Датчик вибраций

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к волоконно-оптическим средствам измерения вибраций, давления и/или объемного напряженного состояния. Датчик вибраций содержит пьезоэлектрический пластинчатый элемент, электроды, нанесенные на боковые поверхности пьезоэлектрического пластинчатого элемента. На торце пьезоэлектрического пластинчатого элемента расположен электролюминесцентный слой, контактирующий с электродами, нанесенными на боковые поверхности пьезоэлектрического пластинчатого элемента. Внутри пьезоэлектрического пластинчатого элемента перпендикулярно его торцу расположен световод, проходящий через электролюминесцентный слой и между боковыми электродами. Параллельно световоду расположены на некотором расстоянии друг от друга два управляющих внутренних линейных электрода, проходящих последовательно через пьезоэлектрический элемент и электролюминесцентный слой. Техническим результатом при реализации заявленного изобретения является возможность определять характеристики вибрации в скрытых от визуального осмотра частях и/или внутренних областях объектов диагностики, повысить чувствительность для диагностики малых амплитуд и низких частот вибраций и расширить диапазон измеряемых характеристик вибрации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к волоконно-оптическим средствам измерения вибраций, давления и/или объемного напряженного состояния, и может быть использовано для диагностики давления, вибраций, напряженного состояния, дефектоскопии композитов в медико-биологических исследованиях, гидроакустике, аэродинамике, системах охраны при дистанционном мониторинге давления.

Наиболее близкой конструкцией того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является датчик вибраций [Ла Y., Tian X., Wu Z., Tian X., Zhou J., Fang Y., Zhu C. Novel Mechano-Luminescent Sensors Based on Piezoelectric/Electroluminescent Composites // Sensors. - 2011, Vol.11, no. 4, pp.3962-3969] для визуализации и мониторинга динамической вибрационной нагрузки. Датчик состоит из пьезоэлектрической пластины с наружными электродами, подключенными к электролюминесцентному слою на торце пластины. Возникающие на электродах при вибрации пьезопластины электрические заряды приводят к свечению электролюминесцентного слоя. Механолюминесцентный эффект в датчике появляется в результате связи пьезоэлектрического и электролюминесцентного эффектов, интенсивность свечения зависит от величины и частоты вибрации. Данная конструкция принята за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, - пьезоэлектрический пластинчатый элемент, электроды, нанесенные на боковые поверхности пьезоэлектрического пластинчатого элемента, электролюминесцентный слой, расположенный на торце пьезоэлектрического пластинчатого элемента и контактирующий с электродами, нанесенными на боковые поверхности пьезоэлектрического пластинчатого элемента.

Недостатками известной конструкции, принятой за прототип, являются: невозможность определения характеристик вибрации в скрытых от визуального осмотра частях и/или внутренних областях объектов диагностики; низкая чувствительность при диагностике малых амплитуд и низких частотах вибраций. Кроме того, известный датчик не является распределенным датчиком.

Задачей изобретения является разработка датчика, позволяющего определить характеристики вибрации в скрытых от визуального осмотра частях и/или внутренних областях объектов диагностики, повысить чувствительность для диагностики малых амплитуд и низких частотах вибраций и расширить диапазон измеряемых характеристик вибрации.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известный датчик вибраций, содержащий пьезоэлектрический пластинчатый элемент, электроды, нанесенные на боковые поверхности пьезоэлектрического пластинчатого элемента, электролюминесцентный слой, расположенный на торце пьезоэлектрического пластинчатого элемента и контактирующий с электродами, нанесенными на боковые поверхности пьезоэлектрического пластинчатого элемента, согласно изобретению дополнительно введены световод, расположенный внутри пьезоэлектрического пластинчатого элемента, перпендикулярно его торцу и проходящий через электролюминесцентный слой, два управляющие внутренние линейные электроды, расположенные на некотором расстоянии друг от друга параллельно световоду и проходящие последовательно через пьезоэлектрический элемент и электролюминесцентный слой.

Датчик может быть помещен во внутрь полимерной буферной цилиндрической оболочки.

Датчик может быть выполнен составным, включающим однотипные одиночные заявляемые датчики вибраций, последовательно расположенные на единых световоде и двух управляющих внутренних линейных электродах.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа: световод, расположенный внутри пьезоэлектрического пластинчатого элемента, перпендикулярно его торцу и проходящий через электролюминесцентный слой; два управляющие внутренние линейные электроды, расположенные на некотором расстоянии друг от друга параллельно световоду и проходящие последовательно через пьезоэлектрический элемент и электролюминесцентный слой; датчик помещен во внутрь полимерной буферной цилиндрической оболочки; датчик выполнен составным, включающим однотипные одиночные заявляемые датчики вибраций, последовательно расположенные на единых световоде и двух управляющих внутренних линейных электродах.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют датчику определить характеристики вибрации в скрытых от визуального осмотра частях и/или внутренних областях объектов диагностики, повысить чувствительность для диагностики малых амплитуд и низких частотах вибраций, расширить диапазон измеряемых характеристик вибрации.

