Пьезоэлектрический сейсмоприемник

 

1п1 572733

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Реслублнк (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.03.75 (21) 2111082/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.09.77. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 28.09.77 (51) М Кл б 01Ъ 1/10

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений н открытий (53) УДК 550.834(688.8) (72) Авторы изобретения

А. В. Фурдуев и В, Л. Чулков (71) Заявитель (54) ПЪЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЕЙСМОПРИЕМНИК

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров колебаний земли, сооружений, машин и механизмов в сейсмометрии и виброметрии.

Известен пьезоэлектрический сейсмоприемник, состоящий из пьезоэлектрического элемента, работающего на изгиб, средств крепления пьезоэлектрического элемента, инерционной массы, корпуса и электрических выводов. Конструкция этого датчика содержит один пьезобиморфный элемент, закрепленный по краям, и инерционную массу, расположенную в центре элемента (17 Недостатком конструкции является ограниченные емкость и чувствительность датчика.

Известен пьезоприемник давления, содержащий один биморфный элемент, являющийся мембраной датчика (27 Этот пьезоприемник также имеет ограниченную чувствительность.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является пьезоэлектрический сейсмометр, содержащий пьезоэлемент, сейсмомассу, выполненную в виде шара, и корпус (37.

Сейсмометр имеет ограниченную чувствительность. Кроме того, пластинчатая форма пьезоэлементов и в связи с этим небольшая электрическая емкость не позволяют регистрировать низкочастотные колебания.

Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение частотного диапазона пьезоэлектрического сейсмопрпемника в области низких частот (до 0,1 гц).

Поставленная цель достигается выполнением пьезоэлектрического элемента в виде наборной из пьезобиморфных ячеек пьезоэлек10 трической пружины, состоящей из четырех дисковых биморфных пьезоэлектрических элементов, из которых верхний защемлен по периферийному ободу на инерционной массе, два средних образуют пьезобиморфную ячей15 ку, а нижний периферийным ободом опирается на нижнюю крышку корпуса сейсмоприемника. При этом верхний и нижний биморфные элементы электрически и механически соединены с пьезообиморфной ячейкой посредством

20 латунных роликов, центрированных поролоповыми прокладками — демпфер а ми.

На фиг. 1 схематически показан пьезоэлектрический сейсмоприемник, в разрезе; на фиг. 2 дана схема электрического соединения

25 элементов.

Устройство состоит из цилиндрического латунного корпуса 1, латунной сейсмомассы

2, изолированной от корпуса диэлектрическим бандажом 3. Бандаж крепится к сейсмо30 массе при помощи винтов 4. Размеры банда572733 жа и корпуса выбраны таким образом, чтобы обеспечить свободное вертикальное, но не горизонтальное перемещение сейсмомассы внутри корпуса. Биморфные пьезоэлементы 5 представляют собой миллиметровые диски из керамики ЦТС диаметром 50 мм, приклеенные с двух сторон токопроводящим клеем к миллиметровой стальной пластине. Верхняя и нижняя биморфные пластины 5 прикреплены винтами по периферийному ободу, соответственно, к сейсмомассе 2 н нижней крышке 6 сейсмоприемника. Два средних биморфных элемента объединены втулкой 7, выполненной из органического стекла, в пьезобиморфную ячейку.

Получение изгибных колебаний происходит за счет использования металлических роликов 8, расположенных с двух сторон пьезобиморфной ячейки. Эти ролики обеспечивают механический и электрический контакт между элементами. Для демпфирования сейсмомассы, а также для центровки роликов между пьезобиморфными пластинами проложены поролоновые прокладки 9. Такая же прокладка прижимает сейсмомассу сверху. Применение поролоновых прокладок уменьшает добротность всей механической системы.

Крышки 6 и 10 закрывают сейсмоприемник снизу и сверху. Отверстие 11 служит для вывода проводника от |верхнего биморфного элемента 5. Из корпуса прибора выведены проводники, соединенные с металлическими пластинами верхнего и нижнего биморфных элементов. Все пластины поляризованы в одном направлении.

Схема включения элементов, изображенная на фиг. 2, обеспечивает параметры системы:

С вЂ” и 4 р, где С и rp — емкость и чувствитель2 ность одной пьезоэлектрической пластины.

Устройство работает следующим образом.

При изменении сейсмоприемником параметров движения сейсмомасса 2 из-за сил инерции отстает от колебаний корпуса 1 устройства. Вследствие этого происходит деформация биморфных элементов 5 и на их обкладках возникает разность потенциалов.

При движении корпуса сейсмоприемника 1 вверх и вниз каждые соседние пары пьезоэлементов 5 изгибаются в противоположные стороны. Чувствительность сейсмоприемника можно увеличить, применяя нужное количество пьезобиморфных ячеек. Нижняя граничная рабочая частота сейсмоприемника определяется исключительно постоянной времени цепи сейсмоприемник — усилитель.

При испытании приемник работал на усилитель с входным сопротивлением 200 мом и коэффициентом усиления 100, собранный на интегральной схеме К167УНЗ.

В результате проведенных испытаний соб10 раиного макета устройства были получены следующие характеристики: резонансная частота fð — — 60 Гц, емкость С=11000 пф. Данная конструкция сейсмоприемника позволяет получить чувствительность, значительно пре15 вышающую чувствительность прототипа, (измеряются ускоренияпорядка 40 10 4 см/сек ), и имеет небольшие габариты. Это позволяет использовать предложенный тип сейсмоприемника в автономной, например донной

20 или полевой, аппаратуре, применяемой при глубинном сейсмическом зондировании.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический сейсмоприемник, со25 держащий пьезоэлектрический элемент, корпус и инерционную массу, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения частотного диапазона в области низких частот, пьезоэлектрический

30 элемент выполнен в виде наборной из пьезобиморфных ячеек пьезоэлектрической пружины, состоящей из четырех дисковых биморфных пьезоэлектрических элементов, из которых верхний защемлен по периферийному

35 ободу на инерционной массе, два средних образуют пьезобиморфную ячейку, а нижний периферийным ободом опирается на нцжнюю крышку корпуса сейсмоцриемника, при этом верхний и нижний биморфные элементы элек40 трически и мехаиическн соединенЫ с пьезобиморфной ячейкой посредством латунных роликов, центр и ров а нных пор олоновыми прокладками — демпферами, Источники информации, 45 принятые во внимание при экспертизе

1. Иориш Ю. И. Виброметрия, изд-во «Машиностроительной литературы», М., 1963, стр. 569 —.574.

2. Авторское свидетельство 3В 389479, кл.

50 G 01V 1/16, 26.07.71.

3. Авторское свидетельство № 397868, кл.

G 01V 1/16, 28.02.72.

572733 а И оиг. 1

Фиг. 2

Составитель E. Вишняков

Техред Л. Гладкова Корректор Л. Котова

Редактор Н. Корченко

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2798/19 Изд, Ме 777 Тираж 738

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4(5