RO107323B1 - Receptor de câmp newtonian, pulsator, cu frecvență constanta - Google Patents

Abstract

Receptorul de câmp newtonian, pulsator, cu frecvență constantă, în scopul detectării și măsurării variațiilor periodice ale intensității câmpului newtonian, este alcătuit dintr-o placă de bază (1), pe care este montată o clemă de susținere (A), a unui rezonator mecanic (B), alcătuit dintr-o bară metalică, elastică (3), pe care este fixat, prin înfiletarea blocată de o piuliță fluture (4), un traductor piezoelectric (C), de percepere și măsurare a parametrilor vibrațiilor transversale, alcătuit dintr-o bucșă centrală (9), prevăzută cu un umăr de susținere (e), pe care este rigidizat, de o piuliță inelară, un element piezoelectric, în formă de bucșă (11), pe care este asamblată, tară joc, o masă seismică (1). In clema de susținere (A), se fixează reglabil bara elastică (3), care, prin alegerea lungimii active, permite acordarea aparatului pe o frecvență de lucru prestabilită.

Description

Invenția se referă la un receptor de detecție și măsurare a variațiilor periodice cu frecvență constantă, ale instensității forței newtoniene, generate de un câmp, care variază, în planul de percepere, perpendicular pe axa de simetrie a aparatului.

Sunt cunoscute receptoare de detecție și măsurare a forțelor newtoniene, echipate cu perechi de rezonare mecanice, cu frecvență constantă, alcătuite din mase seismice rigidizate la extremitățile unor lame elastice, care străpung transverasal un arbore antrenat cu o viteză de rotire, a cărei perioadă este egală cu perioada frecvenței proprii de rezonanță a rezonatoarelor mecanice, care măsoară intensitatea forței unui câmp newtonian, indus de o masă de probă, amplasată în planul de rotire al rezonatorilor. Prin detecția piezoelectrică a curbării lamei elastice, în sensuri inverse - și care receptoare pot percepe și măsura static (adică fără rotirea arborelui central) câmpuri newtoniene, pulsatorii, ale căror frecvențe constante sunt egale cu frecvența proprie de rezonanță a rezonatorilor mecanici, prin curbarea, de asemenea, în sensuri inverse a lamelei elastice, efectuată de acțiunea inductivă ritmică (la rezonanță) a câmpului newtonian pulsator, asupra maselor seismice.

Dezavantajul acetstor receptoare este că detectează numai câmpuri newtoniene, pulsatorii, cu o singură frecvență egală cu frecvența proprie de rezonanță a rezonatorilor mecanici.

Receptorul de câmp, conform invenției, înlătură dezavantajul menționat prin aceea că este alcătuit dintr-o placă de bază, pe care este montată o clemă de susținere a unui rezonator mecanic, alcătuit dintr-o bară elastică și un detector de vibrații transversale, realizat dintr-un traductor piezoelectric, peste care este presată o masă inerțială, lungimea activă a barei elastice fiind reglabilă în clema de susținere.

Receptorul prezentat în invenție are avantajul detectării unei game lărgite de impulsuri ale câmpului newtonian, vibrator.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, cu referire la fig. 1... 3, care reprezintă:

- fig.l, vedere laterală a unei secțiuni longitudinale, a receptorului de câmp newtonian, pulsator;

- fig.2, secțiune transversală, parțială, prin același receptor, după planul I-I din fig. 1;

- fig.3, secțiune transversală prin același receptor, după planul II-II din fig.l.

Receptorul de câmp newtonian, pulsator, cu frecvență constantă, este alcătuit dintr-o placă de bază 1, pe care, cu ajutorul unor buloane de montaj 2, este rigidizată o clemă de susținere A, a unui rezonator mecanic B. Rezonatorul mecanic, la rândul său, este alcătuit dintr-o bară metalică, elastică 3, ce are la un capăt un tronson cu un fir fin a pe care, fixat de o piuliță fluture 4, este înșurubat un traductor piezoelectric C, de detectare a vibrațiilor transversale, a cărui masă totoală are rolul de masă receptoare a rezonatorului mecanic B.

