Тензоэлемент

 

ТЕНЗОЭЛЕМЕНТ, содержащий пьезокерамическую пластину и размещенные на ней излучатель акустических волн и пары приемников, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет повышения динамического диапазона, пластина разделена проточками на две зоны, на одной из которых размещен излучатель, а на ДРУГОЙ по дуге окрз ности размещены п пар дифференциально соединенных приемников с зеркально расположенными осями чувствительности, на боковых гранях последней зоны установлены контактные силопередающие пластины, а центр окружности находится в точке пересечения линии, se , соединяющей проточки в пластине с осью направленности излучателя. СЛ )4 О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

1(5Н Г 01 В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3535992/25-28 (22) 06.01.83 (46) 15,03.85. Бюл. У 10 (72) М.С. Хлыстунов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (53) 620.179.16(088.8) (56) 1. Патент США Н 3888113, кл. 77- 88 5R, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 605517, кл. Н 03 Н 7/30, 1975 (прототип). (54) (57) ТЕНЗОЗЛЕИЕНТ, содержащий пьеэокерамическую пластину и размещенные на ней излучатель акустиÄÄSUÄÄ 1145246 А ческих волн и пары приемников, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей за счет повышения динамического диапазона, пластина разделена проточками на две зоны, на одной из которых размещен излучатель, а на другой по дуге окружности размещены и пар дифференциально соединенных приемников с зеркально расположенными осями чувствительности, на боковых гранях последней зоны установлены контактные силопередающие пластины, а центр окружности находится в точке пересечения линии,,соединяющей проточки в пластине с осью направленности излучателя.

4 1145

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для применения в устройствах измерения механических величин, а также может быть использовано в гранесейсмических датчиках геофизической аппаратуры, Известен измерительный преобразователь деформаций„ содержащий силочувствительную пластину с излуча- 10 телем и приемником акустических волн на ее противоположных краях.Р1 3, недостатком известного устройства является высокая нелинейность, возникающая в области измерения боль-15 ших воздействий.

Наиболее близким к изобретению является тензоэлемент, содержащий пьезокерамическую пластину и разме-. щенные на ней излучатель акустичес-,20 кпх волн и пары приемников j2).

Недостатком данного устройства является низкий динамический диапазон.

Целью изобретения является расши- 25 релие функциональных возможностей за счет повышения динамического диапазона.

Цель изобретения достигается там, что в тензоэлементе, содержащем пьезокерамическую пластину и размещенные на ней излучатель акустических волн и пары приемников, пластина разделена проточками на две зоны, на одной из которой размещен излучатель, а на другой по дуге окружности размещены я пар дифференциально соединенных приемников с зеркально расположенными осями чувствительности, на боковых торцах последней зоны установлены контакт.ые силопередающие пластины, а центр окружности находится в точке пересечения линии, соединяющей проточки в пластине с осью направленности излучателя.

Ца фиг. 1 представлена конструкция тензоэлемента; на фиг. 2 — схема двухкомпонентного приема поляризованной поперечной акустической волны.

Тензоэлемент содержит пьезокерамическую пластину 1 с двумя протлчг хами по бокам, излучатель 2 акустических волн, например, направленного акустического излуЧения, две контактные силопередающие пластины 3 и 4, установленные на боковых гранях пьезокерамических пластин 1, и пар дифференциально соединенных приемни

246 а

1 ков 5 с,зеркально расположенными осями чувствительности, образующих и-секционную двухкомпонентную приемную линейку.

Каждая секция акустической и -секционной линейки (фиг. 2) содержит два дифференциально включенных приемника 6 и 7 акустических волн, например, с ортогонально расположенными друг к другу. осями чувствительно сти, причем биссектриса угла между этими осями является касательной к дуге, вдоль которой размещена И--секционная двухкомпонентная приемная линейка.

Тензоэлемент работает следующим образом.

При отсутствии измеряемого воздействия (F = О на контактных пластинах 3 и 4 (фиг. 1) акустический луч АС, генерируемый излучателем 2 акустических волн, например поперечных акустических волн с поляризацией, параллельной плоскости тензокерамической пластины, распространяется прямолинейно (ЛСВ) и поступает на центральную секцию (фиг. 2) а-секционной двухкомпонентной линейки, причем волновой вектор этого луча

K(CD) перпендикулярен биссектрисе угла между осями приемников 6 и 7 акустических волн, а поляризация этого луча ей параллельна. Поэтому сигналы на выходах приемников 6 и 7 акустичных волн равны и при диффе1 ренциальном их включении .компенсируют друг друга. На других секциях ввиду наличия рассеивания, кроме центральной, выходные сигналы отличны от нуля, так как поляризация поступающей на них волны параллельна биссектрисе. Тогда эти сигналы имеют одинаковый знак для всех секций выше центральной и противоположный для нижних.

1 !

При подаче измеряемого воздействия (FФ 0) на контактные пластины 3 и 4 в,связи с нелинейностью упругих свойств материала пьезокерамической пластины приемника 7 модули упругости части тела этой пластины, главным образом между контактными силопередающими пластинами 3 и 4, изменяются. В этом случае луч АС{фиг. 1)

-qpnm преломление в точке С и отклоняется на некоторый угол с, например, при сжатии в сторону верхней секции Рьсекционной двухкомпо7 °

Фиг. 2

Составитель K. Леонов

Редактор А.. Гулька Техред С;Йовжий Корректор А. Обручар

Заказ 1159/31

Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 1145 нентной приемной линейки 5. Луч СД и при некотором пороговом еначении Р„ вектор поляризации (фиг. 2) стано вятся параллельным биссектрисе угла между осями чувствительности приемников 6 и 7 акустических волн верх-. ней соседней с центральной секции акустической м секционной двухкомпонентной приемной линейки 5, а на. выходе этой секции сигнал становится 10 равным 0 и т.д. пока луч не сместится до крайней верхней секции.

Таким образом, следя за положе.нием "нулевой" секции и секционной двухкомпонентной приемной линейки, можно определить значение изменяе- . мого воздействия с точностью go tcF„, например, путем электронного отсчета порядкового номера К "нулевой" секции отйосительно центральной или 20

F другими словами k —., причем %=.

О, 1,2,..., h/2 . (целое 6исло) .. Более точное значение 1- можно выполнить, измеряя амплитуду сигнала У на выходе "нулевой" секции, В этом случае точный отсчет 2 воздействия F можно выполнить по формуле

2 jc(F(„)+U(F F„), . 4P Г

246 4

Как видно из формулы, аналоговому измерению подлежит не вся величина измеряемого воздействиями,: а.только величина его приращения и F Р - 1, (F„, которая в первом приближении в % раз меньше абсолютной величины.

Таким образом, в;предлагаемом устройстве выполняется"цифровой отсчет Ф измеряемого воздействия F c точностью до 1с-Рд, а затеи аналоговый отсчет. BFCF< при этом ограниченный шумами вторичных тркборов динамический диапазон аналогового отсчета увеличивается в я/2 раз пу1

1 тем введения дискретного отсчета или квантования сигнала -ао амплитуде с последующей пространственйой или токологической компенсацией части F, кратной F .

Изобретение нозволяет существенно расширить динамический диапазон на

40 дБ при числе h элементов, равном

200 по сравнению с известным услройством при равной точности аналоговой измерительной аппаратуры.