×
06.04.2019
219.016.fe14

Результат интеллектуальной деятельности: ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения параметров ударных и вибрационных ускорений. Сущность изобретения заключается в том, что пьезоэлектрический датчик содержит корпус, опору, при этом в месте закрепления опоры формируется механический фильтр из эластичного электропроводящего материала, толщина которого определяется нормированным размером частиц, входящих в состав клея, кроме того, пьезоэлемент выполнен из сегнетожесткой пьезокерамики на основе ЦТС (цирконат титанат свинца) с пористостью 15-60%, а инерционный элемент выполнен из вольфрама или вольфрамового сплава, при этом пьезоэлемент и инерционный элемент закреплены при помощи эластичного электропроводящего клеевого слоя, также в основании корпуса, во внутренней полости, выполнен кольцевой антидеформационный вырез. Технический результат – повышение точности и надежности измерения ударных и вибрационных ускорений. 3 ил.

Пьезоэлектрический датчик относится к измерительной технике и предназначен для определения параметров ударных и вибрационных ускорений, но также может быть использован при разработке пьезоэлектрических приборов для измерения динамических давлений и сил.

В настоящее время известны самые различные конструкции пьезоэлектрических датчиков, однако все они, обладая определенными достоинствами, не выполняют в полной мере поставленной изобретением задачи.

Известен пьезоэлектрический датчик, [патент РФ №2400760, под названием «Пьезоэлектрический акселерометр» MПK G01P 15/09, опуб. 27.09.2010 г.], содержащий корпус, во внутренней полости которого расположен пьезочувствительный элемент и инерционный элемент.

В варианте исполнения инерционный элемент выполнен из монокристаллического диэлектрика, при этом пьезочувствительный элемент и инерционный элемент соединены между собой параллельно, а их вектора поляризации ориентированы вдоль оси чувствительности датчика и направлены в разные стороны, что позволяет повысить осевую чувствительность датчика, при сохранении его габаритов и массы.

Данное изобретение направлено на повышение осевой чувствительности устройства при сохранении его габаритов и массы. Но в данном изобретении в качестве материала пьезочувствительного элемента используется сегнетожесткая керамика ТНАВ (титанат натрия висмута) с малым значением пьезомодуля керамики d33≈(7-22) пКл/Н, из-за чего значение коэффициента преобразования датчика остается небольшим, что снижает точность измерений ускорений при наличии высокого уровня помех. Также конструкция датчика выполнена по схеме «с поджатием» пьезочувствительного элемента к основанию корпуса, что оставляет возможность для проявления «ухода нуля» из-за проскальзывания пьезочувствительного и инерционного элементов при наличии поперечной составляющей ускорения или из-за относительно высокой деформационной чувствительности.

Известен пьезоэлектрический датчик, [патент РФ №2495438, под названием «Пьезоэлектрический датчик ударного ускорения», МПК G01Р 15/09, опуб. 0.10.2013 г.], содержащий корпус, во внутренней полости которого закреплена опора, имеющая выступы в средней части, равноудаленные от сторон корпуса, на каждом из которых закреплены при помощи промежуточного клеевого слоя пьезоэлемент и инерционный элемент, при этом геометрический центр опоры совпадает с геометрическим центром корпуса.

В варианте исполнения клеевой слой содержит клей, каучук и калиброванные проводящие частицы, в данный клеевой слой введен графит, содержание которого не превышает 10%, а калиброванные частицы выполнены размером 20-80 мкм, при этом содержание каучука в клеевом слое составляет не менее 60%.

Изобретение направлено на увеличение коэффициента преобразования и демпфирующих свойств датчика. Но недостатком данного изобретения является использование пьезоэлемента из сегнетомягкой керамики (цирконат титанат свинца) ЦТС-19 (d33≈330 пКл/Н; tgδ=28⋅10-3), что увеличивает нелинейность амплитудной характеристики датчика и деформационную чувствительность, снижает устойчивость к интенсивным механическим воздействиям и, соответственно, к «уходу нуля». Отсутствие встроенного механического фильтра не позволяет достичь дальнейшего повышения демпфирования «паразитных» высокочастотных колебаний, которые повышают зашумленность сигнала и могут привести к «уходу нуля». Титановый сплав для изготовления инерционного элемента имеет относительно низкую плотность, что означает уменьшенное значение коэффициента преобразования датчика.

