Датчик акустического давления

 

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной техники и может быть использовано при конструировании и производстве пьезоэлектрических датчиков, предназначенных для измерения быстропеременных, импульсных и акустических давлений. Сущность изобретения: с целью повышения точности измерения датчик акустического давления содержит корпус 1 с мембраной 2, на которой закреплен рабочий пьезоэлемент 3, и размещенный внутри корпуса узел виброкомпенсации, выполненный в виде полого цилиндра 4 с компенсирующей мембраной 5, на которой закреплен компенсирующий пьезоэлемент 6. Внутри цилиндра 4 размещена цанга 7, поджатая к поверхности мембраны 5 резьбовой втулкой 8. Внутри цанги 7 установлен с возможностью перемещения нажимной элемент 9. Цанга 7 зафиксирована от поворота штифтом 10. Для съема сигналов с пьезоэлементов служат токосъемники 11. Диаметр раствора цанги 7 в свободном состоянии должен быть меньше диаметра мембраны 2, на величину Δ что необходимо для регулировки компенсирующего узла по изменению частоты его собственных колебаний в диапазоне, перекрывающем частоту собственных колебаний рабочего узла. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при конструировании и производстве пьезоэлектрических датчиков, предназначенных для измерения быстропеременных, импульсных и акустических давлений, а также для измерения параметров вибраций.

Известен датчик акустического давления, содержащий корпус, выполненный в виде стакана, дном которого является воспринимающая давление мембрана с жестко закрепленным на ней дисковым пьезоэлементом [1] Недостатком известного датчика является большая погрешность измерения в условиях воздействия вибраций из-за отсутствия в данной конструкции элементов виброкомпенсации.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту к изобретению является пьезоэлектрический приемник звукового давления с виброкомпенсацией, содержащий пьезокерамический преобразующий элемент, жестко связанный с металлической мембраной, воспринимающей звуковое давление, и пьезокерамический элемент для компенсации вибропомех, жестко связанный с компенсирующей мембраной, причем корпус приемника и узел виброкомпенсации выполнены в виде стаканов [2] Недостатком указанного технического решения является сравнительно высокая погрешность от виброускорений из-за невозможности изготовления на практике мембранных узлов (рабочего и компенсирующего) с абсолютно одинаковыми параметрами, определяющими их вибро- чувствительность (толщины и диаметра мембран, величины приведенных к ним масс и т.д.).

Согласно изобретению датчик акустического давления, содержащий корпус в виде стакана с тонкостенным дном, выполненным в виде мембраны, на которой закреплен рабочий пьезоэлемент, размещенный внутри стакана узел виброкомпенсации, выполненный в виде полого цилиндра с расположенной по торцу компенсирующей мембраной, на которой закреплен компенсирующий пьезоэлемент, снабжен размещенной в полом цилиндре цангой, поджатой к внутренней поверхности компенсирующей мембраны с помощью введенной резьбовой втулки, а также снабжен нажимным элементом, установленным с возможностью осевого перемещения внутри цанги и контактирующим с ее конической поверхностью.

Сущность изобретения заключается в том, что посредством перемещения нажимного элемента изменяется диаметр раствора цанги, изменяется диаметр защемления компенсирующей мембраны и тем самым достигается идентичность по фазе и амплитуде выходных сигналов рабочего и компенсирующего пьезоэлементов. Предлагаемая конструкция позволяет повысить точность измерения путем уменьшения погрешности от воздействия виброускорений.

На чертеже показан предлагаемый датчик акустического давления.

Он содержит корпус 1 в виде стакана с тонкостенным дном, выполненным в виде мембраны 2, на которой жестко закреплен рабочий пьезоэлемент 3, и размещенный внутри стакана узел виброкомпенсации, выполненный в виде полого цилиндра 4 с компенсирующей мембраной 5, на которой жестко закреплен компенсирующий пьезоэлемент 6, внутри полого цилиндра 4 размещена цанга 7, поджатая к внутренней поверхности мембраны 5 резьбовой втулкой 8. Внутри цанги 7 установлен с возможностью осевого перемещения нажимной элемент 9. Цанга 7 зафиксирована от проворота штифтом 10. Для съема сигналов с пьезоэлемента служат токосъемники 11. Диаметр раствора цанги 7 в свободном состоянии должен быть меньше внутреннего диаметра корпуса 1, а следовательно, и рабочей мембраны 2 на величину Δ что необходимо для регулировки компенсирующего узла по изменению его частоты собственных колебаний в диапазоне, перекрывающем частоту собственных колебаний рабочего узла. Величину Δ выбирают в пределах 0,8-1,2 мм, что определено варьированием диаметра раствора цанги в процессе экспериментального изготовления и настройки макетных образцов датчиков акустического давления.

Датчик работает следующим образом.

При действии на приемную часть датчика измеряемого параметра воспринимающая мембрана 2 передает деформацию на рабочий пьезоэлемент 3. Под действием деформации в указанном пьезоэлементе возникают заряды, которые снимаются с электродов пьезоэлемента. При одновременном действии измеряемого параметра и вибрации сигнал, связанный с возникновением зарядов в рабочем пьезоэлементе 3 от вибрации, компенсируется электрическим встречным сигналом от вибрации, возникшей в компенсирующем пьезоэлементе 6, в связи с чем с выхода прибора на измерительную аппаратуру поступает сигнал, пропорциональный только величине измеряемого параметра.

Использование предлагаемой конструкции датчика акустического давления позволяет повысить точность измерения акустических давлений в условиях воздействия виброускорений, при этом снижается виброчувствительность датчика по сравнению с известными устройствами.

Формула изобретения

ДАТЧИК АКУСТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус в виде стакана с тонкостенным дном, выполненным в виде мембраны, на которой закреплен рабочий пьезоэлемент, и размещенный внутри стакана узел виброкомпенсации, выполненный в виде полого цилиндра с расположенной по торцу компенсирующей мембраной, на которой закреплен компенсирующий пьезоэлемент, отличающийся тем, что он снабжен размещенной в полом цилиндре цангой, поджатой к внутренней поверхности компенсирующей мембраны с помощью введенной резьбовой втулки, а также снабжен нажимным элементом, установленным с возможностью осевого перемещения внутри цанги и контактирующим с ее конической поверхностью.

РИСУНКИ

Рисунок 1