Датчик вибраций иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 -4.

На фиг. 1 изображена проекция датчика вибраций на горизонтальную плоскость проекций.

На фиг. 2 изображена проекция датчика вибраций на фронтальную плоскость проекций.

На фиг. 3 изображена проекция датчика вибраций на профильную плоскость проекций.

На фиг. 4 изображена проекция фрагмента дискретно распределенного (составного) датчика вибраций на профильную плоскость проекций.

Датчик вибраций (фиг. 1-3) содержит пьезоэлектрический пластинчатый элемент 1, электроды 2, нанесенные на две противоположные боковые поверхности пьезоэлектрического пластинчатого элемента 1. На торце пьезоэлектрического пластинчатого элемента 1 расположен электролюминесцентный слой 3, контактирующий с электродами 2, нанесенными на боковые поверхности пьезоэлектрического пластинчатого элемента 1. Внутри пьезоэлектрического пластинчатого элемента 1, перпендикулярно его торцу расположен световод 4, проходящий через электролюминесцентный слой 3 и между боковыми электродами 2. Параллельно световоду 4, перпендикулярно торцу пьезоэлектрического пластинчатого элемента 1 расположены на некотором расстоянии друг от друга два управляющие внутренние линейные электроды 5, проходящие последовательно через пьезоэлектрический элемент 1 и электролюминесцентный слой 3. Управляющее электронапряжение на линейных электродах 5 позволяет управлять световым потоком, исходящим из электролюминесцентного слоя 3, проникающим внутрь световода 4 и передающемся по световоду 4 к приемнику-анализатору интенсивности светового потока на выходе из световода 4.

Датчик может быть помещен во внутрь полимерной буферной цилиндрической оболочки (на чертежах не показана).

Датчик может быть выполнен дискретно распределенным (составным) (фиг. 4), включающим однотипные одиночные заявляемые датчики вибраций, последовательно (на малом расстоянии между собой) расположенные на единых световоде 4 и двух управляющих внутренних линейных электродах 5. Составной датчик может быть использован для диагностики вибраций на протяженных участках объекта и определения локаций неоднородностей амплитуд и частоты вибраций по длине датчика. Устройство работает следующим образом.

Механические вибрации воздействуют на пьезоэлектрический элемент 1 с возникновением в нем (пьезоэффект) электрического поля, которое накладывается (суперпозиция) на электрическое поле от действия электрического напряжения на внутренние линейные управляющие электроды 5. Результирующее электрическое поле воздействует на электролюминесцентный слой 3, вызывая его свечение, проникающее в световод 4 и передающееся по нему к приемнику-анализатору на выходе из световода 4.

Управляющее напряжение по длине электродов 5 может быть, например, как постоянной (по длине электрода) величиной, так и в виде бегущего по электроду локационного электрического видеоимпульса прямоугольной формы, отличного от нуля лишь на локальном участке с пошаговым изменением величины импульса на каждом цикле прохождения по электроду.

Буферный слой датчика необходим для защиты от механических повреждений, фиксации заданного взаимного расположения и ориентаций измерительных элементов внутри объема датчика и для механической трансляции на измерительные элементы лишь однородной макроскопической (осредненной) составляющей действующего (в частности, со стороны диагностируемой микронеоднородной композитной конструкции) в окрестности внешней границы буферного слоя микронеоднородного напряженного состояния. Для случая, когда в поперечном сечении размер измерительных элементов датчика соизмерим с характерным размером неоднородностей, в частности, для полимерного волокнистого композита.

Подтверждение заявленных технических результатов: определение характеристик вибрации в скрытых от визуального осмотра частях и/или внутренних областях объектов диагностики; повышение чувствительности для диагностики малых амплитуд и низких частотах вибраций; расширение диапазона измеряемых характеристик вибрации получено в результате проведенных численных экспериментов на основе разработанных двух алгоритмов локаций неоднородностей напряженного состояния по длине датчика:

- первый алгоритм с использованием локационного сканирующего электрического видеоимпульса с пошаговым изменением величины импульса на каждом цикле прохождения исследуемого локального участка,

- второй алгоритм с использованием локационной сканирующей бегущей гармонической волны с варьированием амплитуды.