Этот пьезоэлектрический датчик ударного ускорения рассматривается в качестве прототипа.

Задача, на решение которой направлено изобретение - создание пьезоэлектрического датчика, обеспечивающего необходимые точность и надежность измерения ударных и вибрационных ускорений.

Технический результат, получаемый при использовании данного изобретения - повышение надежности и точности измерения ударных и вибрационных ускорений.

Указанный технический результат достигается тем, что в пьезоэлектрическом датчике, содержащем корпус, во внутренней полости которого закреплена опора, имеющая выступы в средней части, равноудаленные от сторон корпуса, на каждом из которых закреплены при помощи промежуточного клеевого слоя пьезоэлемент и инерционный элемент, при этом геометрический центр опоры совпадает с геометрическим центром корпуса, согласно изобретению в месте закрепления опоры формируется механический фильтр из эластичного электропроводящего материала, толщина которого определяется нормированным размером частиц, входящих в состав клея, кроме того пьезоэлемент выполнен из сегнетожесткой пьезокерамики на основе ЦТС (цирконат титанат свинца) с пористостью 15-60%, а инерционный элемент выполнен из вольфрама или вольфрамового сплава, при этом пьезоэлемент и инерционный элемент закреплены при помощи эластичного электропроводящего клеевого слоя, также в основании корпуса во внутренней полости, выполнен кольцевой антидеформационный вырез.

Формирование в конструкции пьезоэлектрического датчика механического фильтра из эластичного электропроводящего материала увеличивает демпфирование высокочастотных колебаний и уменьшает деформационную чувствительность датчика, что приводит к повышению устойчивости датчика к «уходу нуля» и повышению точности измерений. Использование пьезоэлемента, выполненного из сегнетожесткой пьезокерамики на основе ЦТС, позволяет уменьшить нелинейность амплитудной характеристики, а также повысить устойчивость датчика к «уходу нуля». Использование пористой керамики приводит к увеличению ее сегнетожесткости и, соответственно, устойчивости к «уходу нуля». Использование вольфрама или вольфрамового сплава для инерционного элемента снижает механические напряжения в пьезоэлементе при изменении температуры, уменьшая коэффициент влияния температуры на коэффициент преобразования и вероятность «ухода нуля». Выполненный в конструкции кольцевой антидеформационный вырез является концентратором механических напряжений и дополнительно уменьшает деформационную чувствительность датчика и вероятность «ухода нуля» из-за деформации установочной поверхности.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 приведен продольный разрез пьезоэлектрического датчика.

На фиг. 2 - вид А, клей с нормированными частицами сформированного механического фильтра.

На фиг. 3-вид Б, выполненный кольцевой антидеформационный вырез.

Пьезоэлектрический датчик содержит корпус 1 с крышкой 2, пьезоэлементы 3 и инерционные элементы 4 (фиг. 1). В полости корпуса 1 закреплена опора 5 с помощью механического фильтра. Опора 5 в своей центральной части имеет выступы 6, которые равноудалены от стенок корпуса 1. При помощи эластичного электропроводящего клеевого слоя на выступах 6 с верхней и нижней стороны опоры 5 закреплены пьезоэлементы 3 и инерционные элементы 4. Пьезоэлемент 3 выполнен из сегнетожесткой пьезокерамики на основе ЦТС (цирконат титанат свинца) с пористостью 15-60% (предпочтительно 25-35%). Инерционный элемент 4 выполнен из вольфрама или вольфрамового сплава. В месте закрепления опоры 5 в корпусе 1 формируется механический фильтр 7, состоящий из эластичного электропроводящего материала. Толщина механического фильтра 7 определяется нормированным размером частиц 8. Частицы 8 входят в состав клея 9 (фиг. 2). В полости корпуса 1 ближе к основанию выполнен кольцевой антидеформационный вырез 10 (фиг. 3).

