Тензопреобразователь

Авторы патента:

Ващенко Виктор Тимофеевич (RU)

Гинятуллин Дамир Салихзянович (RU)

Федоровых Алексей Олегович (RU)

Федоровых Марина Анатольевна (RU)

G01B7/16 - для измерения деформации твердых тел, например проволочными тензометрами

Владельцы патента RU 2611894:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения относительной деформации. Сущность: тензопреобразователь содержит гибкую диэлектрическую подложку и, по крайней мере, четыре тензорезистора с токоподводящими дорожками, размещенных на одной стороне подложки с образованием сторон, по крайней мере, одного прямоугольника. Тензопреобразователь снабжен защитной гибкой диэлектрической подложкой, приклеиваемой со стороны тензорезисторов к поверхности первой подложки, снабженной с наружной стороны клеевым слоем. Внутри каждого образованного тензорезисторами прямоугольника размещен вдоль, по крайней мере, одной диагонали, по крайней мере, один тензорезистор. Тензорезисторы и токоподводящие дорожки нанесены на подложку методом фотопечати, выполнены с возможностью подключения отдельно каждого тензорезистора к измерительной аппаратуре. На внешней поверхности защитной подложки может быть установлен жидкокристаллический экран, подключенный к измерительной аппаратуре. Технический результат: повышение уровня информативности измерений за счет получения представления о распределении относительной деформации (поле деформации) на значительной площади поверхности нагруженного объекта. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения относительной деформации.

Известен "Тензодатчик" (а.с. SU №1656315, МПК5 G01B 7/16, опубл. 15.06.1991, Бюл. №22), выполненный в виде тканевого плетения, содержащего электропроводные тензочувствительные нити, снабженные выводными проводниками. Нити плетения выполнены эластичными, а выводные проводники распределены по длине эластичных нитей. Недостатком этого устройства является невозможность использования диагонально расположенных тензорезисторов, без наличия которых невозможно провести полноценное тензометрирование объекта исследования.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является "Интегральный тензопреобразователь" (a.c. SU №1224563, МПК4 G01B 7/16, опубл. 15.04.1986, Бюл. №14), содержащий гибкую диэлектрическую подложку, на одной стороне которой в одном или двух направлениях с образованием сторон, по крайней мере, одного прямоугольника, чередуются тензорезисторы, входящие в смежные плечи моста. При таком выполнении тензопреобразователя можно проводить суммарные измерения показаний тензодатчиков в любом направлении, но невозможно показать картину деформирования поверхности по точкам или областям. Недостатком этого устройства является - суммарное измерение деформации по каждому из двух направлений, которое хоть важно само по себе, но редко используется в практике измерения.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение уровня информативности измерений, а именно получение представления о распределении относительной деформации (поле деформации) на значительной площади поверхности нагруженного объекта.

Технический результат - измерение деформации на большой поверхности объекта при небольшом времени установки устройства, а также проведение интегральных измерений показаний по любому направлению.

Поставленная задача решается заявляемым тензопреобразователем, содержащим гибкую диэлектрическую подложку и, по крайней мере, четыре тензорезистора с токоподводящими дорожками, размещенные на одной стороне подложки с образованием сторон, по крайней мере, одного прямоугольника, за счет того, что он в отличие от прототипа снабжен защитной гибкой диэлектрической подложкой, приклеиваемой со стороны тензорезисторов к поверхности первой подложки, снабженной с наружной стороны клеевым слоем. Внутри каждого образованного тензорезисторами прямоугольника размещен вдоль, по крайней мере, одной диагонали, по крайней мере, один тензорезистор. Тензорезисторы и токоподводящие дорожки нанесены на подложку методом фотопечати, выполнены с возможностью подключения отдельно каждого тензорезистора к измерительной аппаратуре.

На внешней поверхности защитной подложки может быть установлен жидкокристаллический экран, подключенный к измерительной аппаратуре.

Нанесение на подложку тензорезисторов и токоподводящих дорожек методом фотопечати позволяет закрепить токопроводящие дорожки в районе тензорезистора, так как в противном случае колебания токопроводящих дорожек при проведении динамических испытаний могут привести к нарушению работы тензопреобразователя, искажению показаний, которое в свою очередь связано с повреждениями как самих тензорезисторов, так и токопроводящих дорожек. Размещение вдоль, по крайней мере, одной диагонали, по крайней мере, одного тензорезистора внутри каждого образованного тензорезисторами прямоугольника позволяет повысить уровень информативности измерений, а именно получить представление о распределении относительной деформации (поле деформации) на значительной площади поверхности нагруженного исследуемого объекта. Выполнение тензорезисторов с возможностью подключения отдельно каждого тензорезистора к измерительной аппаратуре позволяет проводить интегральные измерения деформации по любому направлению.