Clema de susținere A este alcătuită dintr-un suport rigid 5, prevăzut cu două urechi laterale b între care, cu ajutorul unui bulon de articulare 6 este susținută oscilant o pârghie de poziționare 7 cu rolul de a fixa mai sus sau mai jos, după necesitate, rezonatorul mecanic B, în raport cu clema de susținere A, prin strângerea barei elastice 3, între suportul rigid 5 și pârgia de poziționare 7, cu ajutorul unui șurub de strângere 8, înșurubat într-un alezaj filetat c, practicat în suportul rigid 5.

Traductorul piezoelectric de detecție a vibrațiilor transversale C este alcătuit dintr-o bucșă centrală 9, prevăzută la interior cu un filet conjugat cu filetul fin a al barei elastice 3 și la exterior cu un tronson rectificat cu secțiune circulară d, terminat la partea de jos cu un umăr de susținere e și la partea de sus cu un segment filetat f pe care, cu ajutorul unei piulițe inelare 10, este montat un element piezoelectric 11, în formă de bucșă, montată, fără joc, pe segmentul cu secținue circulară d, a bucșei centrale 9.

Pe elementul piezoelectric 11, este ușor presată o masă seismică 12, rigidizată axial între un prag inelar g, al masei seismice 12 și o piuliță cu umăr 13, înșurubată într-un filet conjugat h, al masei seismice 12.

Rolul masei seismice 12 este de a impulsiona, inerțial pulsatoriu, elementul piezoelectric, în formă de bucșă 11, pentru producerea semnalului piezoelectric, detectat de traductorul de vibrații transversale C, care vibrează, impulsionat de impulsurile perturbatorii, cu frecvență constantă, induse de câmp newtonian variabil - adică de diferențele de forțe newtoniene, din planul perpendicular pe axa geometrică (nepoziționată) a barei elastice 3.

Pentru a asigura eliminarea, în totoalitate, a influențelor unor semnale parazite axiale - ca acela a accelerației radiale, ce se exercită asupra traductoruiui de vibrații transversale C, consecință a rotirii lui cu un mic unghi (nepoziționat), în raport cu punctul de fixare în clema de susținere A, elementul piezoelectric, în formă de bucșă 11 este polarizat radial, astfel ca, de exemplu, sarcina pozitivă a bucșei piezoelectrice 11 să fie pe fața interioară i, dinspre bucșa centrală 9, iar sarcina negativă să fie pe fața exterioară f, a elementului piezoelectric 11, dinspre masa seismică 12.

Semnalul electric generat de traductorul piezoelectric de vibrații transversale C este transmis la aparate cunoscute de măsurare, înregistrare, vizualizare ori prelucrare (nepoziționate), printr-un cablu ecranat D, care pătrunde în receptor printr-un locaș etanșat k (de exemplu cu rășină epoxidică).

Cablul ecranat D are ecranul exterior 14 conectat printr-un șurub de contact 15 la placa de bază 1, iar firul central 16 legat electric, de exemplu, printr-o banană de contact 17, la masa inerțială 12, a traductoruiui piezoelectric C.

Protecția transmiterii semnalului electric, generat de traductorul piezoelectric de percepere a vibrațiilor transversale C, de influențe hertziene, este asigurată cu un clopot metalic 18, etanșat cu o garnitură inelară plată 19, strânsă cu niște buloane 20 pe placa de bază 1, clopotul 18 împreună cu placa 20, alcătuind o cușcă Faraday, în interiorul căruia este rezonatorul mecanic B.

Domeniul gamelor de frecvențe ce trebuie detectate se determină la proiectare, prin dimensionarea corespunzăotare a masei totoale a traductoruiui piezoelectric, de vibrații transversale C, a cotelor și a constantei elastice, a barei elastice 3.

