РТУТНЫЙ ВИБРОУДАРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно - к виброизмерительным устройствам для измерения параметров виброударных ускорений при оценке эксплуатационного вибронагружения зданий на объектах атомной энергетики, строительства, сооружений и объектов техники, в том числе транспортных средств.
Известно, что пьезоэлектрический измерительный преобразователь является электромеханическим преобразователем, в котором деформация упругого элемента (монокристалла или поликристалла) преобразуется в электрический заряд.
Одной из основных деталей таких преобразователей является инерционный груз, который в зависимости от силы удара или величины вибрации сжимает пьезоэлемент с разными усилиями, что приводит к изменению величины возникающего заряда и, как следствие - к изменению регистрируемых параметров измеряемого процесса.
Из сведений, общедоступных до даты приоритета заявленного технического решения, известно следующее средство того же назначения:
Ртутный виброударный измерительный пьезопреобразователь, содержащий корпус, пьезоблок, состоящий из двух пьезоэлементов, размещенный в нижней части герметичной полости корпуса, инерционный груз и измерительный прибор с блоками измерения вибраций и удара (патент РФ №75615). Это техническое решение является наиболее близким к заявленной полезной модели и, поэтому принято за прототип.
Известное техническое решение обладает недостатком - оно обладает повышенной чувствительностью к неизмеряемым компонентам движения и недостаточной чувствительностью к регистрируемым компонентам вследствие малой массы инерционного груза. Кроме того, данный преобразователь регистрирует только прямые (в сторону измеряемого объекта) движения инерционного груза.
Полезная модель направлена на получение технического результата, устраняющего указанные недостатки путем использования инерционного груза в виде жидкого материала с высокой плотностью и возможности регистрации вибраций в прямом (в сторону измеряемого объекта) и обратном (от объекта) направлениях.
Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь изобретения с указанным техническим результатом.
Ртутный виброударный измерительный пьезопреобразователь, содержащий корпус, пьезоблок, состоящий из двух пьезоэлементов, размещенный в нижней части герметичной полости корпуса, инерционный груз и измерительный прибор с блоками измерения вибраций и удара снабжен размещенным в верхней части указанной полости корпуса дополнительным пьезоблоком, состоящим из двух пьезоэлементов, поляризованных в обратной полярности по отношению пьезоэлементам нижнего пьезоблока. Выходные проводники электрического заряда пьезокристаллов обоих пьезоблоков соединены выборочно через переключатель или с блоком измерения вибраций или с блоком измерения удара и с измерительным прибором. Наружние пьезоэлементы обоих пьезоблоков жестко прикреплены в указанной полости к корпусу, а между внутренними пьезоэлементами размещен и прикреплен к ним инерционный груз из ртути, помещенной в мягкую термоизолированную герметичную капсулу из диэлектрического материала.
Технический результат, достигаемый во всех случаях реализации объекта, обеспечивается следующей совокупностью новых, отличительных признаков:
- ртутный виброударный пьезопреобразователь снабжен размещенным в верхней части указанной полости корпуса дополнительным пьезоблоком, состоящим из двух пьезоэлементов, поляризованных в обратной полярности по отношению пьезоэлементам нижнего пьезоблока, причем выходные проводники электрического заряда пьезокристаллов обоих пьезоблоков соединены выборочно через переключатель или с блоком измерения вибраций или с блоком измерения удара и с измерительным прибором, при этом наружние пьезоэлементы обоих пьезоблоков жестко прикреплены в указанной полости к корпусу, а между внутренними пьезоэлементами размещен и прикреплен к ним инерционный груз из ртути, помещенной в мягкую термоизолированную герметичную капсулу из диэлектрического материала.
На фиг.1 представлен общий вид ртутного виброударного пьезопреобразователя в режиме измерений; фиг.2 представлен график калибровки измерительного преобразователя; на фиг.3 - то же, что и на фиг.2; на фиг.4 представлен график выходного сигнала вибрационного процесса; на фиг.5 - график выходного сигнала ударного процесса.
Ртутный виброударный измерительный пьезопреобразователь, содержит корпус 1, пьезоблок, состоящий из двух пьезоэлементов 2, размещенный в нижней части герметичной полости 3 корпуса 1, инерционный груз 4 и измерительный прибор 5 с блоками измерения вибраций 6 и удара 7. Ртутный виброударный измерительный пьезопреобразователь снабжен размещенным в верхней части указанной полости 3 корпуса 1 дополнительным пьезоблоком, состоящим из двух пьезоэлементов 8, поляризованных в обратной полярности по отношению пьезоэлементам 2 нижнего пьезоблока. Выходные проводники электрического заряда пьезокристаллов обоих пьезоблоков соединены выборочно через переключатель 9 или с блоком измерения вибраций 6 или с блоком измерения удара 7 и с измерительным прибором 5. Наружние пьезоэлементы обоих пьезоблоков жестко прикреплены в полости 3 к корпусу 1, а между внутренними пьезоэлементами размещен и прикреплен к ним инерционный груз 4 из ртути, помещенной в мягкую термоизолированную герметичную капсулу из диэлектрического материала.
вер
ниж
1
2
вер
ниж
1
2
пик
Как показано на графиках фиг.2 и фиг.3 заявленное решение может служить элементом безопасности при изменении окружающей температуры, приводящему к расширению объема ртути и, как следствие, к изменению усилия Р (фиг.2) поджатия ПЭ (пьезоэлементов) и изменению величины выходного сигнала Х и Х (верхние и нижние значения выходного сигнала). Зона действующих температур находится в границах t и t (фиг.2 и фиг.3), а рабочая зона на фиг.3 ограничена прямоугольником X--X--t--t, причем значения измерений за пределами этого прямоугольника (фиг.3) не фиксируются приборами. На фиг.4 амплитуда измеряемого сигнала обозначена X, Т - период колебания, t - время. На фиг.5 буквой α обозначена ось амплитуд, α - пиковая (максимальная) амплитуда, Ƭ - длительность импульса удара. Как видно из графиков, калибровка учитывает неблагоприятные для измерения объекта изменения температуры.
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.
При установке устройства на вибрирующем объекте при движении объекта вверх, инерционный груз 5 будет сжимать нижний пьезокристалл 2 и в силу прямого пьезоэффекта на его обкладках будут возникать электрические заряды, пропорциональные усилиям и регистрируемые как вибрации или удар прямого направления. При движении объекта в другую сторону давление инерционного груза 4 на этот же пьезокристалл 2 отсутстует и отсутствует электрический заряд.
При движении испытуемого объекта вверх, инерционный груз 4 будет сжимать верхний пьезокристалл 8 и в силу прямого пьезоэффекта на его обкладках будут возникать электрические заряды, пропорциональные усилиям и регистрируемые как вибрации или удар обратного направления, т.е. ртутный виброударный измерительный пьезопреобразователь позволяет фиксировать колебания как к испытуемому объекту, так и от него.
Технический эффект от использования данной полезной модели заключается в повышении точности измерения вследствие большей массы ртутного инерционного груза по сравнению с обычными преобразователями тех же габаритов. Кроме того, данный пьезопреобразователь менее чувствителен к неизмеряемым компонентам механических колебаний исследуемого объекта (пространственная вибрация).