Установка на внешней поверхности защитной подложки жидкокристаллического экрана, подключенного к измерительной аппаратуре, позволяет наглядно наблюдать за нагружением объекта.

Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 - изображен внешний вид заявляемого тензопреобразователя, на фиг. 2 - расположение тензорезисторов на гибкой подложке, на фиг. 3 - расположение токопроводящих дорожек и рензорезисторов. На фиг. 4 показан общий вид тензопреобразователя с приподнятой защитной подложкой.

Тензопреобразователь содержит гибкую диэлектрическую подложку 1 и, по крайней мере, четыре тензорезистора 4 с токоподводящими дорожками 5, размещенных на одной стороне подложки 1 с образованием сторон, по крайней мере, одного прямоугольника AI (A1, А2, A3). Площади прямоугольников могут пересекаться, дублируя показания измерения.

Тензопреобразователь снабжен защитной гибкой диэлектрической подложкой 2, приклеиваемой со стороны тензорезисторов 4 к поверхности первой подложки 1, снабженной с наружной стороны клеевым слоем (не показано). Внутри каждого образованного тензорезисторами 4 прямоугольника AI размещен вдоль, по крайней мере, одной диагонали, по крайней мере, один тензорезистор 4. Тензорезисторы 4 и токоподводящие дорожки 5 нанесены на подложку 1 методом фотопечати, соединены в общий шлейф 3 для подключения отдельно каждого тензорезистора 4 к измерительной аппаратуре.

Устройство может иметь любую площадь соприкосновения с объектом, необходимую для получения полноценной картины его деформации (необходимое количество тензорезисторов 4 устанавливается на подложку 1 в заводских условиях). Подложка 1 должна быть достаточно тонкой - для уменьшения искажения величины деформации исследуемой поверхности на показаниях тензорезисторов 4. Кроме того, при необходимости на внешней поверхности подложки 2 возможна установка экрана жидкокристаллического (не показано), подключенного к измерительной аппаратуре, на который после вторичной обработки будет выводиться информация в виде эпюр деформирования поверхности.

Все операции по фотопечати тензодатчиков 4 и вывод шлейфа 3 проводят в заводских условиях, а монтаж (т.е. наклейка) устройства проводится в полевых условиях, тем самым сводится к минимуму риск получения технологических повреждений.

Тензопреобразователь работает следующим образом.

Устройство наклеивают (подобно пластырю) на предварительно подготовленную поверхность объекта внешней стороной подложки 1. После прикрепления тензопреобразователя к требуемой поверхности и подсоединения шлейфа 3 к измерительной аппаратуре объект подвергают заданным нагрузкам и проводят измерение деформации. За счет подключения отдельно каждого тензорезистора 4 к измерительной аппаратуре измерение можно проводить в любой последовательности, либо одновременно по всем направлениям деформирования объекта, либо по конкретным направлениям (осям).

При установке на внешней поверхности подложки 2 жидкокристаллического экрана (не показано), подключенного к измерительной аппаратуре, на который после вторичной обработки выводится информация в виде эпюр деформирования поверхности, можно без громоздкого оборудования наглядно видеть деформированное состояние поверхности объекта.

Таким образом обеспечивается повышение уровня информативности измерений, а именно получение представления о распределении относительной деформации (поле деформации) на заданной площади поверхности нагруженного исследуемого объекта.

1. Тензопреобразователь, содержащий гибкую диэлектрическую подложку и, по крайней мере, четыре тензорезистора с токоподводящими дорожками, размещенных на одной стороне подложки с образованием сторон, по крайней мере, одного прямоугольника, отличающийся тем, что снабжен защитной гибкой диэлектрической подложкой, приклеиваемой со стороны тензорезисторов к поверхности первой подложки, снабженной с наружной стороны клеевым слоем, внутри каждого образованного тензорезисторами прямоугольника размещен вдоль, по крайней мере, одной диагонали, по крайней мере, один тензорезистор, тензорезисторы и токоподводящие дорожки нанесены на подложку методом фотопечати, выполнены с возможностью подключения отдельно каждого тензорезистора к измерительной аппаратуре.