Reglajul grosier al frecvenței proprii de rezonanță a rezonatorului mecanic B se obține, prin ridicarea, respectiv, coborârea barei metalice elastice 3 - și respectiv a rezonatorului mecanic B - în clema de susținere A.

Reglarea fină se obține prin înșurubarea, respectiv deșurubarea traductoruiui de vibrații C, în filetul fin a, al barei metalice 3.

Acordarea frecvenței proprii de vibrații a rezonatorului mecanic B, cu frecvența pulsațiilor câmpului newtonian, se constată prin dispariția fenomenului de bătăi cu un aparat de vizualizare, eventual cu un osciloscop, a semnalului piezoelectric, detectat și respectiv prin apariția unui curent sinusoidal, lipsit, în totalitate, de noduri și ventre generate de armonice cu frecvențe valoric apropiate.

Ecuația lui Lagrange, de aproximare a vibrațiilor rezonatorului mecanic este:

mq + hq + k = P sin ω t (1) în care:

m - este masa totală a traductoruiui de vibrații C;

q - este accelerația momentană a aceluiași traductor C;

h - este factorul de proporționalitate al rezistenței amortizării;

q - este viteza momentană a traductoruiui;

k - este constanta elastică a barei metalice 3;

q - este deplasarea momentană, a traductoruiui C;

P - este valoarea maximă a forței perturbatoare a câmpului newtonian;

ω - este frecvența de pulsare a câmpului newtonian.

Substituind:

h/m = 2n; P/m =Q și k/m = p² (unde p este frecvența proprie de rezonanță a rezonatorului mecanic B) se obține ecuația 1:

q + 2nq + p²q = Q sin ω t (2) a cărei soluție momentată q(t), în cazul în care, în faza inițială, când rezonatorul mecanic B staționează (adică nu are nici o mișcare vibratorie inițială), este q(t)=P/k[l-(<d^{1 2}/p²)²+4n²/p².w 2/p²]^1/2.sinwt (3) care ecuația 3, în cazul în care frecvența câmpului newtonian pulsator ω este egală cu frecvența proprie de rezonanță p, a rezonatorului mecanic B, devine:

q(t) = P/k.p . sin ω t (4) de unde rezultă valoarea amplitudinii maxime A + q™,^, a vibrației detectată cu traductorul piezoelectric C induse de perturbațiile cu frecvență constantă ω , ale câmpului newtonian de detectat A = q_mnY = P/k.p și care amplitudine q_max este direct proporțională cu variația maximă de intensitate a forței perturbatoare a câmpului mewtonian, de măsurat.

Claims (2)

1. Receptor de câmp newtonian, pulsator, cu frecvență constantă, caracterizat prin aceea că este alcătuit dintr-o placă de bază (1), pe care este fixată o clemă de susținere (A ) a unui rezonator mecanic (B), format dintr-o bară metalică, elastică (3), ce are la un capăt un tronson cu filet fin (a), pe care este poziționat, cu rotirea calată de o piuliță cu fluture (4), un traductor piezoelectric, de percepere a vibrațiilor transversale (C), alcătuit dintr-o bucșă centrală (9), prevăzută la interior cu un filet fin (a), conjugat cu filetul fin (a), al barei elastice (3) și, la exterior, cu un umăr de susținere (e), pe care presat de o piuliță inelară (10), un element piezoelectric în formă de bucșă (11), pe care este fixată o masă seismică (12), ale căror impulsuri inerțiale generează semnalul electric detectat, transmis unor aparate de măsură cunoscute (nedesenate și nepoziționate) printr-un cablu ecranat (D).

2. Receptor de câmp, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în scopul reglării grosiere a frecvenței de detecție a câmpului pulsator, clema de susținere (A) este formată dintr-un suport rigid (5), prevăzut cu două urechi de articulare (b) între care, cu un bulon de montaj (6) este asamblată o pârghie de poziționare (7), strânsă de un șurub de fixare (8), care permite reglarea lungimii active, a barei elastice (3).