Способ определения деформаций конструкции и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к определению деформаций в конструкциях электрическими методами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей посредством обеспечения возможности измерения деформаций и температуры одним чувствительным элементом. Для этого на поверхности конструкции закрепляют чувствительный элемент 1 из поляризуемого диэлектрического материала. Перед измерением в нем создают начальную поляризацию постоянным электрическим полем. Затем до и после деформирования конструкции измеряют постоянную и высокочастотную составляющие поляризации чувствительного элемента, с учетом которых определяют статическую и динамическую деформации. При этом через блок 4 коммутации чувствительный элемент 1 подключен к зарядовому усилителю 2 и импульсному усилителю 6, выходы которых соединены с измерительным блоком 3. Затем измеряют электрофизические характеристики чувствительного элемента 1, с учетом которых определяют температуру конструкции. Причем перед измерением электрофизических характеристик до и после деформирования с чувствительного элемента 1 снимают начальную поляризацию посредством отключения чувствительного элемента 1 от усилителей 2 и 6 и подачи на него напряжения деполяризации. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s 6 01 В 7/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4123069/28 (22) 22,09.86 (46) 15,07.91. Бюл, N. 26 (72) А. И, Адонин, В. Н. Москвин и А, Н, Серьезнов (53) 531.781,2(088.8) (56) Проектирование датчиков для измерения механических величин./ Под ред, Е. П.

Осадчего, М.: Машиностроение, 1979, с, 175-190.

Дагунов Г, П., Ерофеев А. А. Пьеэокера- мические элементы в приборостроении и автоматике. Л,: Машиностроение, 1986, с.

81 — 84. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ КОНСТРУКЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к определению деформаций в конструкциях электрическими методами, Цель изобретения — расшире„„ЯЦ „„1663406 А1 ние функциональных воэможностей посредством обеспечения возможности измерения деформаций и температуры одним чувствительным элементом. Для этого на поверхности конструкции закрепляют чувствительный элемент 1 из поляризуемого диэлектрического материала, Перед измерением в нем создают начальную поляризацию постоянным электрическим полем. Затем до и после деформирования конструкции измеряют постоянную и высокочастотную составляющие поляризации чувствительного элемента, с учетом которых определяют статическую и динамическую деформации. При этом через блок 4 коммутации чувствительный элемент 1 подключен к зарядовому усилителю 2 и импульсному усилителю 6, выходы которых соединены с измерительным блоком 3. Затем измеряют электрофизические характеристики чувствительного элемента 1, с учетом которых определяют

1663406

45

50 температуру конструкции. Причем перед измерением электрофизических характеристик до и после деформирования с чувствительного элемента 1 снимают наИзобретение относится к определению деформаций в конструкциях электрическими методами.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей посредством обеспечения возможности измерения деформаций и температуры одним чувствительным элементом.

На фиг. 1 приведена схема устройства для осуществления способа определения деформаций конструкции; на фиг. 2 — зависимость постоянной составляющей поляризации чувствительного элемента от деформации; на фиг. 3 — зависимость высокочастотной составляющей величины поляризации чувствительного элемента от деформации; на фиг. 4 — зависимость электрофизических характеристик (емкости) чувствительного элемента от температуры.

Устройство для осуществления способа определения деформаций (фиг. 1) содержит чувствительный элемент 1 из поляризуемого диэлектрика, зарядовый усилитель 2, измерительный блок 3, первый блок 4 коммутации, первый вход которого соединен с выходом 5 чувствительного элемента

1. а выход — с входом зарядового усилителя

2, импульсный усилитель 6, вход которого соединен с выходом первого блока 4 коммутации, блок управления 7, соединенный с вторым входом первого блока 4 коммутации, второй блок 8 коммутации, первый вход которого соединен с блоком 7управления, второй вход — с выходом зарядового усилителя 2, третий вход — с выходом импульсного усилителя 6, а первый выход — с измерительным блоком 3, мост 9 переменноготока, первый вход которого соединен с выходом 5 чувствительного элемента 1, высокочастотный усилитель 10, вход которого соединен с выходом моста 9 переменного тока, а выход — с четвертым входом второго блока коммутации и высокочастотный генератор, вход которого соединен со вторым входом второго блока 8 коммутации, а выход — с вторым входом второго блока 8 коммутации, а выход — с вторым входом моста

9 переменного тока. Чувствительный элемент 1 закреплен на пленке 11 из нержавеющей стали, которая присоединена к конструкции 12 слоем 13 клея.

