Датчик импульсных давлений

Полезная модель относится к области измерительной техники и предназначена для измерения импульсных давлений длительностью от 0,1 до нескольких десятков микросекунд. Датчик импульсных давлений содержит пьезоэлемент и примыкающий к нему акустический отвод, выполненные из материалов с близкой акустической жесткостью. На рабочей поверхности пьезоэлемента нанесен сплошной наружный электрод, а на противоположной поверхности - по крайней мере, два разделенные зазором электрода с образованием отдельных пьезочувствительных зон. Акустический отвод выполнен из диэлектрика с токовыводами для подключения пьезочувствительных зон к выводам датчика. Технический результат: возможность организации нескольких пьезочувствительных зон в одной конструкции датчика, в результате чего достигается оптимальное использование объема экспериментальной сборки, отведенного для выполнения измерений, при обеспечении максимально возможной чувствительности каждой пьезочувствительной зоны.

Полезная модель относится к области измерительной техники и предназначена для измерения импульсных давлений длительностью от 0,1 до нескольких десятков микросекунд.

Особенностью взрывных экспериментов является разрушение, при их проведении, дорогостоящих экспериментальных сборок и датчиков. В связи с этим актуальной является задача увеличения надежности и достоверности проводимых измерений. Это может быть достигнуто, например, за счет использования нескольких датчиков, дублирующих друг друга. Однако при малых размерах экспериментальной сборки уменьшение размеров датчиков приводит к увеличению сложности их изготовления, уменьшению чувствительности и усложнению их размещения в ограниченном объеме экспериментальной сборки.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является датчик импульсных давлений /Авторское свидетельство СССР 1756784А1, МПК G01L 23/10, 9/08 "Датчик импульсных давлений", опубликовано 23.08.92 в бюл. 31/, содержащий чувствительный пьезоэлектрический элемент с двумя симметричными электродами на противоположных гранях и волноводный акустический стержень из металла с акустической жесткостью, согласованной с пьезоэлементом.

Недостатком этого датчика является наличие у него только одной пьезочувствительной зоны, что уменьшает надежность и информативность выполняемых с его помощью измерений.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в увеличении надежности и информативности выполняемых измерений.

Технический результат, полученный при осуществлении полезной модели, заключается в возможности организации нескольких пьезочувствительных зон в одной конструкции датчика, в результате чего достигается оптимальное использование объема экспериментальной сборки, отведенного для выполнения измерений, при обеспечении максимально возможной чувствительности каждой пьезочувствительной зоны.

Указанный технический результат достигается тем, что в, датчике импульсных давлений, содержащем пьезоэлемент с электродами, наружный из которых выполнен сплошным, и акустический отвод с близкой к пьезоэлементу акустической жесткостью, новым является то, что на поверхности пьезоэлемента, примыкающей к акустическому отводу, выполнены, по крайней мере, два электрода с образованием отдельных пьезочувствительных зон, а акустический отвод выполнен из диэлектрика с токовыводами для подключения пьезочувствительных зон к выводам датчика.

Причинно-следственная связь между заявленной совокупностью признаков и достигаемым техническим результатом поясняется следующим образом. После поляризации пьезокерамического элемента с указанным расположением электродов в нем образуются несколько пьезочувствительных зон. Выполнение акустического отвода из диэлектрика позволяет наносить на его поверхность электрически независимые токовыводы и снимать выделяющиеся при работе датчика электрические заряды отдельно для каждой пьезочувствительной зоны.

При использовании в процессе измерений для повышения надежности и информативности нескольких датчиков, часть отводимого для измерений объема занимают зазоры между датчиками, стенки их корпусов и изоляторов. Размещение в том же объеме одного датчика с пьезоэлементом, в котором образованы несколько пьезочувствительных зон, позволяет использовать весь отведенный для измерений объем. А так как чувствительность датчика пропорциональна объему пьезочувствительной зоны, то, соответственно, если в датчике будет образовано столько же пьезочувствительных зон, сколько до этого размещалось отдельных датчиков, то чувствительность каждой зоны будет больше, чем у каждого из датчиков.

На фиг.1 представлена конструктивная схема заявляемого датчика импульсных давлений в разрезе. На фиг.2 показан пьезоэлемент. На фиг.3 показан акустический отвод.

Датчик импульсных давлений содержит пьезоэлемент (1) в виде диска и акустический отвод (2) в виде цилиндра, выполненные из пьезокерамики. На рабочей поверхности пьезоэлемента (1) нанесен сплошной наружный электрод (3), а на противоположной поверхности - два разделенные зазором электрода (4), примыкающие к торцу акустического отвода (2). На акустическом отводе (2) нанесены два токовывода (5), начинающиеся на торце, соприкасающемся с пьезоэлементом (1), далее проходящие по боковой поверхности и оканчивающиеся на его противоположном торце, и соединенные с контактами (7), через которые осуществляется связь со входами измерительных линий. Пьезоэлемент (1) склеен с торцом акустического отвода (2) таким образом, чтобы каждый из токовыводов (5) соприкасался с одним из электродов (4) пьезоэлемента (1). Пьезоэлемент (1) с акустическим отводом (2) расположены внутри металлического корпуса (6), при этом наружный электрод (3) пьезоэлемента электрически связан с корпусом (6) датчика. Между боковыми поверхностями акустического отвода (2), пьезоэлемента (1) и внутренней поверхностью корпуса (6) расположен цилиндрический капролоновый изолятор (8).

Датчик импульсных давлений работает следующим образом. Волна импульсного давления входит в пьезоэлемент (1) и сжимает его, что вызывает выделение на электродах (3,4) пьезоэлемента электрических зарядов, перетекающих по корпусу (6), токовыводам (5) и контактам (7) на входы измерительных линий и затем на входы осциллографов. Волна давления проходит через пьезоэлемент (1) и далее движется вдоль акустического отвода (2), сжимая его в течение всего времени измерения. Поскольку акустический отвод и пьезоэлемент выполнены из одного материала, отражения волны давления от торца акустического отвода не происходит, и давление в пьезоэлементе определяется только исследуемым процессом.

Датчик импульсных давлений, содержащий пьезоэлемент с электродами, наружный из которых выполнен сплошным, и акустический отвод с близкой к пьезоэлементу акустической жесткостью, отличающийся тем, что на поверхности пьезоэлемента, примыкающей к акустическому отводу, выполнены, по крайней мере, два электрода с образованием отдельных пьезочувствительных зон, а акустический отвод выполнен из диэлектрика с токовыводами для подключения пьезочувствительных зон к выводам датчика.