ОБЪЕМНЫЙ ДАТЧИК МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
VOLUMETRIC MECHANICAL VIBRATION SENSOR

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к датчикам измерения параметров механических колебаний и может быть использовано для измерения параметров механических колебаний различных объектов в машиностроении и т.д.
Известны динамические датчики, чувствительные элементы которых имеют предварительно напряженное состояние и работают по механической схеме осевого сжатия-растяжения. Классические схемы таких акселерометров содержат инерционный элемент и два кольцевых пьезоэлемента, расположенных последовательно по оси чувствительности и установленных на жестком цилиндрическом основании корпуса. Такая конструкция имеет простое устройство, обеспечивает удовлетворительное сочетание осевой чувствительности и резонансной частоты и широко используется в акселерометрах общего назначения, например, акселерометрах типа 4344, 8306, 8308, 8310 фирмы Брюль и Къер [1]. Bruel&Kjar. Пьезоэлектрические акселерометры и предусилители. Справочник по теории и эксплуатации. Дания: Нерум. 1978 г.), типа 2215, 2273, 2275 фирмы Эндевко ([2]. Endevco. Shock, Vibration, Pressure. Instrumentation Catalog. 1998 г.) и многих других фирм.
Однако, несмотря на простоту, прочность и надежность конструкции, такие акселерометры имеют ряд недостатков: сравнительно большие габариты и массу, большую деформационную чувствительность и смещение (дрейф) нулевой линии при измерениях однократных ударов большой амплитуды.
Наиболее близким по технической сути, выбранный в качестве аналога является трехкомпонентный (векторный) датчик колебательного ускорения, имеющий корпус, к которому прикреплены пьезоэлектрические чувствительные элементы в форме пластин, реагирующие на параметры колебательного ускорения, электроды и провода для снятия и передачи электрических сигналов на приборы обработки информации, содержащий три чувствительных элемента в виде пьезоэлектрических или биморфных пластин, жестко закрепленных на корпусе, жестко закрепленых на базовом основании и закрытых колпачком, в котором корпус выполнен из однородного материала - металла в форме трехгранной пирамиды с тремя ортогональными плоскостями, на каждой из которых консольным способом закреплены по одному чувствительному элементу. (Патент RU 2400760, МКИ G01P 15/09, опубл. 27.09.10).
Недостатком устройства является получение только показателей вибрации и не позволяют получить линейные и угловые перемещения при вибрации.
Техническим результатом изобретения является создание объемного датчика колебательного ускорения, работающего в широкой полосе частот и позволяющего измерять амплитуду, частоту колебаний в любом направлении, что позволяет получать более точные измерения.
Это достигается тем, что в корпусе датчика устанавливаются 3-4 виброэлемента, включающих подпружиненный упорный элемент (тело вращения) с возможностью перемещения, опорная пружина которого опирается на пьезоэлемент. При перемещении упорного элемента усилие передается через опорную пружину на пьезоэлемент. Электрический сигнал с пьезоэлемента через усилитель, аналого-цифровой преобразователь передается на ПЭВМ, где программой определяются законы линейного перемещения датчика по координатам, угловые перемещения, амплитуда, частота, период колебаний.
Устройство датчика показано на фиг. 1. Объемный датчик механических колебаний содержит основание 1, пьезоэлементы 3 жестко закрепленные на основании, втулка с креплениями 2, отличающаяся тем, что на резьбе к основанию 1 крепится втулка с креплениями 2, на которой по вершинам равностороннего треугольника или квадрата жестко крепятся направляющие цилиндры 5, в которые вставлены подвижные втулки 6, с установленными на верхний срез шариками 8, закрепленные гайкой 7, опирающиеся на опорную пружину 4, нижний конец которой сопряжен с пьезоэлементом 3.
Работает устройство следующим образом. Датчик основанием 1 закрепляется к неподвижной детали устройства, так, чтобы шарик чувствительного элемента датчика, касался сопрягаемой подвижной детали. При движении подвижной детали перемещения сопрягаемой поверхности передаются шарику 8 чувствительного элемента. Через пружину 4 усилия колебания действуют на пьезоэлементы. Электрический сигнал с пьезоэлементов через усилитель, АЦП передается на компьютер, где обрабатывается целью получения необходимых параметров.
Применение датчика позволяет расширить измеряемые показатели перемещения (линейные и угловые), скорости, ускорения, вибрации (частоту, период, амплитуду).