DE2047387A1

DE2047387A1 - Piezoelectric transducer/accelerometer

Info

Publication number: DE2047387A1
Application number: DE19702047387
Authority: DE
Inventors: Hans Werner. Wilhamsville NY Hugh (VStA) GOIl
Original assignee: Kistler Instrument Corp
Current assignee: Kistler Instrument Corp
Priority date: 1969-09-29
Filing date: 1970-09-25
Publication date: 1971-04-01

Abstract

The main housing includes a preamplifier based on a MOS field effect transistor. The sensitivity of the piezo-electric element may be adjusted either by an electrical device accessible thorugh a window in the casing provided with a sealing cap or by adding/removing weights to or from the seismic mass. The latter has a threaded hole into which weights of different lengths may be screwed and then fixed with epoxy resin.

Description

Piezoelektrischer Kraftwandler bzw. Bes¢hleunigungsmesser Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Kraftwandler mit ausgeschnittenem Gehäuse, so daß seine AnspAchempfindlichkeit nach praktisch vollständigem Zusammenbau ohne Beeinflussung oder Änderung eines Teils, welcher anderenfalls das Leistungsverhalten des Wandlers beeinflussen könnte, einstellbar ist. In bevorzugter Ausführungsform besitzt der Wandler die Form eines piezoelektrischen Besohleunigungsmessers, der unmittelbar im luftdicht gekapselten Wandler-Gehäuse einen Verstärker oder einen Impedanzwandler enthält, In der US-PS ...... (Serial No. 746 700) ist ein Quarzkristall-Wandler in Form eines Beschleunigungsmessers beschrieben, der unmittelbar in einem Gehäuse mit dem Quarskristall eine aktive elektrische Schaltung mit einem NOSFET bzw. einem Peldeffekt-Transistor mit isoliertem g-Pol enthält. Der Transistor wirkt mit seinen zugeordneten Bauteilen als Verstarker oder Impedanzwandler zur Verbindung des Wandlers huber ein herkömmliches Koaxialkabel mit einer außenlieenden Stromquelle und einer Pern-0berwaehungBeinri¢htungZ Die Erfindung bezieht sioh auf einen Kraftwandler derselben allgemeinen Art, welcher alle Vorteile der Vorrichtung gernfiß dem genannten Patent beibehält, jedoch zusätzlich eine einfache und schnelle Einstellung bzw. Justierung des Wand-@er-Aungangs während der l.ndmontage vorsieht, so daß durch die elektrischen &usgangssignale die angelegte Kraft genauer wiedergegeben werden kann. Piezoelectric force transducer or accelerometer The invention relates to a piezoelectric force transducer with a cut-out housing so that its sensitivity to response after practically complete assembly without any influence or changing any part that would otherwise improve the performance of the converter could affect is adjustable. In a preferred embodiment, the Transducer takes the form of a piezoelectric accelerometer that works directly an amplifier or an impedance converter in the hermetically sealed converter housing In US-PS ...... (Serial No. 746 700) is a quartz crystal transducer in the form of an accelerometer described directly in a housing with the quartz crystal an active electrical circuit with a NOSFET or a Contains pelde effect transistor with isolated g-pole. The transistor works with his associated components as amplifiers or impedance converters for connecting the converter huber uses a conventional coaxial cable with an external power source and a Pern-OberwaehungBeinri ¢ htungZ The invention relates to a force converter of the same general kind, showing all the advantages of the device according to the aforesaid Patent retained, but also a simple and quick adjustment or Adjustment of the wall output during the final assembly so that through the electrical & output signals the applied force can be reproduced more precisely can.