Пьезоэлектрический датчик работает следующим образом.

Пьезоэлектрический датчик устанавливают за нижнюю поверхность корпуса 1 на объект испытаний посредством клеевого соединения. Кабель пьезоэлектрического датчика подсоединяют к регистрирующей аппаратуре. Объект исследований подвергают испытаниям. При ускорении, действующем на объект испытаний вдоль основной оси пьезоэлектрического датчика по направлению от корпуса 1 к крышке 2, верхний пьезоэлемент 3 испытывает сжатие под действием «прижима» верхнего инерционного элемента 4 к опоре 5. При этом нижний пьезоэлемент 3 испытывает растяжение под действием «отрыва» нижнего инерционного элемента 4 от опоры 5. При данном движении пьезоэлементы 3 вырабатывают электрические заряды, которые суммируются и передаются посредством электропроводящих клеевых слоев, прилегающих к пьезоэлементам 3, на инерционные элементы 4, с них - на кабель пьезоэлектрического датчика, а затем на регистрирующую аппаратуру.

Механические напряжения в корпусе 1, возникающие при деформации поверхности объекта исследований, концентрируются на антидеформационном вырезе 10, тем самым снижая уровень деформации корпуса 1 в месте крепления опоры 5, и снижая уровень деформации пьезоэлемента 3. Дополнительное снижение уровня механических напряжений в опоре 5 и пьезоэлементе 3 обеспечивается релаксацией механических напряжений в эластичном материале механического фильтра 7. Также механический фильтр 7 обеспечивает демпфирование высокочастотных колебаний, приходящих на пьезоэлектрический датчик от объекта испытаний, и возбуждающихся в конструкции пьезоэлектрического датчика из-за высокочастотных ударных воздействий. Это снижает деформационную чувствительность и уровень высокочастотного шума пьезоэлектрического датчика, что повышает точность измерения ускорений из-за снижения влияния «паразитных» воздействий.

Представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- заявляемый пьезоэлектрический датчик предназначен для использования в измерительной технике, а именно для определения параметров ударных и вибрационных ускорений;

для заявляемого пьезоэлектрического датчика в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов;

заявляемый пьезоэлектрический датчик при его использовании способен обеспечить повышение точности и надежности измерения ударных и вибрационных ускорений.

Следовательно, заявляемый пьезоэлектрический датчик соответствует условию «промышленная применимость».

Пьезоэлектрический датчик, содержащий корпус, во внутренней полости которого закреплена опора, имеющая выступы в средней части, равноудаленные от сторон корпуса, на каждом из которых закреплены при помощи промежуточного клеевого слоя пьезоэлемент и инерционный элемент, при этом геометрический центр опоры совпадает с геометрическим центром корпуса, отличающийся тем, что в месте закрепления опоры формируется механический фильтр из эластичного электропроводящего материала, толщина которого определяется нормированным размером частиц, входящих в состав клея, кроме того, пьезоэлемент выполнен из сегнетожесткой пьезокерамики на основе ЦТС (цирконат титанат свинца) с пористостью 15-60%, а инерционный элемент выполнен из вольфрама или вольфрамового сплава, при этом пьезоэлемент и инерционный элемент закреплены при помощи эластичного электропроводящего клеевого слоя, также в основании корпуса, во внутренней полости, выполнен кольцевой антидеформационный вырез.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 101-110 из 680.
13.01.2017
№217.015.748d

Оптическая усилительная головка с диодной накачкой (варианты)

Изобретение относится к лазерной технике. Оптическая усилительная головка с диодной накачкой содержит размещенные в корпусе: активный элемент в виде стержня, матрицы лазерных диодов, расположенные равномерно на держателях, и систему охлаждения, содержащую трубку, охватывающую активный элемент с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597941
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.7720

Электромагнитный поляризованный переключатель

Изобретение предназначено для систем автоматики взрывоопасных объектов, подвергаемым ударным и вибрационным внешним воздействиям. Электромагнитный поляризованный переключатель содержит кожух, внутри которого расположены взаимодействующие магнитная и контактная системы. Магнитная система...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599625
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.773e

