности, геометрически одинаковых круговых секторально-цилиндрических элементов датчика (фиг. 1 - фиг. 4) и появлению в каждом пьезоэлектрическом элементе 2 соответствующего электрического поля, которое действует на соответствующий электролюминесцентный элемент 3, в частности, круговой секторально-цилиндрический (фиг. 1 - фиг. 4) электролюминесцентный элемент 3 и вызывает (при достижении электрическим напряжением некоторого порогового значения) его свечение с заданной частотой (цветом).
Каждый пьезоэлектрический элемент 2 заявляемого датчика имеет свое (отличное от других пьезоэлектрических элементов 2) фиксированное направление поляризации. Направления поляризаций пьезоэлементов 2 (фиг. 1 - фиг. 4) задаются из требования возникновения в соответствующих им электролюминесцентных элементах 3 (фиг. 2 - фиг. 6) информативных составляющих электрических напряжений и, как следствие, информативных светоотдач электролюминесцентных элементов, в результате обработки интенсивностей световых потоков которых находятся параметры диагностируемой анизотропной вибрации участка поверхности конструкции 7.
Каждый электролюминесцентный элемент 3 заявляемого датчика имеет свою (отличную от других элементов 3) фиксированную частоту (цвет) светоизлучения.
люм(k)
Для повышения чувствительности датчика в конструкции датчика могут располагаться дополнительные поверхностные электроды (на фигурах не показаны) для собирания индивидуальных для каждого k-го пьезоэлектрического элемента 2 интегральных электрических потенциалов (электрических зарядов) с рабочей (наиболее сильно электролизующейся при вибрации конструкции) поверхности, в частности, плоской грани (фиг. 1) или цилиндрической поверхности (фиг. 2) каждого k-го пьезоэлектрического элемента 2, и направления этого интегрального потенциала на соответствующий k-й электролюминесцентный элемент 3, тем самым усиливая информативное электрическое напряжение U (для каждого k-го электролюминесцентного элемента, где , n - число электролюминесцентных или пьезоэлектрических элементов в датчике) и, как следствие, интенсивность светоотдачи на каждом в отдельности электролюминесцентном элементе 3, что повышает чувствительность датчика; при этом эти дополнительные поверхностные электроды электрически не соединены ни между собой, ни с другими электродами 1, 4, 5, 9.
упр
люм(k)
люм(k)
люм(k)
упp
Варьируя (через подводящие электроды 5) величину управляющего напряжение U между первым 1 и вторым 4 электродами датчика можно изменять электрическое напряжения U и интенсивность светоотдачи I электролюминесцентных элементов 3. В результате, информативные величины интенсивностей I () составляющих полихромного света, образованного светоотдачей всех n электролюминесцентных элементов 3, зависят от значений параметров диагностируемой анизотропной вибрации и управляющего напряжение U. На основе визуального анализа или с применением внешнего приемника-анализатора интенсивностей, в частности, трехцветного спектра свечения элементов составного трехэлементного датчика (фиг. 1 - фиг. 3) или шестицветного спектра свечения элементов составного щестиэлементного датчика (фиг. 4) делается вывод о значениях параметров анизотропной вибрации и их локациях на участке поверхности диагностируемой конструкции 7.
ε(k)
U(k)
упр
1
2
2
1
1
3
2
3
ij
i
j
1
2
3
1
2
3
j
a
а
а
а
*
Число измерительных элементов n датчика равно числу диагностируемых параметров анизотропной вибрации элемента конструкции 7. Информативные a и управляющие  коэффициенты для каждого k-го измерительного элемента, включающего в себя k-й пьезоэлектрический 2 и электролюминесцентный 3 элементы, датчика связывают действующее электрическое напряжение на k-м электролюминесцентном элементе 3  c компонентами диагностируемой обобщенной вибрационной деформацией ε и с заданным варьируемым значением управляющего напряжения U между первым 1 и вторым 4 электродами датчика, . Диагностируемыми параметрами анизотропной вибрации элемента конструкции 7 могут быть следующие величины: мембранные деформации , относительные углы закручиваний , сечений вокруг поперечных осей r, r и поворотов  сечений вокруг продольных осей r, r при изгибах в плоскостях rr, rr, где относительные углы поворотов , , , , функции углов поворотов ϕ сечений (боковых граней фрагмента пластины 7) с нормалями r вокруг r соответственно, i,j=1,2 (фиг. 4), осевые ,, и угловые ε,ε,ε вибрационные ускорения элемента конструкции 7 по осям r, .
