DD144482A1

DD144482A1 - PIEZOELECTRIC ACCELERATION CUSTOMER

Info

Publication number: DD144482A1
Application number: DD21432179A
Authority: DD
Inventors: Guenther Steimann
Original assignee: Guenther Steimann
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1979-07-13
Publication date: 1980-10-15
Also published as: DK292180A; DE3019551A1

Description

214 3 21-1-214 3 21-1-

Piezoelektrischer BeschleunigungsaufnehmerPiezoelectric accelerometer

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer, dessen Piezoelemente auf Scherung beansprucht v/erden und der einen geringen Einfluß von Temperaturänderungen auf das Meßergebnis aufweist.The invention relates to a piezoelectric accelerometer, the piezo elements claimed on shear v / earth and having a small influence of temperature changes on the measurement result.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es sind verschiedene Arten von piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmern mit durchweg metallischen Träger für die Piezoelemente bekannt.Various types of piezoelectric accelerometers with all-metal carriers for the piezoelectric elements are known.

In dem DD-AP 89031 ist ein piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer beschrieben, bei dem der Grundkörper mit zwei planparallelen Flächen versehen ist. An diesen Flächen sind die Piezoelemente mit den zugehörigen seismischen Massen mittels Spannbolzen angepreßt. Der Träger für die Piezoelemente ist hierbei durch die Ausnehmungen, welche die planparallelen Flächen begrenzen, aus dem Grundkörper herausgearbeitet und bildet mit ihm ein Teil. In der DE-OS 27 12 "359 ist ein Beschleunigungsaufnehmer dargestellt, bei dem der Grundkörper einen Schlitz, aufweist. In diesem Schlitz ist als Träger für die Piezoelemente mit dem seismischen Masseh ein Zapfen eingepaßt,In the DD-AP 89031 a piezoelectric accelerometer is described, in which the base body is provided with two plane-parallel surfaces. At these surfaces, the piezo elements are pressed with the associated seismic masses by means of clamping bolts. The carrier for the piezoelectric elements is hereby worked out of the main body by the recesses which bound the plane-parallel surfaces and forms a part with it. An acceleration sensor is shown in DE-OS 27 12 "359, in which the base body has a slot, in which slot a journal is fitted as carrier for the piezoelements with the seismic mass.

der so gestaltet ist, daß beim Zusammenbau mit dem Gehäuse eine formschlüssige Verbindung entsteht, nachteilig ist bei allen Beschleunigungsaufnehmern mit metallischem Träger, daß sich durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der technologisch verwendbaren Metalle und der Piezokeramik bei Temperaturänderungen Störspannungen ergeben, die einer nicht vorhandenen Beschleunigung entsprechen..which is designed so that when assembling with the housing a positive connection is formed, is disadvantageous in all accelerometers with metallic carrier that arise due to the different thermal expansion coefficients of the technologically usable metals and the piezoceramic temperature changes noise voltages that correspond to a non-existent acceleration. ,

Ziel der Erfindung .Object of the invention.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen piezoelektrischen Beschieunigungsaufnehmer zu entwickeln, bei dem die Störspannung durch Temperaturänderung (pyroelektric sensitivity) wesentlich reduziert wird.The object of the invention is to develop a piezoelectric Beschieunigungsaufnehmer in which the noise voltage is significantly reduced by temperature change (pyroelectric sensitivity).

Darstellung des Wesens der ErfindungPresentation of the essence of the invention

Bei Beschleunigungsaufnehmern in Scheranregung entsteht der Hauptteil der Störspannung durch Temperaturänderung dadurch, daß mechanische Spannungen, die durch unterschiedliche Wärme aus dehnung des Systenrcrägers, der seismischen Massen, der Piezoelemente und der Spannelemente entstehen, bei vorhandener Restinhomogenität der Piezokeramik zu einer elektrischen Störspannung führen. Aufgabe der Erfindung ist es, einen piezoelektrischen Beschleunigungsäufnehmer mit keramischen Träger zu schaffen, bei dem durch gleichen oder ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischenträger und Piezoelement das angestrebte Ziel erreicht wird.When accelerometers in shear excitation of the main part of the noise voltage caused by temperature change in that mechanical stresses caused by different heat from stretching of the Systenrcrägers, the seismic masses, the piezoelectric elements and the clamping elements, lead in existing Restinhomogenität the piezoceramic to an electrical noise. The object of the invention is to provide a piezoelectric accelerometer with ceramic carrier, in which the desired goal is achieved by the same or similar coefficients of thermal expansion between the carrier and the piezoelectric element.

Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

toto

Der erfindungsgemäße piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer in Scheranregung besteht aus einer Basis mit einemThe inventive piezoelectric accelerometer in shear excitation consists of a base with a

eingesetzten Träger und einem oder mehreren Piezoelementen mit seismischen Massen, die durch entsprechende Mittel an den Träger befestigt sind. Die Verbindungen können dabei mechanisch über Spannbolzen oder Spannring oder unter Ausnutzung von Adhäsionskräften wie Löten, Kitten oder Kleben erfolgen.used carrier and one or more piezo elements with seismic masses which are secured by appropriate means to the carrier. The connections can be made mechanically via clamping bolts or clamping ring or by utilizing adhesion forces such as soldering, cementing or gluing.

Der Träger besteht dabei aus keramischen Material mit gleichem oder ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Piezoelemente. Dadurch ergeben sich bei Temperaturänderung nur geringe mechanische Spannungen an den Grenzflächen der Piezoelemente zum Träger und die Störspannung verringert sich wesentlich.The carrier consists of ceramic material with the same or similar thermal expansion coefficient as the piezo elements. This results in a change in temperature only low mechanical stresses at the interfaces of the piezo elements to the carrier and the interference voltage is reduced significantly.