2. Тензопреобразователь по п. 1, отличающийся тем, что на внешней поверхности защитной подложки установлен жидкокристаллический экран, подключенный к измерительной аппаратуре.

Использование: для исследования деформаций и напряжений в конструкциях опасных производственных объектов газо-, нефтехимической промышленности. Сущность: заключается в том, что наносят на поверхность детали хрупкое тензочувствительное пористое покрытие с фреоном, осуществляют отверждение покрытия, нагружение конструкции и определяют зону высвобождения газа фреона из пористого покрытия (лопаются пузырьки), используя газоанализатор, при этом в качестве хрупкого тензочувствительного пористого покрытия используют покрытие, выполненное из смеси, содержащей эпоксидную смолу, отвердитель ПЭП, газ фреон R-22 при следующем соотношении компонентов, мас.

Способ закрепления датчика измерения перемещения и деформации на объекте // 2606517

Изобретение относится к измерению деформаций и может быть использовано при испытаниях изделий из хрупких материалов, например керамических обтекателей. Сущность: датчик измерения перемещения и деформации крепится жестким клеем на сухой поверхности односторонней липкой ленты с жесткой основой, закрепленной на поверхности исследуемой конструкции, при этом площадь липкой ленты выбирают из условия: Fe<<S1⋅τ1≤S2⋅τ2<S2⋅τ3, где Fe - максимальное значение силы реакции упругого элемента датчика измерения перемещения и деформации; S1 - площадь приклеивания датчика измерения перемещения и деформации; τ1 - величина сдвиговых напряжений, при которых наступает нарушение склейки жесткой основы липкой ленты с датчиком измерения перемещения и деформации; τ2 - величина сдвиговых напряжений, при которых наступает нарушение склейки липкой ленты с поверхностью объекта; τ3 - величина предельных сдвиговых напряжений, при которых происходит механическое разрушение поверхности объекта, например влагозащитного покрытия (ВЗП), или сколы на поверхности объекта и др., где τ2<τ3; S2 - площадь приклейки липкой ленты к поверхности объекта.

Тензометрический датчик и система определения пространственного положения таких датчиков // 2596064

Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к конструкции тензометрического датчика, системе определения его пространственного положения, способу определения его пространственного положения и измерительной системе с использованием тензометрического датчика.

Способ измерений и долговременного контроля конструкции стартового сооружения ракет-носителей и система для его осуществления // 2591734

Заявленные изобретения относятся к контрольно-измерительной технике, а именно к автоматическим средствам непрерывного мониторинга состояния конструкции стартового сооружения в процессе его эксплуатации.

Система измерений и долговременного контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения // 2582233

Изобретение относится к автоматическим средствам периодического отслеживания состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения в процессе его эксплуатации.

Способ контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения и устройство для его осуществления // 2576548

Изобретения относятся к приборостроению, в частности к контрольно-измерительной технике, а именно к автоматическим средствам непрерывного отслеживания состояния конструкций.

Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика // 2569925

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: датчик подключают к высокоомной нагрузке RH>500 кОм, измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при нормальной температуре t0, а также температурах t+ и t-, соответствующих верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур.

Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной целью по мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика // 2569924

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.

Изобретение относится к измерительной технике. Датчик подключают к нагрузке Rн>500 кОм, измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал при нормальной температуре t0, а также температурах t+ и t-, соответствующих верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур.

Способ определения параметров динамического деформирования металлических материалов и устройство для его реализации // 2559118

Использование: для определения параметров высокоскоростного движения метательных тел, например измерения перегрузок, скорости соударения, и для исследования параметров динамического деформирования металлических материалов в авиационной и космической технике.

