Пьезоэлектрический вибропреобразователь

 

Использование: измерение быстроменяющихся процессов при диагностике двигателей внутреннего сгорания, редуктор, металлорежущих станков. Сущность изобретения: для более качественного выделения полезного вибросигнала диагностирования в корпусе 1 пьезоэлектрического преобразователя размещена обойма 9, выполненная из полимера, выполняющая роль фильтра, в пазу которой размещен пьезоэлемент 11, одна половина которого плотно зажата между двумя токосъемными пластинами 10, а другая часть - свободна. Обойма 9 с пьезоэлементом 11 удерживается внутри корпуса 1 вибропреобразователя в распорку между виброщупом 4 и регулирующим чувствительность вибропреобразователя винтом 6. Свободное расположение обоймы 9 внутри корпуса 1, за исключением 2-х точек контакта, дает возможность пьезокристаллу качественно формировать вибросигнал, поступающий по виброщупу 3 через поверхность обоймы 9 к чувствительному элементу 11 вибропреобразователя. Волна деформаций, поступающая по виброщупу 3, сохраняя большую интенсивность механических волн, поступает на поверхность обоймы 9, где рассеивается, происходит точечное формирование нужного (полезного) виброимпульса. Качественно сформированный импульс поступает на поверхность пьезоэлемента 11. Обойма с пьезокристаллом 11 так размещена внутри корпуса 1 вибропреобразователя, что исключает возможность температурного влияния на результат измерения вибропроцессов. Крепление вибропреобразователя на поверхности корпуса 1 диагностируемого механизма в момент снятия информации осуществлено с помощью магнитных пластин 4, закрепленных на корпусе металлического диска 2. Виброщуп 3 через отверстие в направляющей втулке 13 вступает в контакт с деталью механизма. Между поверхностью диска 2 с магнитными пластинами 4 и поверхностью направляющей втулки 13 выдержан минимальный зазор, так как контакт повредит качественному формированию результирующего сигнала. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для измерения быстроменяющихся вибрационных процессов, может быть использовано в диагностике двигателей внутреннего сгорания, редукторов, металлорежущих станков и в других областях народного хозяйства.

Борьба с шумом и вибрацией на транспорте, заводах заставляет постоянно заниматься исследованиями и разработками конструкций вибропреобразователей, способных более точнее и четче отображать вибpоакустическую информацию при диагностировании механизмов.

Известны пьезоэлектрические датчики для измерения быстропеременных давлений, а. с. N 529385, 777525, 723416, содержащее корпус, в котором размещен пьезокристалл и акустический волновод. Во время работы измеряемое давление воздействует через мембрану на пьезокристалл, пройдя через него, упругая волна входит в акустический волновод постепенно ослабляясь. Недостатком таких датчиков является низкая точность измерений, трудность данным датчиком выделить полезный сигнал, что не позволяет использование данных датчиков при углубленном диагностировании механизмов, а особенно двигателей внутреннего сгорания.

Известен датчик вибрации, предназначенный для диагностирования двигателей внутреннего сгорания, патент ФРГ кл.G 01 L 23/22, а.с. N 2801969 ) опубликован в журнале "Изобретения на рубежом" N 9 1983г. стр. 38). Чувствительным органом датчика является пьезоэлемент, выполненный в виде вибратора, который жестко закреплен одним концом посредством зажимного устройства, а зажимное устройство в свою очередь жестко связан с деталью двигателя внутреннего сгорания, передающей детонационные шумы.

Одним из недостатков в работе датчика является отсутствие конструкции крепления на блоке двигателя внутреннего сгорания при локализации источников виброинформации, что оказывается на трудности выделения из спектра виброимпульса полезного сигнала.

Задачей изобретения является упрощение конструкции пьезоэлектрического вибропреобразователя, обеспечивающего качественно выделение полезного виброимпульса; повышение точности измерения за счет метода крепления вибропреобразования на поверхности диагностируемого механизма.

Поставленная задача решается путем того, что в датчике вибрации, предназначенном для диагностирования двигателей внутреннего сгорания, чувствительным органом является пьезоэлемент, выполненный в виде вибратора, жестко закрепленного одним концом посредством зажимного устройства, а зажимное устройство в свою очередь жестко связано с деталью двигателя внутреннего сгорания, передающей детонационные шумы.

Отличается датчик тем, что внутри корпуса пьезоэлектрического вибропреобразователя размещена обойма, выполненная из полимера, выполняющего роль фильтра, в пазу которой размещен пьезоэлемент, одна половина которого плотно зажата между 2-мя токосъемными металлическими пластинами, другая часть свободна. Обойма с пьезоэлементом удерживается внутри корпуса вибропреобразователя в распорку между виброщупом и регулирующим чувствительность винтом. Свободное расположение полимерной обоймы внутри корпуса вибропреобразователя, за исключением 2-х точек контакта, дает возможность пьезокристаллу качественно формировать вибросигнал, поступающий по виброщупу через поверхность обоймы к чувствительному элементу пьезоэлектрического вибропреобразователя. Данная конструкция расположения и крепления пьезокристалла в полимерной обойме исключает возможность влияния температурного эффекта на пьезоэлемент при диагностировании двигателей внутреннего сгорания. Удерживание пьезоэлектрического вибропреобразователя на корпусе диагностируемого механизма осуществляется с помощью 2-х магнитных пластин, прочно закрепленных в корпусе металлического диска. Виброщуп вибропреобразователя через отверстие в направляющей втулке, закрепленной на поверхности диагностируемого объекта с помощью резьбы, свободным концом контактирует с деталью диагностируемого механизма. Между корпусом металлического диска с магнитами и корпусом направляющей втулки необходим минимальный зазор, чтобы избежать контакта корпуса датчика с корпусом направляющей втулки, что в свою очередь сказывается на чистоте результирующего сигнала.

