Устройство приема акустических сигналов для диагностирования состояния контролируемого объекта

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в газовой и нефтедобывающей промышленности для обнаружения твердой и жидкой фазы в газожидкостном потоке в трубопроводе.
Устройства для приема акустических сигналов с использованием датчиков акустических эмиссионных резонансного типа известны из уровня техники.
Известен датчик акустический, эмиссионный резонансного типа, содержащий корпус, пьезоэлемент с электродами, приемник и крепежное устройство, при этом приемник контактирует с пьезоэлементом [Проспект фирмы «Брюль и Кьер». Резонансные датчики 8313 и 8314].
Также известен датчик акустический эмиссионный резонансного типа содержит корпус, пьезоэлемент с электродами, приемник контактирующий с пьезоэлементом, пружину установленную со свободной стороны пьезоэлемента и крепежное устройство, выполненное в виде двух прижимных гаек, причем первая прижимная гайка установлена со стороны выпуклой торцевой поверхности цилиндрического приемника, а вторая - со стороны пружины. Пьезоэлемент выполнен составным из нескольких пьезопластин. / Патент РФ №2352932, кл. G01 №29/14, 2009 /.
Данный датчик принят за прототип.
Датчик собирается по способу, заключающемся в сборке чувствительного элемента датчика в пьезопакет из отдельных пьезоэлементов, в установке сборке полученного пьезопакета в корпусе датчика с цилиндрическим приемником при последующем контроле амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), по которой судят о чувствительности датчика. / Заявка на изобретение №2016147679, кл. H01L 41/083, G01N 29/14, 2018 /.
Недостатком прототипа является недостаточная повышение чувствительность датчика при использовании известного способа его изготовления и недостаточная технологичность регулировки его чувствительности с помощью регулировочных прокладок, что требует частичной разборки датчика для их смены.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является улучшение технологичности его сборки и монтажа на объекте.
Данный технический результат достигают за счет того, что устройство приема акустических сигналов для диагностирования состояния контролируемого объекта, в корпусе которого размещен акустический датчик эмиссионный резонансного типа, состоящий из корпуса датчика, в котором установлены цилиндрический приемник, на котором размещен чувствительный элемент датчика, выполненный в виде пьезопакета из отдельных пьезоэлементов и изоляторов, пружина, осуществляющая прижим ЧЭ к плоской поверхности приемника с помощью прижимной гайки, под прижимной гайкой размещены прокладки для регулировки усилия поджатия до достижения оптимального значения, при котором чувствительность датчика будет максимальной, отличающееся тем, что дополнительно для поджатия к поверхности контролируемого объекта содержит тарельчатые пружины, размещенные с противоположной стороны приемника датчика между экранирующим колпаком датчика и прижимающим колпаком корпуса устройства, при этом конструкция крепления датчика в корпусе устройства имеет плавающий тип, обеспеченный внешней цилиндрической поверхностью корпуса датчика со стороны приемника, скользящей в сопряженной цилиндрической втулке корпуса устройства, а также включает упорную гайку корпуса устройства, положение которой определяется регулировочными прокладками.
Для получения максимальной чувствительности датчика на прижимной гайке датчика может быть установлена контргайка.
Изобретение поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлена конструктивная схема устройства приема акустических сигналов.
Устройство содержит корпус 1 устройства (фиг. 1), акустический датчик эмиссионный резонансного типа в корпусе 2 которого последовательно расположенные в нем цилиндрический приемник 3, пьезопакет 4 с электродами, выполненный, например, составным из двух пьезопластин и изоляторов, и пружину 5. Наружная торцевая поверхность приемника 3 выполнена выпуклой, а внутренняя - плоской.
Датчик также содержит крепежное устройство, выполненное в виде прижимной гайки 6.
Датчик также включает в себя экранирующий колпак 7, закрепленный на корпусе 2 с помощью резьбового соединения, и выводной кабель, контактирующий с электродами на электродной панели (на чертеже не оцифрованы).
Между экранирующим колпаком 7 датчика и прижимающим колпаком 8 корпуса устройства размещены тарельчатые пружины 9.
Внешняя цилиндрическая поверхность корпуса 2 датчика со стороны приемника 3 сопряжена с цилиндрической втулкой 10 устройства для осуществления плавающего типа крепления в ней.
Упорная гайка 11 с помощью регулировочных прокладок 12 устройства служит для осуществления оптимизации усилия прижима и фиксации приемника 3 к контролируемому объекту 14.
Для регулировки степени поджатия пружиной 5 пьезопакета 4 к цилиндрическому приемнику 3 датчика и фиксации прижимной гайки 6 в положении максимальной чувствительности датчика устройство содержит контргайку 13 на прижимной гайке датчика.
Устройство работает следующим образом.
Устанавливают устройство на контролируемом объекте 14, например трубопроводе, таким образом, чтобы приемник 3 (через акустическую связку) был прижат к поверхности объекта 14. Сигналы акустической эмиссии, возникающие, например, в стенке трубопровода при воздействии на него частиц твердой фазы многофазного потока, вызывают в приемнике 3 акустический сигнал, который преобразуется пьезоэлементом 4 в соответствующий по частоте, амплитуде и коэффициенту преобразования электрический сигнал, передаваемый по кабелю (на чертеже не оцифрован) на обрабатывающую и регистрирующую аппаратуру (на чертеже не представлены). Величина акустического сигнала, поступающего с поверхности контролируемого объекта 14 в приемник 3 датчика, существенно зависит от качества акустического контакта между приемником 3 и поверхностью контролируемого объекта 14, что определяется степенью поджатия датчика к объекту 14 и качеством его установки (отсутствием или наличием перекосов в зоне контакта). Плавающая конструкция крепления датчика в корпусе устройства, обеспеченная наличием прижимных тарельчатых пружин 9 к упорной гайке 11 с регулировочными прокладками 12 обеспечивают автоматически оптимальное усилие поджатия приемника 3 датчика к поверхности контролируемого объекта 14 и качественную (без перекосов) его установку.
Чувствительность датчика, определяющаяся его коэффициентом преобразования, в полосах частот, совпадающих с частотами собственных резонансных колебаний пьезоэлемента 4 и приемника 3 (например, частотами их радиальных и(или) продольных резонансных колебаний), увеличивается пропорционально добротности этих колебаний.
При изготовлении датчика чувствительный элемент датчика (пьезопакет), собирают, из отдельных пьезопластин. Полученный пьезопакет испытывают на амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) в районе резонанса. Из всех собранных пьезопакетов отбирают только пьезопакеты с большим максимальным размахом АЧХ в районе резонанса. Затем все элементы датчика собирают в едином корпусе с цилиндрическим приемником. После чего осуществляют регулировку усилия прижима пьезопакета к цилиндрическому приемнику с помощь прижимной гайки. Одновременно контролируют АЧХ датчика в районе резонанса. И вновь отбирают датчики с максимальным размахом резонанса, т.е. с максимальной чувствительностью. Положение прижимной гайки 6 при максимальном размахе резонанса фиксируется контргайкой 13, что не требует частичной разборки датчика для смены регулировочных прокладок.