Устройство для измерения деформации твердых тел // 2612731

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения деформации опор, находящихся под нагрузкой и может быть использовано для измерения и контроля деформации опорных элементов, предназначенных для магистральных газопроводов. Технический результат: повышение чувствительности и точности измерения, повышении эксплуатационной надежности и оперативности передачи данных измерений в том числе в условиях низких температур. Сущность: устройство содержит тензоизмерительные блоки с тензодатчиками, блок питания и аналого-цифровой преобразователь, электронный концентратор, блок ретранслятора. Каждый тензоизмерительный блок дополнительно содержит приемопередатчик, транзисторный ключ, микропроцессор и датчик температуры. Тензодатчики соединены с транзисторным ключом и с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом микропроцессора, выход которого соединен с приемо-передатчиком. Датчик температуры соединен с микропроцессором. Тензоизмерительные блоки установлены друг от друга на расстоянии, обеспечивающем перекрытие зоны действия тензометрических блоков. Блок ретранслятора содержит приемо-передающий модуль, радиомодем, транзисторный ключ, импульсный источник питания, микропроцессор и температурный датчик. Выход приемопередающего модуля соединен с входом микропроцессора, выход которого соединен с радиомодемом. Другой выход микропроцессора соединен с транзисторным ключом, вход которого соединен с источником постоянного тока, а выход соединен с радиомодемом. Выход импульсного источника питания соединен с микропроцессором. Выходной канал радиомодема по радиоканалу соединен с электронным концентратором. 3 ил.

Гибкое устройство отображения и способ обеспечения обратной связи для него // 2617385

Изобретение относится к гибкому устройству отображения. Технический результат – обеспечение обратной связи с предупреждением о степени изгиба для исключения повреждения гибкого устройства. Гибкое устройство отображения включает в себя датчик, выполненный с возможностью обнаружения изгиба гибкого устройства отображения, средство обеспечения обратной связи, выполненное с возможностью обеспечения обратной связи согласно обнаруженному изгибу, и контроллер, выполненный с возможностью управления средством обеспечения обратной связи для обеспечения обратной связи, когда обнаруженная степень изгиба превышает пороговое значение. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 39 ил.

Многоканальный измерительный преобразователь на несущей частоте с встроенным цифровым синхронным детектором // 2618727

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для весовых измерений в части измерений сигналов с первичных преобразователей силы (тензодатчиков). Аппаратура может применяться в любых отраслях промышленности, требующих прецизионных (0.002% и точнее) измерений массы, силы, момента силы и т.п. Многоканальный измерительный преобразователь сигналов в тензорезисторных мостовых схемах содержит блок генератора синусоидальных сигналов, блоки измерителей по числу каналов. Противофазные сигналы питания тензорезисторной мостовой схемы с выхода блока генератора синусоидальных сигналов через усилители мощности подаются на входы питания каждой тензорезисторной мостовой схемы, в каждом блоке измерителя напряжение со входов питания тензорезисторной мостовой схемы через дополнительные буферные усилители подается на входы опорного индуктивного делителя напряжения, выход которого соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходной диагональю тензорезисторной мостовой схемы, а выход через дифференциальный операционный усилитель соединен со входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), режим работы которого задается первым микропроцессором. Вход-выход АЦП соединен с входом-выходом первого микропроцессора, выход которого соединен со входом второго микропроцессора (МП2), осуществляющего цифровое синхронное детектирование, цифровую фильтрацию и расчет коэффициента деления тензорезисторной мостовой схемы, вход-выход второго микропроцессора соединен входом-выходом устройства передачи данных, аналоговый вход МП2 соединен с выходом схемы защиты, входы которой соединены с выходами усилителей мощности, второй выход МП2 соединен с третьим входом схемы защиты, а третий выход МП2 - с третьим входом коммутатора. Тактирующий вход АЦП каждого блока измерителей соединен с выходом блока генератора синусоидальных сигналов, формирующим тактирующие импульсы, а дискретный вход первого микропроцессора каждого блока измерителей соединен с выходом блока генератора синусоидальных сигналов, формирующим сигнал полной фазы напряжения питания тензорезисторных мостовых схем. Технический результат - снижение основной и дополнительных погрешностей измерений. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ контроля состояния конструкции инженерно-строительного сооружения // 2619822

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизированного контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения в процессе его эксплуатации. Согласно способу в местах диагностирования контролируемой конструкции размещают датчики, осуществляют опрос датчиков, преобразуют полученную от датчиков информацию и передают ее на пункт контроля, выполненного в виде компьютера с программным обеспечением, где осуществляют регистрацию и сравнение полученной информации с заранее введенными в память компьютера фиксированными величинами. Датчики выполняют с возможностью получения от них информации об их пространственном положении. В пункте контроля формируют условное изображение контролируемой конструкции и фиксируют изменения пространственного положения датчиков, по которым определяют и регистрируют отклонения пространственного положения контролируемой конструкции или ее частей. По результатам сравнения этих отклонений с заранее введенными в память компьютера фиксированными величинами, соответствующими их допустимым значениям, судят о состоянии контролируемой конструкции. Условное изображение контролируемой конструкции выполняют в виде расчетной схемы контролируемой конструкции. Фиксацию изменений пространственного положения датчиков, по которым определяют и регистрируют отклонения пространственного положения контролируемой конструкции или ее частей, производят при различных нагружениях контролируемой конструкции. Технический результат заключается в повышении точности контроля. 2 ил.