Светоотдача светодиода задавалась «S-образной» кривой зависимости интенсивности свечения от приложенного к светодиоду электрического напряжения с характерными точками заданных пороговых напряжений для начала свечения и для начала насыщенного свечения светодиода.

Численные экспериментальные испытания показали, что заявляемый датчик позволяет определить характеристики вибрации в скрытых от визуального осмотра частях и/или внутренних областях объектов диагностики, повысить чувствительность для диагностики малых амплитуд и низких частотах вибраций, расширить диапазон измеряемых характеристик вибрации.

1. Датчик вибраций, содержащий пьезоэлектрический пластинчатый элемент, электроды, нанесенные на боковые поверхности пьезоэлектрического пластинчатого элемента, электролюминесцентный слой, расположенный на торце пьезоэлектрического пластинчатого элемента и контактирующий с электродами, нанесенными на боковые поверхности пьезоэлектрического пластинчатого элемента, отличающийся тем, что в него дополнительно введены световод, расположенный внутри пьезоэлектрического пластинчатого элемента перпендикулярно его торцу и проходящий через электролюминесцентный слой, два управляющих внутренних линейных электрода, расположенных на некотором расстоянии друг от друга параллельно световоду с возможностью управления интенсивностью свечения электролюминесцентного слоя и проходящих последовательно через пьезоэлектрический элемент и электролюминесцентный слой.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что он помещен вовнутрь полимерной буферной цилиндрической оболочки.

3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен составным, включающим однотипные одиночные датчики вибраций по п. 1, последовательно расположенные на единых световоде и двух управляющих внутренних линейных электродах.



 

Похожие патенты:

Использование: для получения МЭ композиционных материалов с внутренним постоянным магнитным полем. Сущность изобретения заключается в том, что магнитоэлектрический композиционный материал для датчика магнитного поля содержит магнитострикционную и пьезоэлектрическую из керамики цирконат-титаната свинца PbZr0,53Ti0,47O3 компоненты, где магнитострикционная компонента содержит внутреннее постоянное магнитное поле смещения, магнитострикционный слой сформирован из распределенных в эпоксидном компаунде гранул терфенола Tb0,12Dy0,2Fe0,68, а внутреннее постоянное магнитное поле смещения создается разделением магнитострикционного слоя на две области с различной концентрацией гранул Tb0,12Dy0,2Fe0,68.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях переменного тока для преобразования тока в напряжение с удвоением частоты выходного сигнала.

Изобретение относится к пьезоактюаторам изгибного типа и предназначено для использования в электронике, управляемой оптике, микромеханике, медицине, машиностроении.

Изобретение может быть использовано в робототехнике, биомеханических протезах и в различного рода приводах. Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров заключается в использовании полимеров в виде волокон (1), которые под воздействием электричества начинают сворачиваться в спираль.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к пьезоэлектрическому генератору достаточной мощности в виде прозрачной полимерной пьезопленки, которая может быть встроена в экран мобильного устройства и подзаряжать аккумулятор во время эксплуатации мобильного устройства при касании экрана.

Использование: для неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния конструкционного материала. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой пьезопреобразователь содержит корпус с нанесенным на его внутреннюю поверхность демпфирующим слоем и расположенную в корпусе призму, демпфер, соединенный с корпусом, и соединенный с демпфером пьезоэлемент, установленный на призме, при этом в основании призмы дополнительно установлены плоскопараллельные прямоугольные металлические пластины с прокладками между ними, причем металлические пластины имеют разные высоты и образуют ступенчатую пирамиду, а размеры плоскопараллельных прямоугольных металлических пластин выбирают исходя из определенных условий.

Изобретение относится к пьезоэлектронике. Сущность: рабочее тело высоковольтного генератора представляет собой инерционную массу и пакет из пластин поляризованных композиционных сегнетоэлектрических материалов с высокими значениями пьезоэлектрического коэффициента напряжения и заданной для каждой пластины прочностью на сжатие.

Изобретение относится к пьезоэлектрическим датчикам и может быть использовано, в частности, в системах диагностики автомобиля и системах автосигнализации. Сущность: датчик включает пьезоэлектрическое рабочее тело и систему регистрации.

Изобретение относится к электронной технике, а именно: к области создания магнитоэлектрических преобразователей, применяемых в качестве основы для датчиков магнитных полей, устройств СВЧ-электроники, основы для технологии магнитоэлектрической записи информации и для накопителей электромагнитной энергии и энергии вибраций.