35 чальную поляризацию посредством отключения чувствительного элемента 1 от усилителей 2 и 6 и подачи на него напряжения деполяризации. 2 с, и. ф-лы, 4 ил, Способ определения деформаций конструкции реализуется на устройстве, осуществляющем его следующим образом, На поверхности конструкции 12 закрепляют чувствительный элемент 1 из поляризуемого диэлектрического материала (например, сегментопленка Pb(ZrTi)Og толщиной 5 мкм).

Перед измерением в нем создают начальную поляризацию постоянным электрическим полем. Затем до и после деформирования конструкции измеряют постоянную и высокочастотную составляющие поляризации чувствительного элемента, с учетом которых определяют статическую и динамическую деформации.

При этом, через нормально замкнутый контакт блока 4 выход 5 чувствительного элемента 1 подключен к зарядовому усилителю

2 и импульсному усилителю 6, На их входы подаются сигналы с чувствительного элемента 1, пропорциональные величине статистической деформации конструкции 12 и возникающих в ней акустическим волнам напряжений. Измерение электрического напряжения, поступающего с усилителей 2 и

6, осуществляется измерительным блоком

3. Измерительная цепь параметров преобразователя 9, 10. 11 не включена, Затем измеряют электрофизические характеристики, например, емкость чувствительного элемента 1, с учетом которых и по зависимости диэлектрической проницаемости от температуры определяют температуру конструкции, При этом перед измерением электрофизических характеристик (емкости) . до и после деформированил с чувствительного элемента 1 снимают начальную поллризацию. Для этого блок 7 управления осуществляет перекоммутацию блоков 4 и 8.

Происходит отключение выхода 5 от усилителей 2 и 6 и подача на него напряжения деполяризации, чувствительного элемента

1. При этом второй блок 8 коммутации включает генератор 11 и подключает к измерительному устройству 3 высокочастотный усилитель 10, с которого поступает сигнал разбаланса моста 9 от изменения параметров (например, емкости) чувствительного элемента 1 вследствие температурных и.",и других внешних воздействий на изделие 12, а следовательно, и на чувствительный элемент 1, 1663406

Использование чувствительного элемента 1 из поляризуемого диэлектрического материала малой толщины с большой величиной диэлектрической проницаемости и пьезомодулем позволило создать малогаба- 5 ритный преобразователь генераторного и параметрического типов.

Формула изобретения

1. Способ определения деформаций конструкции, заключающийся в том, что на 10 поверхности конструкции закрепляют чувствительный элемент из поляризуемого диэлектрического материала, в нем создают начальную поляризацию, измеряют величину постоянной составляющей поляризации 15 чувствительного элемента до и после деформирования конструкции, с учетом изменения которой определяют деформации, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, до и после 20 деформирования дополнительно измеряют высокочастотную составляющую поляризации и электрофизические характеристики чувствительного элемента, причем перед измерением электрофизических характери- 25 стик до и после деформирования с чувствительного элемента снимают начальную поляризацию, с учетом изменения которых, определяют деформацию.

2. устройство для определения деформаций конструкции, содержащее чувствительный элемент из поля ризу емого диэлектрика, зарядовый усилитель и измерительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью расширения функциональных воэможностей, оно снабжено первым блоком коммутации, первый вход которого соединен с выходом чувствительного элемента, а выход — с входом зарядового усилителя, импульсным усилителям, вход которого соединен с выходом первого блока коммутации, блоком управления, соединенным с вторым входом первого блока коммутации, вторым блоком коммутации, первый вход которого соединен с блоком управления, второй вход — с выходом зарядового усилителя, третий вход — с выходом импульсного усилителя, а первый выход — с измерительным блоком, мостом переменного тока, первый вход которого соединен с выходом чувствительного элемента, высокочастотным усилителем, вход которого соединен с выходом моста переменного тока, а выход— с четвертым входом второго блока коммутации и высокочастотным генератором, вход которого соединен с вторым входом второго блока коммутации, а выход — с вторым Вхо дом моста переменного тока.

1663406 г00

700

ЕОО

Редактор М.Товтин

Заказ 2256 Тираж 388 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул;Гагарина, 101

С пр

20 40 60 Е0 ЮО 8 С

СЬГФ

Составитель Б,Естратов

Техред М,Моргентал Корректор С.Черни