Эталон для калибровки оптических приборов // 2626194

Использование: для определения перемещений и линейных размеров объектов в нанометровом диапазоне и для калибровки конфокальных микроскопов и оптических интерферометров. Сущность изобретения заключается в том, что эталон для калибровки оптических приборов содержит размещенный на основании элемент из пьезоэлектрического материала с обратным пьезоэффектом с малым гистерезисом с нанесенными на две его противоположные стороны электродами, подключенными к источнику напряжения, и дополнен вторым идентичным элементом из пьезоэлектрического материала с нанесенными на две его противоположные стороны электродами, также подключенными к источнику напряжения, при этом элементы соединены между собой поверхностями с нанесенными электродами с образованием общего центрального электрода и подключены к источнику напряжения так, что внешние электроды полученной сборки заземлены, а элементы выполнены так, что при подаче управляющего напряжения на электроды происходит одновременная однонаправленная относительно основания деформация обоих элементов. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности калибровки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии в многоколонных скважинах // 2636064

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано при дефектоскопии магнитных металлических труб, расположенных в скважинах, с одновременным вычислением толщины стенок каждой из труб в многоколонных скважинах. Способ электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии в многоколонных скважинах включает возбуждение нестационарного электромагнитного поля импульсами тока в генераторных катушках разной длины и измерение ЭДС, наведенной в приемных катушках вихревыми токами, протекающими в исследуемых металлических магнитных трубах. При этом возбуждают импульсом тока длительностью Т одновременно все генераторные катушки. Затем их последовательно с интервалом Ti отключают от генератора, начиная с короткой генераторной катушки, и последовательно каждой измерительной катушкой, соответствующей отключенной генераторной катушке, измеряют ЭДС (Е) как функцию времени E(tj,). Причем сигнал с самой последней, длинной измерительной катушки регистрируют как постоянную спада по приведенному математическому выражению. Техническим результатом является повышение точности измерений за счет исключения влияния электромагнитных и геометрических характеристик ближней магнитной металлической трубы на результаты измерений на поздних временах в последующих трубах. 3 ил.

Установка бесконтактного измерения деформации // 2643689

Изобретение относится к вспомогательным приспособлениям контрольно-измерительной техники и может быть использовано для повышения точности измерений деформаций при статических и повторно-статических испытаниях образцов на растяжение, сжатие и изгиб в особенности при многоосевом нагружении образца. Установка содержит силовую раму с элементами крепления испытываемого образца, нагружающее устройство и измерительное устройство, установленное в силовой раме и жестко связанное в верхней части с силовой рамой. Измерительное устройство снабжено детектирующим прибором, установленным с возможностью регулирования своего положения относительно испытываемого образца. Измерительное устройство выполнено в виде дополнительной рамы из тонкостенного профиля. Дополнительная рама прикреплена в верхней части к силовой раме в непосредственной близости от точек крепления испытываемого образца к силовой раме. Нижняя часть дополнительной рамы расположена свободно. Технический результат: создание установки с повышенной точностью измерения деформации, упрощение настройки луча лазера по угловому положению. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Емкостный дилатометр для работы в составе установки ppms qd // 2645823

Изобретение относится к измерительной технике, предназначенной для измерения малых деформаций, в частности к емкостным дилатометрам, и может быть использовано для определения коэффициента линейного температурного расширения, пьезоэлектрического эффекта и магнитострикции. Емкостный дилатометр реализован на базе промышленного измерительного комплекса PPMS QD и содержит систему косвенных измерений линейной деформации путем измерения емкости измерительного конденсатора. Новым является то, что дилатометр снабжен дополнительными токовводами и понижающим редуктором, а также адаптирован под основной электрический разъем криостата PPMS QD для обеспечения стабилизации температуры в вакууме. Техническим результатом является обеспечение возможности измерения пьезоэлектрического эффекта и упрощение процедуры предварительной настройки натяжения мембраны. 4 ил.