Изобретение относится к выявлению детонации в двигателе. Варианты осуществления могут предусматривать систему контроля детонации в двигателе, которая может включать в себя блок цилиндров двигателя, включающий в себя корпус блока цилиндров двигателя и стенку цилиндра, образующую по меньшей мере часть камеры сгорания.

Изобретение может быть использовано в системах управления двигателями внутреннего сгорания. Предложен способ для регулировки искрового зажигания и/или впрыска топлива в цилиндр двигателя на основании позднего сгорания, неполного сгорания или пропуска зажигания в соседнем цилиндре.

Изобретение относится к области измерения давлений пороховых газов при испытаниях порохов в манометрических бомбах и пороховых установках. Способ определения давления пороховых газов заключается в обеспечении снятия тепловой защиты чувствительного элемента датчика.

Изобретение относится к области средств автоматизации. Датчик давления с цифровым выходом содержит основной измерительный блок 1, состоящий из дифференциального реле давления 2 с рабочими плоскостями 3 и 4, разобщенными клапаном 5, и счетчика импульсов 6, двух дополнительных измерительных блоков 7 и 8 с реле давления 9 и 10, рабочие полости которых 11, 12 и 13, 14 разобщены соответственно клапанами 15 и 16, и счетчиков импульсов 17 и 18 с линиями сброса показаний 19 и 20, а также устройства измерения периода следования импульсов 21, соединенного своим входом с входом счетчика импульсов 6 и выходом реле давления 2.

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано для регистрации и сохранения основных параметров взрыва метанопылевоздушной смеси при распространении или затухании взрывов по горным выработкам.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к оптическим способам измерения импульсных давлений, а также к устройствам для их осуществления, и может найти применение при создании систем акустического мониторинга окружающей среды, акустических систем распознавания различных объектов, систем акустического контроля работы двигателей и различного технологического оборудования, в гидроакустике, аэродинамике.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при эксплуатации, контроле, испытании и диагностировании двигателей внутреннего сгорания (ДВС). .

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к измерению импульсных давлений жидкой, газообразной или смешанной рабочей среды с переменной температурой и может быть использовано для точного измерения импульсных давлений в жидкостных ракетных двигателях а также при диагностике работоспособности энергонапряженных изделий.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для определения детонации двигателя внутреннего сгорания на основе формы волны вибрации двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к способам и системам для определения координат точки выстрела или пуска сверхзвукового объекта и направления его полета на основе информации только об ударной волне.

Использование: для создания волоконно-оптические средства измерения давления. Сущность изобретения заключается в том, что волоконно-оптический датчик давления содержит каркас, волоконно-оптический световод, расположенный коллинеарно оси каркаса, и приемник излучения, каркас представляет собой светодиод, состоящий из соединенных между собой слоя с p-проводимостью, слоя с n-проводимостью и расположенного между ними светоизлучающего p-n переходного слоя, на внешнюю сторону слоя с p-проводимостью и/или внешнюю сторону слоя с n-проводимостью каркаса нанесены пьезоэлектрические слои с направлением поляризации, обеспечивающим возникновение электрического напряжения в каркасе под действием давления, на внешние стороны пьезоэлектрических слоев, или пьезоэлектрического слоя и слоя с p-проводимостью, или пьезоэлектрического слоя и слоя с n-проводимостью нанесены непрерывные вдоль оси датчика управляющие электроды, при этом волоконно-оптический световод расположен внутри или вблизи светоизлучающего p-n переходного слоя с возможностью передачи выходящего из указанного слоя светового потока приемнику излучения.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к волоконно-оптическим средствам измерения вибраций, давления иили объемного напряженного состояния. Датчик вибраций содержит пьезоэлектрический пластинчатый элемент, электроды, нанесенные на боковые поверхности пьезоэлектрического пластинчатого элемента. На торце пьезоэлектрического пластинчатого элемента расположен электролюминесцентный слой, контактирующий с электродами, нанесенными на боковые поверхности пьезоэлектрического пластинчатого элемента. Внутри пьезоэлектрического пластинчатого элемента перпендикулярно его торцу расположен световод, проходящий через электролюминесцентный слой и между боковыми электродами. Параллельно световоду расположены на некотором расстоянии друг от друга два управляющих внутренних линейных электрода, проходящих последовательно через пьезоэлектрический элемент и электролюминесцентный слой. Техническим результатом при реализации заявленного изобретения является возможность определять характеристики вибрации в скрытых от визуального осмотра частях иили внутренних областях объектов диагностики, повысить чувствительность для диагностики малых амплитуд и низких частот вибраций и расширить диапазон измеряемых характеристик вибрации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх