ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПЬЕЗОИНДУКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВИБРАЦИИ

Полезная модель относится к области контроля соответствия расчетных параметров состояния зданий, сооружений и объектов техники при эксплуатационном вибронагружении для исключения их перегрузок на объектах атомной энергетики, строительства, транспорта, а именно - к виброизмерительным устройствам при измерении параметров виброударных процессов.
Измерение параметров колебательного движения в технике принято называть виброметрией, которая имеет дело с процессами, носящими периодический (промышленные вибрации, сейсмометрия) или импульсный (удары, взрывы) характер. Соответственно, и к приборам, предназначенным для измерения различных видов колебательного движения, предъявляются различные требования как по чувствительности, так и по необходимой величине частотного диапазона.
Для количественного измерения параметров движения (скорость, ускорение, перемещение) используют различные типы основных преобразователей: реостатные, тензорезисторные, индуктивные, фотоэлектрические, индукционные, пьезоэлектрические и другие.
Для измерения виброускорений широкое распространение получили виброакселерометры с пьезоэлектрическими преобразователями, характеризующиеся простотой и надежностью конструкций, высокой чуствительностью и малыми габаритами и массой.
Однако, в области низких частот, характерных для транспортных виброускорений, возможности приборов с пьезоэлектрическими преобразователями ограничены.
На решение задачи расширения возможностей пьезоэлектрических преобразователей и направлено данное техническое решение.
Из сведений, общедоступных до даты приоритета заявленного технического решения, известно следующее средство того же назначения:
Измерительный пьезоиндукционный преобразователь вибрации, содержащий корпус, источник электропитания, инерционный груз, пьезоблок, выполненный из двух пьезоэлементов, скрепленных между собой через прокладку, при этом нижний пьезоэлемент блока жестко прикреплен к корпусу, а верхний пьезоэлемент сопряжен с инерционным грузом, и электроизмерительный прибор (патент РФ №75615). Это техническое решение является наиболее близким к заявленной полезной модели и, поэтому принято за прототип.
Известное техническое решение обладает недостатком связанным с невозможностью измерений в области низких частот, характерных для транспортных виброускорений, а также нестабильностью характеристик пьезоблока.
Полезная модель направлена на получение технического результата, устраняющего указанные недостатки путем расширение эксплуатационных возможностей за счет объединения в одном преобразователе функций акселерометра и велосиметра и улучшения метрологических характеристик вследствие электромагнитного демпфирования инерционного груза.
Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь изобретения с указанным техническим результатом.
Измерительный пьезоиндукционный преобразователь вибрации, содержащий корпус, источник электропитания, инерционный груз, пьезоблок, выполненный из двух пьезоэлементов, скрепленных между собой через прокладку, при этом нижний пьезоэлемент блока жестко прикреплен к корпусу, а верхний пьезоэлемент сопряжен с инерционным грузом, и электроизмерительный прибор. Инерционный груз выполнен в виде постоянного магнита, вокруг которого на внутренней поверхности корпуса закреплена индукционная катушка, электрически соединенная выборочно посредством переключателя с электроизмерительным прибором или с источником электропитания. Упомянутый постоянный магнит неразъемно прикреплен к верхнему пьезоэлементу пьезоблока с возможностью перемещения вдоль оси корпуса в пределах упругой деформации элементов пьезоблока.
Технический результат, достигаемый во всех случаях реализации объекта, обеспечивается следующей совокупностью новых, отличительных признаков:
- инерционный груз выполнен в виде постоянного магнита, вокруг которого на внутренней поверхности корпуса закреплена индукционная катушка, электрически соединенная выборочно с электроизмерительным прибором или с источником электропитания, при этом упомянутый постоянный магнит установлен в корпусе с возможностью свободного перемещения вдоль оси корпуса и неразъемно прикреплен к верхнему пьезоэлементу блока.
На чертеже представлен общий вид фиг.1 представлен общий вид пьезоиндукционного преобразователя вибрации.
Пьезоиндукционный преобразователь вибрации содержит корпус 1, источник электропитания 2, пьезоблок 3, выполненный из двух пьезоэлементов. Пьезоблок, выполнен из двух пьезоэлементов, скрепленных между собой через прокладку 4, при этом нижний пьезоэлемент пьезоблока 3 жестко прикреплен к корпусу 1, а верхний пьезоэлемент сопряжен с инерционным грузом 5. Устройство снабжено электроизмерительным прибором 6. Инерционный груз 5 выполнен в виде постоянного магнита, вокруг которого на внутренней поверхности корпуса закреплена индукционная катушка 7, электрически соединенная выборочно через переключатель 8 с электроизмерительным прибором 6 или с источником электропитания 2. Упомянутый постоянный магнит неразъемно прикреплен к верхнему пьезоэлементу пьезоблока с возможностью перемещения вдоль оси корпуса в пределах упругой деформации элементов пьезоблока.
Корпус герметично закрыт крышкой 9 и имеет резьбовой наконечник 10 для вворачивания в испытуемый объект.
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".
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 она охарактеризована 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.
Перед началом измерений пьезоиндукционный преобразователь вворачивается резьбовым наконечником 10 в отверстие в испытуемом объекте.
Информацию о вибрации и ударах исследуемого объекта можно получить от двух независимых преобразователей: пьезоэлектрического и индукционного, работающих на различных принципах - в пьезоблоке - за счет воздействия на пьезоэлемент инерционного груза на его обкладках возникает электрический сигнал пропорциональный действующему усилию, и - в индукционном датчике, работающим как велосиметр, при колебаниях постоянного магнита в обмотке его индукционной катушки возникает эдс (электродвижущая сила), пропорциональная изменению магнитного потока. Для улучшения метрологических характеристик пьезопреобразователя данное техническое решение позволяет применить электромагнитное демпфирование. В этом случае переключателем 8 индукционная катушка соединяется с источником электропитания 2. При этом возникает тормозящее усилие на постоянный магнит (инерционный груз), т.е. появляется «электромагнитная пружина», которая демпфирует колебания.
Использование полезной модели позволяет расширить эксплуатационные возможности преобразователя вибрации за счет объединения в одной конструкции элементов с функциями акселерометра и велосиметра, а также улучшить метрологические характеристики прибора вследствие электромагнитного демпфирования инерционного груза.