В частности, для диагностирования вибрационных мембранных деформаций  элемента конструкции 7 датчик содержит три (n=3) измерительных элемента (фиг. 1 - фиг. 3).
В частности, для диагностирования осевых и моментных изгибных и крутильных обобщенных деформаций  элемента конструкции 7 в виде элемента пластины (оболочки) датчик содержит шесть (n=6) измерительных элементов, в частности, в виде круговых секторных цилиндрических элементов (фиг. 4).
В частности, для диагностирования осевых и угловых вибрационных ускорений  элемента конструкции 7 в виде пластины (оболочки) составной датчик содержит шесть (n=6) измерительных элементов, в частности, в виде круговых секторных цилиндрических элементов (фиг. 4). Для исключения влияния на диагностируемые осевые и угловые вибрационные ускорения деформационных параметров элемента конструкции 7 клеевую прослойку (буферный слой) 6 необходимо делать как можно более жесткой (недеформируемой). Для повышения чувствительности и точности измерения вибрационных ускорений датчик может быть дополнен инерционным элементом, расположенным и закрепленным вблизи одного или нескольких пьезоэлектрических элементов 2. Инерционный элемент выполнен с возможностью упругого деформирования пьезоэлектрических элементов 2 под воздействием инерционных сил, действующих на элементы датчика (фиг. 1, фиг. 2) и обусловленных диагностируемыми вибрационными ускорениями элемента конструкции 7.
В частности, в качестве инерционного элемента может использоваться защитный слой 8 из материала с повышенной (относительно элементов 2, 3, 10) массовой плотностью (в частности, из материала свинец) или инерционный элемент может быть выполнен в форме шара или диска с повышенной массовой плотностью и закреплен в верхней центральной области датчика или его защитного слоя 8.
В частности, для датчика в виде составного цилиндрического волокна (фиг. 4) инерционный элемент может быть выполнен с возможностью локального воздействия и упругого деформирования пьезоэлектрических элементов 2 под воздействием инерционных сил, действующих на соответствующий локальный участок датчика на элементе конструкции 7. В частности, для датчика в виде составного цилиндрического волокна распределенный по длине инерционный элемент может быть выполнен в виде совокупности дискретных однотипных инерционных элементов (в частности, в форме шара из материала свинец) расположенных на одинаковом по длине датчика расстоянии друг от друга внутри защитного слоя 8 или однотипно закрепленных (в частности, приклеенных или приформованных), в частности, в верхней (наиболее удаленной от клеевой прослойки 6) области защитного слоя 8.
ε
U
а
*
Коэффициенты a,  находятся экспериментально или в результате численного 3D моделирования решения связанной краевой задачи электроупругости для датчика (фиг. 1, фиг. 2) или фрагмента датчика (фиг. 4) на локальном участке поверхности конструкции 7 для различных случаев ее деформирования ε, в частности, в программной системе конечно-элементного анализа ANSYS.
Подтверждение заявленного технического результата: повышение точности диагностирования характеристик анизотропии вибраций как на локальном участке, так и на протяженном участке поверхности исследуемой конструкции в виде пластины получено в результате проведенных численных экспериментов в программной системе конечно-элементного анализа ANSYS.
Численные экспериментальные испытания показали, что по сравнению с известным устройством, достигается повышение точности диагностирования характеристик анизотропии вибраций как на локальном участке, так и на протяженном участке поверхности.