ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ВИБРАЦИЙ

Полезная модель относится к области мониторинга эксплуатационного вибронагружения зданий, сооружений и объектов техники для исключения их перегрузок на объектах атомной энергетики, строительства, транспорта, а именно-к виброизмерительным устройствам, служащим для проведения метрологических работ при измерении параметров виброударных ускорений.
Из сведений, общедоступных до даты приоритета заявленного технического решения, известно следующее средство того же назначения:
Пьезоэлектрический анализатор вибраций, содержащий основание, источник питания, кольцевой пьезоэлемент, выполненный монолитно или из составных колец, соединенный с указанным источником питания с возможностью подачи напряжения в направлении его поляризации, инерционный груз, и измерительный прибор (патент РФ №75615). Это техническое решение является наиболее близким к заявленной полезной модели и, поэтому принято за прототип.
Известное техническое решение обладает недостаткам связанными с невозможностью проведения экспресс-анализа непосредственно на объекте в реальном масштабе времени из-за необходимости лабораторной обработки данных.
Особенности измерения вибраций связаны с характером колебательного процесса, который может быть периодическим и почти периодическим. Периодические колебания могут быть представлены в виде суммы конечного числа гармоник, т.е. составляющих гармонических колебаний с конечными амплитудами и определенными фазами. Их спектры, т.е. зависимости амплитуд и фаз определенных гармоник от частоты являются линейчатыми. Почти периодические колебания возникают при сложении составляющих с произвольными частотами. Они также обладают линейчатыми спектрами.
Колебания, состоящие из двух и более гармонических колебаний с различными частотами, называются полигармоническими. Такие колебания возникают при работе различных машин и испытаниях изделий на вибрацию. Форма суммарного колебания зависит от частоты гармонических колебаний составляющих, соотношения амплитуд и сдвига фаз.
Если на колебательную систему действует не одна, а несколько гармонических сил разной частоты, то каждая из этих сил выполняет вынужденные колебания со своей частотой.
Периодические колебания произвольного вида могут быть представлены в форме тригонометрического ряда, состоящего из простых гармонических колебаний, частотами кратными основной частоте.
Заданное периодическое колебание определяется коэффициентами ряда Фурье, нахождение которых составляет гармонический анализ колебания.
Это не позволяет оперативно осуществить обработку результатов измерения вибраций, поскольку гармонический анализ выполняют с помощью специальных приборов, компьютеров в стационарных условиях.
Полезная модель направлена на получение технического результата, устраняющего указанные недостатки путем расширение эксплуатационных возможностей за счет обеспечения экспресс-анализа непосредственно на объекте в реальном масштабе времени за счет резонансного усиления величины частотных составляющих вибрации, что обеспечивает возможность обнаружения критических перегрузок на реальном объекте.
Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь изобретения с указанным техническим результатом.
Пьезоэлектрический анализатор вибраций, содержащий основание, источник питания, кольцевой пьезоэлемент, выполненный монолитно или из составных колец, соединенный с указанным источником питания с возможностью подачи напряжения в направлении его поляризации, инерционный груз, и измерительный прибор. Анализатор снабжен частотным генератором импульсов гармонической формы с автономным источником питания, причем генератор выполнен с возможностью плавного или ступенчатого изменения частоты электрического сигнала в диапазоне частот вибрации испытуемого объекта, измерительный прибор выполнен с возможностью выделения и фиксации резонансных импульсов в режимах совпадения частот полигармонических колебаний генератора и случайных частотных всплесков вибраций реального объекта, при этом выходные клеммы генератора электрически соединены с торцевыми наружными плоскостями пьезоэлемента, прилежащими к основанию и инерционному грузу.
Технический результат, достигаемый во всех случаях реализации объекта, обеспечивается следующей совокупностью новых, отличительных признаков:
Анализатор снабжен частотным генератором импульсов гармонической формы с автономным источником питания, причем генератор выполнен с возможностью плавного или ступенчатого изменения частоты электрического сигнала в диапазоне частот вибрации испытуемого объекта, измерительный прибор выполнен с возможностью выделения и фиксации резонансных импульсов в режимах совпадения частот полигармонических колебаний генератора и случайных частотных всплесков вибраций реального объекта, при этом выходные клеммы генератора электрически соединены с торцевыми наружными плоскостями пьезоэлемента, прилежащими к основанию и инерционному грузу.
На фиг.1 представлен общий вид пьезоэлектрического анализатора вибраций; на фиг.2 - амплитудно-частотная характеристика генератора; на фиг.3 - график полигармонических колебаний; на фиг.4 - фиг.6 - простые гармонические колебания от генератора; на фиг.7 - амплитуды резонансных частот.
Пьезоэлектрический анализатор вибраций содержит основание 1, источник питания (не показано), кольцевой пьезоэлемент 2 с диэлектриком 3, выполненный монолитно или из составных колец (не показано), соединенный с указанным источником питания с возможностью подачи напряжения в направлении его поляризации, инерционный груз 4 и измерительный прибор 5. Анализатор снабжен генератором 6 частотных импульсов полигармонической формы с автономным источником питания. Генератор 6 выполнен с возможностью плавного или ступенчатого изменения частоты электрического сигнала в диапазоне частот вибрации испытуемого объекта, Измерительный прибор 5 выполнен с возможностью выделения и фиксации резонансных импульсов в режимах совпадения частот полигармонических колебаний генератора и случайных частотных всплесков вибраций реального объекта. Выходные клеммы генератора электрически соединены с торцевыми наружными плоскостями пьезоэлемента, прилежащими к основанию и инерционному грузу.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле полезной модели, включая характеристику назначения. Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Заявленное техническое решение промышленно применимо, поскольку оно может быть изготовлено промышленным способом и, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо.
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии полезной модели указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом и использовано в метрологии для виброизмерений, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат.
Полезная модель в том виде, как оно охарактеризовано в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлена с помощью средств и методов, описанных в прототипе, ставшим общедоступным до даты приоритета полезной модели. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Устройство работает следующим образом.
∑
∑
1
2
r
Перед началом измерений основание датчика вворачивается в резьбовое отверстие в корпусу 7 испытуемого объекта. В процессе работы объекта возникают полигармонические колебания (фиг.3) в координатах А и f. Затем генератор 5 подает гармонические колебания частотами f b f (график фиг.2 в координатах А - f). Указанные колебания имеют разные частоты и разные амплитуды (фиг.4, фиг.5, фиг.6). При совпадении частоты сигнала, поступающего от генератора 5 с частотой полигармонического сигнала от вибрации корпуса 7 исследуемого объекта, пьезоэлемент 2 на этой частоте будет выдавать сигнал с увеличенной амплитудой (резонансный импульс), что дает всплеск на регистрирующем приборе (например, индикаторе или осциллографе). Это свидетельствует о наличии в полигармоническом сигнале составляющей данной частоты. Выявление и регистрация неблагоприятных для надежности объекта частот позволяет заблаговременно принять меры для исключения аварийной ситуации.
Технический эффект от использования данной полезной модели заключается в повышении оперативности в определении критической состояния различных объектов путем экспресс-анализов их вибрационной нагруженности.