ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
PIEZOCONVERTER

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения относительной деформации.
Известен "Тензодатчик" (а.с. SU №1656315, МПК5 G01B 7/16, опубл. 15.06.1991, Бюл. №22), выполненный в виде тканевого плетения, содержащего электропроводные тензочувствительные нити, снабженные выводными проводниками. Нити плетения выполнены эластичными, а выводные проводники распределены по длине эластичных нитей. Недостатком этого устройства является невозможность использования диагонально расположенных тензорезисторов, без наличия которых невозможно провести полноценное тензометрирование объекта исследования.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является "Интегральный тензопреобразователь" (a.c. SU №1224563, МПК4 G01B 7/16, опубл. 15.04.1986, Бюл. №14), содержащий гибкую диэлектрическую подложку, на одной стороне которой в одном или двух направлениях с образованием сторон, по крайней мере, одного прямоугольника, чередуются тензорезисторы, входящие в смежные плечи моста. При таком выполнении тензопреобразователя можно проводить суммарные измерения показаний тензодатчиков в любом направлении, но невозможно показать картину деформирования поверхности по точкам или областям. Недостатком этого устройства является - суммарное измерение деформации по каждому из двух направлений, которое хоть важно само по себе, но редко используется в практике измерения.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение уровня информативности измерений, а именно получение представления о распределении относительной деформации (поле деформации) на значительной площади поверхности нагруженного объекта.
Технический результат - измерение деформации на большой поверхности объекта при небольшом времени установки устройства, а также проведение интегральных измерений показаний по любому направлению.
Поставленная задача решается заявляемым тензопреобразователем, содержащим гибкую диэлектрическую подложку и, по крайней мере, четыре тензорезистора с токоподводящими дорожками, размещенные на одной стороне подложки с образованием сторон, по крайней мере, одного прямоугольника, за счет того, что он в отличие от прототипа снабжен защитной гибкой диэлектрической подложкой, приклеиваемой со стороны тензорезисторов к поверхности первой подложки, снабженной с наружной стороны клеевым слоем. Внутри каждого образованного тензорезисторами прямоугольника размещен вдоль, по крайней мере, одной диагонали, по крайней мере, один тензорезистор. Тензорезисторы и токоподводящие дорожки нанесены на подложку методом фотопечати, выполнены с возможностью подключения отдельно каждого тензорезистора к измерительной аппаратуре.
На внешней поверхности защитной подложки может быть установлен жидкокристаллический экран, подключенный к измерительной аппаратуре.
Нанесение на подложку тензорезисторов и токоподводящих дорожек методом фотопечати позволяет закрепить токопроводящие дорожки в районе тензорезистора, так как в противном случае колебания токопроводящих дорожек при проведении динамических испытаний могут привести к нарушению работы тензопреобразователя, искажению показаний, которое в свою очередь связано с повреждениями как самих тензорезисторов, так и токопроводящих дорожек. Размещение вдоль, по крайней мере, одной диагонали, по крайней мере, одного тензорезистора внутри каждого образованного тензорезисторами прямоугольника позволяет повысить уровень информативности измерений, а именно получить представление о распределении относительной деформации (поле деформации) на значительной площади поверхности нагруженного исследуемого объекта. Выполнение тензорезисторов с возможностью подключения отдельно каждого тензорезистора к измерительной аппаратуре позволяет проводить интегральные измерения деформации по любому направлению.
Установка на внешней поверхности защитной подложки жидкокристаллического экрана, подключенного к измерительной аппаратуре, позволяет наглядно наблюдать за нагружением объекта.
Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 - изображен внешний вид заявляемого тензопреобразователя, на фиг. 2 - расположение тензорезисторов на гибкой подложке, на фиг. 3 - расположение токопроводящих дорожек и рензорезисторов. На фиг. 4 показан общий вид тензопреобразователя с приподнятой защитной подложкой.
Тензопреобразователь содержит гибкую диэлектрическую подложку 1 и, по крайней мере, четыре тензорезистора 4 с токоподводящими дорожками 5, размещенных на одной стороне подложки 1 с образованием сторон, по крайней мере, одного прямоугольника AI (A1, А2, A3). Площади прямоугольников могут пересекаться, дублируя показания измерения.
Тензопреобразователь снабжен защитной гибкой диэлектрической подложкой 2, приклеиваемой со стороны тензорезисторов 4 к поверхности первой подложки 1, снабженной с наружной стороны клеевым слоем (не показано). Внутри каждого образованного тензорезисторами 4 прямоугольника AI размещен вдоль, по крайней мере, одной диагонали, по крайней мере, один тензорезистор 4. Тензорезисторы 4 и токоподводящие дорожки 5 нанесены на подложку 1 методом фотопечати, соединены в общий шлейф 3 для подключения отдельно каждого тензорезистора 4 к измерительной аппаратуре.
Устройство может иметь любую площадь соприкосновения с объектом, необходимую для получения полноценной картины его деформации (необходимое количество тензорезисторов 4 устанавливается на подложку 1 в заводских условиях). Подложка 1 должна быть достаточно тонкой - для уменьшения искажения величины деформации исследуемой поверхности на показаниях тензорезисторов 4. Кроме того, при необходимости на внешней поверхности подложки 2 возможна установка экрана жидкокристаллического (не показано), подключенного к измерительной аппаратуре, на который после вторичной обработки будет выводиться информация в виде эпюр деформирования поверхности.
Все операции по фотопечати тензодатчиков 4 и вывод шлейфа 3 проводят в заводских условиях, а монтаж (т.е. наклейка) устройства проводится в полевых условиях, тем самым сводится к минимуму риск получения технологических повреждений.
Тензопреобразователь работает следующим образом.
Устройство наклеивают (подобно пластырю) на предварительно подготовленную поверхность объекта внешней стороной подложки 1. После прикрепления тензопреобразователя к требуемой поверхности и подсоединения шлейфа 3 к измерительной аппаратуре объект подвергают заданным нагрузкам и проводят измерение деформации. За счет подключения отдельно каждого тензорезистора 4 к измерительной аппаратуре измерение можно проводить в любой последовательности, либо одновременно по всем направлениям деформирования объекта, либо по конкретным направлениям (осям).
При установке на внешней поверхности подложки 2 жидкокристаллического экрана (не показано), подключенного к измерительной аппаратуре, на который после вторичной обработки выводится информация в виде эпюр деформирования поверхности, можно без громоздкого оборудования наглядно видеть деформированное состояние поверхности объекта.
Таким образом обеспечивается повышение уровня информативности измерений, а именно получение представления о распределении относительной деформации (поле деформации) на заданной площади поверхности нагруженного исследуемого объекта.