In Ausgestaltung der Erfindung besteht der Träger aus dem gleichen Material wie die Piezoelemente. Dadurch wird erreicht, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient von Träger und Piezoelement gleich ist.In an embodiment of the invention, the carrier consists of the same material as the piezoelectric elements. This ensures that the thermal expansion coefficient of the carrier and the piezoelectric element is the same.

In Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Träger auf seiner Oberseite zwei Bondflächen. Die Piezoelemente weisen dabei ebenfalls an der Oberseite zwei Bondflächen auf, die jeweils mit den seitlichen Elektroden verbunden sind. Die Bondflächen dienen zur Aufnahme von Kontaktbrücken von den Piezoelementen zum Träger und der elektrischen Verbindungen von den Träger zu einer Anschlußbuchse.In an embodiment of the invention, the carrier has on its upper side two bonding surfaces. The piezoelectric elements also have two bonding surfaces on the upper side, which are each connected to the lateral electrodes. The bonding surfaces serve to receive contact bridges from the piezo elements to the carrier and the electrical connections from the carrier to a connection socket.

Der Aufbau ist dabei auch mit einseitigen, rotationssymmetrischen oder vieleckigen Träger möglich, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.The structure is possible with one-sided, rotationally symmetrical or polygonal support, without departing from the inventive concept.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel und anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is further illustrated by an embodiment and with reference to a drawing. Showing:

Pig. 1 den piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer Pig. 2 die Ansicht des TrägersPig. 1 the piezoelectric accelerometer Pig. 2 the view of the carrier

Pig. 3 die Ansicht eines PiezoelementesPig. 3 the view of a piezoelectric element

„. Λ „ «sj β "ψ %# M_n I.". Λ " " sj β "ψ % # M _n I.

Der in Fig. 1 gezeigte Beschleunigungsaufnehmer besteht aus der Basis 1, dem Träger 2, den Piezoelementen 3 und den seismischen Massen 4. Der Träger 2 besteht dabei aus dem gleichen Material wie die Piezoelemente 3· Die Basis 1 weist einen Schlitz 5 auf, in welchem der Träger 2 eingepaßt ist. Die Verbindungen zwischen der Basis 1, dem Träger 2, den Piezoelementen 3 und den seismischen Massen 4 erfolgen dabei durch einen temperaturbeständigen Kitt 6. Weiterhin befindet .sich in der Basis 1 noch eine Bohrung mit Gewinde 7 zum Befestigen des Beschieunigungsaufnehmers am Prüfling.The acceleration sensor shown in Fig. 1 consists of the base 1, the carrier 2, the piezoelectric elements 3 and the seismic masses 4. The carrier 2 consists of the same material as the piezoelectric elements 3 · The base 1 has a slot 5, in which the carrier 2 is fitted. The connections between the base 1, the carrier 2, the piezoelectric elements 3 and the seismic masses 4 are carried out by a temperature-resistant putty 6. Furthermore, there is still a bore with a thread 7 in the base 1 for fastening the Beschieunigungsaufnehmers on Prüfling.

Zum Schutz vor äußeren Einflüssen ist noch ein Gehäuse 8 vorgesehen.For protection against external influences, a housing 8 is still provided.

Der Träger 2 besitzt auf seiner Oberseite zwei Bondflächen 9.1 .; 9J2. die voneinander isoliert sind, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Piezoelemente 3 besitzen auf der Oberseite ebenfalls zwei Bondflächen 10.1 ; 10.2 und zwei seitliche Elektroden 11.1 ; 11.2 mit je einer Bondfläche 10.1 ; 10.2 verbunden, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Von den Bondflächen 9.1 ; 9.2 zu den Bondflächen 10.1;10.2 führen jeweils Kontaktbrücken 12.1 ; 12.2. Weiterhin dienen die Bondflächen 9.1 ; 9.2: noch zur Aufnahme der Verbindungen 13*1 > 13·2' zu einer Anschlußbuchse 14, die in der Basis 1 befestigt ist.The carrier 2 has on its upper side two bonding surfaces 9.1.; 9J2. which are isolated from each other, as shown in Fig. 2. The piezo elements 3 also have two bonding surfaces 10.1 on the upper side; 10.2 and two lateral electrodes 11.1; 11.2 each with a bonding surface 10.1; 10.2, as shown in FIG. Of the bonding surfaces 9.1; 9.2 to the bonding surfaces 10.1, 10.2 each contact bridges 12.1; 12.2. Furthermore, the bonding surfaces 9.1; 9.2: still to receive the connections 13 * 1> 13 * 2 'to a connector 14 which is fixed in the base 1.

Claims

-.- 5- 21 4321

invention claim

ί. Shear excitation piezoelectric accelerometer consisting of a base with an inserted carrier, one or more piezo elements and seismic masses, characterized in that the carrier (2) consists of ceramic material with the same or similar thermal expansion coefficient as the piezo elements (3).

2. Piezoelectric accelerometer according to item 1, characterized in that the carrier (2) consists of the same material as the piezoelectric elements (3).

Piezoe

Lektrischer accelerometer after

Item '1, characterized in that the support (2) has on its top two bonding surfaces (9 x 1' '9.2) and that the piezo elements (3) on the top two bonding surfaces (10.1, 10.2), with the lateral Electrodes (11.1, 11.2) are connected.

See drawings!