На фиг.1 изображен предлагаемый пьезоэлектрический вибропреобразователь; на фиг.2 вид снизу (на фиг.1); на фиг.3 метод крепления пьезоэлектрического вибропреобразователя на поверхности двигателя внутреннего сгорания.

Пьезоэлектрический вибропреобразователь состоит из корпуса 1, выполненного из полимера. На одной из поверхностей вибропреобразователя с помощью 2-х винтов и эпоксидного клея установлен металлический диск 2 с центральным отверстием под резьбу для крепления виброщупа 3 и двумя пазами для крепления двух магнитных пластин 4 с помощью зажима и эпоксидной смолы. На другой поверхности корпуса 1 вибропреобразователя с помощью резьбы и клея установлена металлическая вставка 5 для регулировочного винта 6, укрепление экранированного кабеля 7 в отверстии корпуса 1 осуществляется винтом 8. Во внутренней полости корпуса 1 вибропреобразователя в распорку между виброщупом 3 и регулировочным винтом 6 установлена обойма 9, выполненная из полимера, в пазу обоймы зажат между двумя токосъемными пластинами 10 пьезоэлемент 11. Обойма 9 с пьезоэлементом 11 поджимается регулировочным винтом 6 к свободному концу виброщупа 3.

Таким образом осуществляется крепление и регулирование чувствительности основного элемента пьезоэлектрического вибропреобразователя. Внутренняя полость корпуса 1 вибропреобразователя герметизируется крышкой 12.

Пьезоэлектрический вибропреобразователь работает следующим образом. Волна деформаций, поступающая по виброщупу 3, сохраняя большую интенсивность механических волн, поступает на поверхность обоймы 9, где происходит точечное формирование нужного виброимпульса (т.е. полезного сигнала), Затем уже качественно сформированный импульс через токосъемные пластины 10, к которым пайкой закреплен кабель 7, поступает на поверхность пьезоэлемента 11, на котором появляется электрический сигнал, который по кабелю 7 поступает на регистрирующую аппаратуру. Часть энергии механических волн, не определяющая нужной информации, рассеивается по поверхности корпуса обоймы 9, не оказав никакого влияния на деформацию пьезоэлемента 11. Регулировка чувствительности вибропреобразователя, а также крепление обоймы 9 с пьезокристаллом 11 в распорку с виброщупом 3 осуществляется регулировочным винтом 6. Чувствительность пьезокристалла 11 настраивается опытным путем в зависимости от формы регистрирующего сигнала и его спектра. Крепление пьезоэлектрического вибропреобразователя на поверхности корпуса диагностируемого механизма 14 в момент снятия информации осуществляется с помощью магнитных пластин 4, закрепленных на корпусе металлического диска 2, виброщуп 3 через отверстие в направляющей втулке 13 вступает в контакт с деталью механизма 15, между поверхностью диска 2 с магнитами 4 и поверхностью направляющей втулки 13 необходим минимальный зазор, исключающий контакт поверхностей, влияющий на качественное формирование результирующего сигнала вибропроцессов.

Применение пьезоэлектрического вибропреобразователя и метода его крепления позволит при минимально возможном числе измерений определить наличие и скорость изменения вибрации вследствие ухудшения технического состояния механизма, появление отдельных неисправностей, также повысит достоверность результатов измерения быстропеременных вибропроцессов при диагностировании высокооборотистых механизмов.

Формула изобретения

1. Пьезоэлектрический вибропреобразователь, чувствительным органом которого является пьезоэлемент, выполненный в виде вибратора и жестко закрепленный одним концом посредством зажимного устройства, а зажимное устройство в свою очередь жестко связано с деталью двигателя внутреннего сгорания, передающей детонационные шумы, отличающийся тем, что внутри корпуса пьезоэлектрического вибропреобразователя размещена обойма, выполненная из полимера, выполняющего роль фильтра, в пазу которой размещен пьезоэлемент, одна половина которого плотно эажата между двух токосъемных металлических пластин, другая часть свободна, обойма с пьезоэлементом удерживается внутри корпуса вибропреобразователя в распорку между виброщупом и регулирующим чувствительность винтом, волна деформации, поступившая на поверхность полимерной обоймы рассеивается, при этом результирующий, отображающий информацию виброимпульс, сформированный и сконцентрированный виброщупом, попадает через тело обоймы на поверхность кристалла, обойма с пьезокристаллом так размещена внутри корпуса вибропреобразователя, что исключает возможность температурного влияния на точность отображения результирующих показателей вибропроцессов.

2. Вибропреобразователь по п.1, отличающийся тем, что крепление на поверхности корпуса диагностируемого механизма в момент снятия информации осуществлено с помощью магнитных пластин, закрепленных на корпусе металлического диска, виброщуп через отверстие в направляющей втулке вступает в контакт с деталью механизма, между поверхностью диска с магнитными пластинами и поверхностью направляющей втулки выдержан минимальный зазор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3