ЭЛАСТИЧНЫЙ ДАТЧИК УДАРА

Эластичный датчик удара поляризационного типа из не пьезоэлектрического материала относится к области измерительной техники и предназначен для измерения силы удара. Полезная модель обладает изотропными и демпфирующими свойствами, проста в изготовлении и эксплуатации. Эластичный датчик удара может быть использован при изготовлении защитного снаряжения в боевых единоборствах для электронного судейства.
Чувствительный элемент датчика удара поляризационного типа - это диэлектрический материал, динамическая нагрузка на который, сопровождается появлением электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике. Данный эффект обусловлен объемной поляризацией диэлектрика за фронтом ударной волны, сопровождающую удар. Датчики удара поляризационного типа разнятся материалом ударного чувствительного элемента, конструктивными решениями и технологиями изготовления.
Так в аналоге данной полезной модели - датчике давления [№346615 G01/906, опубл. 28.07.1972] для регистрации давления в ударных волнах, реализуемых при динамическом нагружении веществ, ударный чувствительный элемент датчика плоской формы выполнен из монокристалла галогена (NaCl). Технический результат аналога - возможность определение заданного уровня давления в ударной волне путем фиксации изменения знака ЭДС, возникающего в ударном чувствительном элементе.
К недостаткам данной модели следует отнести строгую ориентацию поверхности ударного чувствительного элемента по отношению к вектору направленности ударной волны и возможное искажение импульса давления из-за отражения ударной волны от подложки датчика.
Другой аналог - датчик для измерения импульсов давления [US 3404559 А G01L 23/00, опубл. 08.03.1965], в котором ударный чувствительный элемент поляризационного типа выполнен из полиметилметакрилата (плексигласа) и расположен между двумя коаксиальными сферическими токопроводящие поверхностями. Сферическая конструкция ударного чувствительного элемента в данной модели позволила повысить точность регистрации параметров давления за счет того, что не требуется строгая ориентация на направление удара.
Недостаток данного аналога - отсутствие возможности точного определения значение механического импульса, из-за конечного размера ударного чувствительного элемента.
Прототипом заявленного эластичного датчика удара послужил пьезоэлектрический датчик воздушных ударных волн [патент №51423, G01L 23/10 опубл. 10.02.2006], который относится к области измерительной техники и предназначен для измерения параметров импульсного давления, создаваемого в воздухе любым импульсным источником акустической или ударной волны, в том числе и взрывным устройством. Данная полезная модель имеет широкий диапазон амплитуд и длительностей регистрируемого импульсного давления. Указанный технический результат достигается тем, что в пьезоэлектрическом датчике воздушных ударных волн, содержащем пьезоэлемент в виде полой сферы с электродами, соединенный с корпусом через демпфер из резиноподобного материала, причем, внешние поверхности демпфера и корпуса образуют единую коническую поверхность, в демпфере и корпусе выполнено сквозное отверстие, соединенное с внутренней полостью пьезоэлемента и заполненное материалом с низким волновым сопротивлением, служащим акустическим волноводом.
К недостаткам прототипа следует отнести сложность изготовления чувствительного элемента - в виде полой сферы из пьезоэлента, а также наличие дополнительных конструктивных элементов, как-то: конический корпус, резиновый демпфер, акустический волновод.
Заявленный эластичный датчик удара поляризационного типа из не пьезоэлектрического диэлектрического материала имеет изотропную чувствительность, регистрирует силу удара, оставаясь динамически прочным, а будучи, например, выполненным из листа, принимает очертания любой формы неограниченной поверхности, сохраняя при этом свои полезные признаки. При этом полезная модель проста в изготовления и эксплуатации.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предложенной полезной модели, возможен, благодаря существенному признаку: поляризации полимера под воздействием удара.
Техническое решение заявленной полезной модели - это контакт эластичных полимера и проводника, который обуславливает существенный признак: в проводнике индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости деформации диэлектрика под действием удара.
Простая конструкция эластичного датчика удара поляризационного типа (Фиг.) представляет собой контакт ударного чувствительного элемента 1 и проводника 2.
-6
-10
Эластичный датчик удара поляризационного типа работает следующим образом: при динамическом воздействии на ударный чувствительный элемент 1 по нормали к поверхности (или под углом) по диэлектрику распространяется ударная волна, сопровождающаяся появлением ЭДС во внешней цепи 2. Причина возникновения ЭДС является ориентация молекул диэлектрика вдоль направления движения фронта ударной волны, т.е. кратковременная поляризация диэлектрика. Разворот молекул происходит под действием градиента давления на фронте ударной волны (время создания эффекта поляризации диэлектрика составляет 10÷10 с). Мгновенное изменение поля в диэлектрике индуцирует ЭДС в проводнике. Величина электрического сигнала пропорциональна силе удара.
Например, для измерения импульсных давлений длительностью 1÷10 мкс в диапазоне 10÷40 кПа ударный чувствительный элемент эластичного датчика удара, прошитый по периферии многожильным монтажным проводом в мягкой изоляции 12AWG, был выполнен из листа пенополиуритана формата А4 и толщиной 5 мм. В результате действия резкого удара по эластичному датчику осциллограф регистрирует импульс напряжения порядка несколько вольт.