Beim erfindungsgemäßen Kraftwandler ist eine Quarzkristall-Einheit in einem luftdicht gekapselten Mantel bzw. Gehäuse montiert, die ein oder mehrere piezoelektrische Quarzkristalle aufweist, welche mittels einer vorbelasteten Vorspannhltlse zwischen einer seismisehen Masse und einem Sockel zusammengepreßt sind. Die von den piezoelektrischen Kristallen erzeugte Spannung wird ueber eine kurze Zuleitung an den Eingang einer im Gehäuse vorgesehenen elektronischen Sohaltung angelegt, die einen aktiven Stromkreis mit einem Feldeffekt-Transistor mit isoliertem g-Pol und einen Fläghentransistor aufweist, welche als Verstärker bzw. Impedanzwandler fUr diese Spannung wirken.The force transducer according to the invention is a quartz crystal unit mounted in an airtight casing or housing, the one or more has piezoelectric quartz crystals, which by means of a preloaded preload are compressed between a seismic mass and a base. The from The voltage generated by the piezoelectric crystals is transmitted via a short lead applied to the input of an electronic holding device provided in the housing, which has an active circuit with a field effect transistor with an isolated g-pole and a flag transistor, which acts as an amplifier or impedance converter act for this tension.

BekKnntlioh können während des Zusammenbaus kleine Änderungen der Vorbelastung, geringe Mißausrichtungen oder Fehlanpassungen von Teilen, Temperaturspannungen infolge von beim Zusammenbau durchgeführten Schweiß- oder Lötarbeiten sowie Drift der elektronischen Bauteile die Ausgangsleistung oder die Ansprechempfindlichkeit eines Wandlers verandern, so daß diese von den gewünschten Werten abweichen.BekKnntlioh can make small changes to the Preloading, minor misalignments or mismatches of parts, temperature stresses as a result of welding or soldering work carried out during assembly, as well as drift of the electronic components, the output power or the responsiveness of a converter so that they deviate from the desired values.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten piezoelektrisohen Kraftwandlers, insbesondere eines verbesseren piezoelektrischen Beschleunigungsmessers, dessen Ansprechempfindlichkeit auch noch nach Beendigung der Montage seiner wesentlichsten Bauteile leicht einstellbar ist.The object of the invention is to create an improved piezoelectric sensor Force transducer, particularly an improved piezoelectric accelerometer, its sensitivity even after completion of the assembly of its most essential Components is easily adjustable.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird in einem Innenteil des Gehäufles ein Aussohnitt bzw. Fenster vorgesehen, durch welches die elektronischen Bauteile der Schaltung sowie die Größe der seismischen Masse bei der Endmontage durch einfache Betätigung mittels eines Schraubenziehers geändert werden können, um das gewunsohte Ansprechverhalten des Wandlers zu gewährleisten. Das das Fenster aufweisende ausgeschnittene Gehäuse wird anschließend durch eine Kappe abgedeckt, die zu in einem der letzten Zusammenbauschritte bei der Herstellung des Wandlers mit den restlichen Gehäuse verschweißt wird.To solve this problem, a Ausohnitt or window provided through which the electronic components of the Circuit as well as the Size of the seismic mass during final assembly can be changed by simply actuating a screwdriver, to ensure the usual response of the converter. That the window having cut-out housing is then covered by a cap, the to be used in one of the final assembly steps in the manufacture of the transducer is welded to the rest of the housing.

Morsugsweise ist die di. Pona eines Wolframblocks besitzende seismische Masse mit einer Gewindebohrung zur Aufnahme von Wolfram-Schrauben verschiedener Länge versehen, wodurch die Größe der seismisohen Masse und damit ebenfalls die gewUnechten Ansprechempfindliohkeit einstellbar ist. Die einstilokig mit dem Wandler-Gehäuse ausgebildete, die elektronischen Bauteile aufnehmende Kammer ermöglich eine PrK-fung des Wandlers und eine Einstellung seiner Ansprechempfindlichkeit, ohne daß irgend ein Teil des Wandlers verändert zu werden braucht, welcher das Wandler-Leistungsverhalten beeinflussen könnte. Der endgültige anschluß der elektronischen Bauteile und des Quarzelements bzw. der Quarzelemente erfolgt zweckmäßigerweise mit möglichst kurzen Drahten und Zuleitungen, um Kapazitätsänderungen und Schwankungen der lnspreohempfindlichkeit infolge von DrZhtbewegungen zu verhindern. Speziell ist eine getrennte Kappe vorgesehen, die Über den Fensterteil des Gehäuses aufgesetzt ist und in welche die Elektronik-Bauteile mittels Punktschweißungen der Signal- und Masse-Anschlüsse eingebaut sind. Die Zentrierung der Quarzplatten kann dadurch erfolgen, daß sie mit einer Mittenbohrung versehen werden und eine kleine, dadurch Punktschweißen an einem Gegenstück befestigte Netallscheibe in die Wandler-Einheit eingesetzt wird, wodurchdie Notwendigkeit fUr die Anordnung isolierter Abstandstücke zum Zentrieren der Kristalle in Fortfall kommt.Morse is the di. Seismic pona of a block of tungsten Ground with a threaded hole to accommodate various tungsten screws Length provided, whereby the size of the seismic mass and thus also the The desired response sensitivity is adjustable. The one-styled with the converter housing trained chamber accommodating the electronic components enables a test of the transducer and an adjustment of its sensitivity without any a part of the converter needs to be changed, which is the converter performance could affect. The final connection of the electronic components and the The quartz element or the quartz elements are expediently made with the shortest possible Wires and supply lines, changes in capacitance and fluctuations in the sensitivity to speech as a result of twisting movements. A separate cap is specifically provided, which is placed over the window part of the housing and into which the electronic components are installed by means of spot welding of the signal and ground connections. The centering the quartz plates can be made by providing them with a center hole and a small netall disc that is therefore spot welded to a counterpart is inserted into the transducer unit, eliminating the need for the arrangement isolated spacers for centering the crystals are eliminated.