Раскладываемая аэродинамическая поверхность

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к раскладываемым аэродинамическим поверхностям летательных аппаратов. Раскладываемая аэродинамическая поверхность содержит соединенные корневую и раскладываемую части. Корневая часть закреплена на поворотной оси раскладываемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599677
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.7751

Устройство юстировки сферической оправы оптического элемента

Изобретение относится к элементам конструкции оптических резонаторов, используемых для первоначальной настройки резонатора и стабилизации выходных параметров лазера, и может быть использовано при изготовлении лазерной техники, работающей в условиях внешних воздействующих факторов. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599598
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.7753

Мощная оптическая усилительная головка с торцевой диодной накачкой активного элемента в виде пластины

Изобретение относится к твердотельным лазерам с диодной накачкой большой мощности, в частности к элементам накачки и системам их охлаждения. Мощная оптическая усилительная головка с торцевой диодной накачкой активного элемента в виде пластины содержит блок диодной накачки с элементами накачки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599600
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.7967

Электродный блок ампульного химического источника тока и способ его сборки

Изобретение относится к резервным химическим источникам тока ампульного типа, задействуемым при впуске электролита из ампулы в электродный блок электрохимических элементов (ЭХЭ). Повышение безопасности, увеличением уровня разрядных характеристик источника тока, а также повышение плотности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599147
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.798c

Способ определения масштабных коэффициентов трехосного лазерного гироскопа

Изобретение относится к области гироскопического приборостроения и предназначено для определения величин масштабных коэффициентов трехосных лазерных гироскопов (ТЛГ) с взаимно ортогональными осями чувствительности при проведении калибровки (паспортизации) бесплатформенных инерциальных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599182
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.7a2c

Устройство для аварийного перекрытия трубопроводов

Изобретение относится к запорным устройствам одноразового (взрывного) действия и предназначено для аварийной отсечки трубопроводов, через которые возможен выход в окружающую среду продуктов аварии. Устройство для аварийного перекрывания трубопроводов включает соединенный с трубопроводом корпус...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599213
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.7aa3

Способ соединения деталей с покрытием

Изобретение относится к способу соединения деталей с внутренним покрытием и может быть использовано в машиностроении, металлургии, оборудовании для АЭС и космической технике. На поверхность втулки 3 и на внутреннюю поверхность соединяемых встык труб 1 и 2 наносят плазменно-дуговым способом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600152
Дата охранного документа: 20.10.2016
13.01.2017
№217.015.808d

Устройство для охранной сигнализации

Изобретение относится к сигнальным устройствам и может быть использовано для охраны помещений и объектов различного назначения. Устройство для охранной сигнализации содержит корпус, подпружиненный относительно корпуса подвижный элемент, магнитоэлектрический генератор, вал которого во взведенном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602227
Дата охранного документа: 10.11.2016
Показаны записи 1-3 из 3.
10.10.2013
№216.012.7455

Пьезоэлектрический датчик ударного ускорения

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения пиковых ударных ускорений. Пьезоэлектрический датчик ударного ускорения содержит корпус, во внутренней полости которого закреплена опора, имеющая выступы в средней части, равноудаленные от сторон корпуса, на каждом из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495438
Дата охранного документа: 10.10.2013
25.08.2017
№217.015.a35e

Способ склеивания элементов пьезоэлектрического датчика ударного ускорения

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при изготовлении пьезоэлектрического датчика ударного ускорения для соединения его элементов, в частности - в технологии создания клеевых электропроводящих композиций. Способ склеивания элементов пьезоэлектрического датчика...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002607224
Дата охранного документа: 10.01.2017
26.08.2017
№217.015.ea83

Датчик угла наклона объекта

Изобретение относится к устройствам для измерения углов наклона объекта в трехмерной системе координат относительно гравитационного и магнитного полей Земли и может быть использовано при горизонтально-наклонном бурении скважин. Датчик угла наклона объекта, чувствительный элемент которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627991
Дата охранного документа: 14.08.2017
+ добавить свой РИД