Датчик импульсных давлений

 

Изобретение относится к технике измерений импульсных или быстропеременных давлений. Датчик содержит чувствительный пьезоэлектрический элемент 1 и вол-ювод ный акустический стержень 2, выполненный из металла с переменной пористостью, убывающей от торца с чувствительным элементом к свободному концу. Такое выполнение датчика позволяет согласовать акустические жесткости чувствительного элемента и волноводного стержня, что повышает точность измерения, а переменная уменьшающаяся акустическая жесткость материала волноводного стержня приводит к снижению скорости распространения продольной волны, возникшей под действием измеряемых импульсов, и к ее затуханию из меньших расстояниях, что уменьшает габариты датчика. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (н ) (я)5 G 01 L 23/10, 9/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ. ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

alt) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4792344/10 (22) 25.12.89 (46) 23.08.92. Biol. М 31 (71) Ульяновский политехнический институт (72) А.Г.Рябинин, В.А.Вагин, В.С.Мамутов, В,H.Êîêîðéí, E.M.Èâàíoà, Ю.H.Hàãîâèöûí и В.П.Третьяков (56) Приборы для научных исследовайий.

1964, Ь 1, с. 110-123.

Авторское свидетельство СССР

Q 1323880, кл. 6 01 1 23/10, 6 01 1 9/08;

1984.

"(54) ДАТЧИК ИМПУЛЬСНЫХ ДАВЛЕНИЙ (57) Изобретение относйтся к технике изме- рения импульсных или быстропеременных давлений. Датчик содержит чувствительный

2 пьезоэлектрический элемент 1 и волчоводный акустический стержень 2, выполненный изметалла с переменной пористостью, убывающей от торца с чувствительным элементом к свободному концу. Такое выполнение датчика позволяет согласовать акустические жесткости чувствительного элемента и волноводного стержня, что повышает точность йзмерения, а переменная уменьшающаяся акустическая жесткость материала волноводного стержня приводит к снижеwe скорости распространения продольной волны, возникшей под действием .змеряемых импульсов, и к ее затуханию на меньших расстояниях, что уменьшает габариты датчика. 1 ил.

1756784

Изобретение относится к измерениям импульсных давлений и может быть использовано в областях техники, где необходимо регистрировать импульсные нагрузки, Известен датчик измерения быстроизменяющихся давлений, содер>кащий чувствительный пьезоэлектрический элемент и акустический волноводный стержень, помещенный в экран, Недостатком известного датчика является высокое выходное сопротивление

10 -10 Ом, низкая точность измерений, искажение выходного сигнала за счет наложения на сигнал истинного давления — отраженного (резонансного) сигнала от конца акустического волноводного стержня. Его величина (сигнала) определяется параметрами материала волноводного стержня.

Известен также датчик измерения импульсных давлений, в котором акустический 2 волноводный стержень выполнен в виде полой металлической трубки, заполненной твердой звукопоглощающей средой, что приводит в некоторых пределах к повышению точности и уменьшению габаритов дат- 2 чика.

Однако отсутствие акустического согласования на границе раздела пьезоэлемент и звукопоглощающая среда вызывает акустический удар, волну растяжения (либо сжатия), т,е. искажение регистрируемого сигнала, При этом, сигнал (упругая продольная волна), проходя по стенкам пустотелой трубки. наводит в пьезоэлементе резонансные явления, так как затухания упругой продольной волны на коротком участке длины волноводного стержня I (30-50)0, где d— диаметр стержня, не произойдет, что обуславливает необходимость использования длинномерной трубки, что увеличивает габариты датчиков, Целью изобретения является повышение точности измерений сигналов истинного давления и уменьшение габаритов датчиков, 5

30 х у — 1 т.е. с увеличением пористости материа35 ла уменьшаетсч скорость распространения продольных упругих колебаний (уменьшается величина акустической жесткостиp С .

Таким образом, установлено затухание (уменьшение скорости) продольных упругих волн в пористом металле стержня датчика, что позволяет исключить возникновение резонансного сигнала от свободного конца волноводного стержня.

При этом, для искл очения явления акустического рассогласования, возникновения деформационной волны (растяжения либо с>катия) необходимо следующее: акустическая жесткость элементов пары: пьезоэлемент 1 — волноводный стержень 2 на границе койтакта должна быть идентичной (для установления акустического согласования, наличие плавного (равномерного) уменьшения акустической жесткости материала металлического волноводного стержня, что достигается при использовании волноводного акустического стержня, материал которого выполнен пористым, причем, в направлении по длине стержня от торца с пьезоэлектрическим элементом до свободПоставленная цель достигается тем, что в датчике импульсных давлений волноводный акустический стержень выполнен из пористого металла с равномерно убывающей плотностью от торца с пьезоэлектрическим элементом к свободному концу, причем на участке, контактирующем с пьезоэлементом, с целью исключения отражения волн от границ раздела акустическая жесткость стержня близка к акустической жесткости пьезоэлемента.

На чертеже представлена схема стержневого датчика измерения импульсного давления.

Датчик содержит чувствительный пьезоэлемент 1, металлический пористый волноводный акустический стержень 2, Датчик работает следу ощим образом.

На пьезоэлемент 1 действует внешний сигнал ) (t), вызывающий продольные упругие колебания в пористом волноводе 2.

В предлагаемом датчике используют определя ощее соотношение между скоростью распространения продольных упругих волн в стержне материала С, и его остаточной пористостью О, т.е. С -" f(0). Известно, что скорость распространения продольных упругих волн в стержне из компактного (литого) металла С = V, где F — модуль

Рк упругости первого рода; py, — плотность металла (компактного).

Величина Е для пористого металла—

12 G (1 — ОР

E = — — - — о= — И ЕГО ПЛОТНОСТЬ

, — 3 7)) рл -p< (1 — Щ, где 6 — модуль сдвига литого металла.

Отсюда скорость распространения продольных упругих колебаний в стержне из пористого металла

С= - -Ф =Р х

3 )pK (1 —, ) Рк

1756784

Предлагаемая конструкция датчика импульсного давления за счет устранения отраженного (резонансного) сигнала от свободного конца волноводного акустического стержня исключает искажение выходного сигнала; уменьшает длину волноводного акустического стержпя.

Формула изобретения

Составитель. О. Палев.

Техред М,Моргентал Корректор Т. Палий

Редактор Н. Гунько

Заказ 30S3 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ного конца пористость О = (1 — +) увеличи/Ъ вается от 0 до определенной величины (ис. ходя иэ требуемых габаритов датчика).

По сравнению с известной предлагае- 5 мая конструкция датчика позволяет уменьшить длину! волноводного стержня за счет затухания продольных упругих колебаний в пористом металле. использовав металлический пористый волноводный стержень с пе- 10 ременной (убывающей) плотностью металла.

Испытания такой конструкции датчика импульсных давлений, где металлический волноводный стержень выполнен пористым 15 с переменной (убывающей) по длине плотностью, показывают, что длина волноводного стержня I уменьшается в три раза при полном исключении резонансного (отраженного) сигнала. 20

Датчик импульсйых давлений, содержащий чувствительный пьезоэлектрический элемент, прикрепленный к одному иэ торцов акустического волновода в виде стержня, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения габаритов, в нем стержень выполнен из пористого металла с равномерно убывающей плотностью от торца с пьезоэлектрическим элементом к свободному концу.