SU1746210A1 - Способ измерени деформаций в конструкци х - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности за счет увеличени  чувствительности . С помощью генератора 6 сигналов в секторе 4 пьезополимерной пленки 1, наклеенной на исследуемую конструкцию 3 через слой 2 диэлектрика, возбуждают механические колебани  за счет обратного пьезо- эффекта. Измен   частоту генератора 6, устанавливают резонансный режим этих колебаний . Нагружают исследуемую конструкцию 3, и о деформации конструкции суд т по разности фаз резонансных частот 2 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к методам измерений деформаций в машинных конструкциях.

Известен способ измерения напряжений в полимерных материалах, заключающийся в 5 том, что измеряют емкость конденсатора, связанного с исследуемым материалом, определяют его диэлектрическую проницаемость и по ней судят о механических напряжениях.

Однако диэлектрическая проницае- 10 мость материалов чувствительна не только к изменению напряжений в материалах, но . и релаксационным явлениям при старении полимерных материалов, окружающей температуры, а также других факторов, сове- 15 купность которых вводит погрешности а результат измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет увеличения чувствительности. 20

Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения напряжений, заключающемуся в том, что на конструкцию устанавливают датчик для измерения деформаций, связанный с. регистрирующей ”5 аппаратурой, производят нагружение конструкции и снимают сигнал с датчика. который выполняют в виде ленты -ез пьезополимерной пленки с металлическ.иии электродами. При этом датчик изолируют от 30 конструкции слоем диэлектрика, механический импеданс которого равен механическому импедансу пьезополимерной пленки, а модуль упругости выше модуля упругости этой же пленки. Одновременно с нагруже- 35 нием конструкции возбуждают резонансные колебания в пьезополимерной пленке по ее толщине. За сигнал, снимаемый с датчика, принимают разность фаз резонансных частот, по которому судят о деформации з 40 конструкции.

Сущность изобретения заключается в том, что под действием деформации изменяется не только емкость пьезопленки, но и частота ее механического резонанса. Под- 45 бор одинаковой величины механического импеданса позволяет образовать высокодобротную колебательную систему (пьезополимерная пленка ч слой диэлектрика). Меньшая по сравнению с исследуемой кон- 50 струкцией жесткость данной системы обеспечивает ее колебательное движение отдельно от исследуемой конструкции. Совокупность обоих свойств реализуется подбором свойств диэлетрика, вследствие чего 55 повышается чувствительность, а тем самым и точность измерения.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа: на фиг.2 - экспериментальная хзьтопыость изменения разности фаз от величину деформации.

= ройство, реализующее предлагае-пособ, содержит пленку 1 из поляричной и металлизированной с обеих сторон пьезополимерной пленки, которая через слой 2 диэлектрика связана с исследуконструкцией 3. При этом наружный металлизированный слой ленты разделен на дзь сектора (электрода) 4 и 5. К одному из них подключен выход управляемого генератора б он‘налов, который также связан с входом г.еового формирователя 7 импультход второго формирователя 8 импульсов соединен с другим электродом 5.

Выходы обоих формирователей соединен^ г глико;,. } сраниения фаз, выход котор-гс через последовательно соединенные ихтщгрутор К· о ио: ,олни^тольное устройство И ггтоан г упряв/иющим входом генери горл б.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью генератора 6 сигналов в секторе 4 пьезополимерной пленки 1. благодаря обратному пьезоэффекту, возбуждают механические колебания. Изменяя частоту генератора 6, устанавливают резонансный м этих колебаний, соответствующий резонансной частоте по толщине ленты. Колебательное движение посредством упругих волн передается и второму сектору 5, а токже и всему диэлектрическому слою 2. При этом в секторе 5, благодаря прямому пьезоэффекту, вырабатываются злектриче•:г,йб заряды. Фазовый угол между сигнагенератора 6 и электрода 5 в резонансе составляет 90°. Вследствие этого Формирователи 7 и 6 импульсов формируют ы разной полярности и одинаковой продолжительности, которые полностью slQM Γϊ енсируюгся в блоке 9 сравнения фаз, зследствие чего с интегратора 10 не поступает команда на изменение частоты возбуждения генератора б.

При изменении напряженного состояния исследуемой конструкции 3 диэлектрический слой 2 и пленка 1 деформируются, т.е. изменяется натяг пленки, образовавшейся вследствие ее соединения через диэлектрический слой 2, с. конструкцией 3. Это неизбежно приводит к изменению частоты резонанса, а тем самым и к изменению фазового угла сигналов от 90°. Направление изменения фазового угла отображается в блоке 9 сравнения фаз, а величина, на которую изменился фазовый угол - в сумматоре 10. При этом с сумматора поступает команда исполнительному устройству 11, которая через управляющий вход генерато1746210 pa 6 подстраивается колебательную систему (пьезополимерная пленка + слой диэлетрика) на резонанс. Измерение изменения фазового угла с учетом тарировочной характеристики позволяет оценить деформации в ! конструкции.

Способ позволяет с большой точностью определить изменение напряженного состояния исследуемой конструкции и отличается малой энергоемкостью и про- 1 стотой измерения. При этом пьезополимерные пленки не теряют своих упругих и электрических свойств при относительной деформации 15-20%, чем обусловлена возможность измерения деформацией со- 1 гласно предлагаемому способу примерно до такого уровня.

Предлагаемый способ может быть использован при исследовании процесса снятия остаточных напряжений путем 2 вибрационной обработки, так как в этом случае в конструкциях создаются деформации большой величины, а напряжения измеряются до и после виброобработки. Кроме того, способ может применяться в системах 2 тестовой диагностики конструкций, например в оценке технического состояния ответственных объектов при проведении их виброиспытаний.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ измерения деформаций в конструкциях, заключающийся в том, что на конструкцию устанавливают датчик для измерения деформаций, связанный с реги0 стрирующей аппаратурой, производят нагружение конструкции и снимают сигнал с датчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, датчик для измерений деформаций выполнен в виде ленты 5 из пьезополимерной пленки с металлическими электродами, которую изолируют от конструкции слоем диэлектрика, механический импеданс которого равен механическому импедансу пьезополимерной пленки, а модуль 0 упругости выше модуля упругости пьезополимерной пленки, одновременно с. нагружением конструкции возбуждают резонансные колебания в пьезополимерной пленке по ее толщине,, а за сигнал, снимаемый с датчика, 5 принимают разность фаз резонансных частот, по которому судят о деформациях в конструкции.