Besondere Merkmale des erfindungsgemäßen Quarzkristall-Kraftwandlers, insbesondere Quarzkristall-Beschleunigungs messers, bestehen also darin, daß er ein ausgeschnittenes Gehäuse und gegebenenfalls einz mit Gewinde versehene seismische Masse zur Ermöglichung einer Justierung der Wandler-Bauteile unmittelbar vor der Endmontage aufweist, daß in ein und demselben luftdicht gekapselten Gehäuse eine elektronische Schaltung mit einem oder mehreren aktiven Elementen angeordnet ist0 Der erfindungsgemäße piezoelektrische Kraftwandler eignet sich insbesondere zum Anschluß an eine außenliegende Stromquelle und eine Fern-berwachungseinrichtung mittels eines Koaxialkabels0 Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise im lotrechten Schnitt dargestellte Ansicht eines als piezoelektrischer Beschleunigungsinesser ausgeführten Kraftwandlers mit den Merkmalen der Erfindung, Fig. 2 einen lotrechten Schnitt durch das Wandler-Gehäuse gemäß Fig. 1, Figo 3 eine Aufsicht auf das Wandler-Gehäuse gemäß Fig 2, Fig. 4 einen Querschnitt durch die einen Teil des Wandlers gemäß Fig. 1 bildende seismische Masse, Fig. 5 eine Stirnseitenansicht der seismischen Masse gemäß Fig. 4, Fig. 6 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Gegenstücks mit Zentrier-Scheibe, welche einen Teil des Wandlers gemäß Fig0 1 bilden, Fig. 7 einen Schnitt durch die Gehäuse-ibschlußkappe des Wandlers gemäß Fig. 1, Fig. 8 ein Schaltbild der im Gehäuse des Wandlers gemäß Fig. 1 angeordneten elektronischen Schaltung, Fig. 9 eine Darstellung der Art und Weise, auf welche die Transistoren der Schaltung gemäß Fig. 8 geschaltet sind, und Fig. 10 eine Seitenansicht der Transistor-Anordnung und -Anschlüsse gemäß Fig. 9. Special features of the quartz crystal force transducer according to the invention, in particular quartz crystal accelerometer, so are that he a cut-out housing and, optionally, a single threaded seismic Mass to enable adjustment of the transducer components immediately before the Final assembly has that in one and the same airtight housing a electronic circuit is arranged with one or more active elements0 The piezoelectric force transducer according to the invention is particularly suitable for Connection to an external power source and a remote monitoring device by means of a coaxial cable. The following is a preferred embodiment the invention explained in more detail with reference to the drawings. 1 shows a partial A view of a piezoelectric acceleration device shown in vertical section executed force transducer with the features of the invention, Fig. 2 a vertical Section through the converter housing according to FIG. 1, FIG. 3 a plan view of the converter housing according to FIG. 2, FIG. 4 shows a cross section through the part of the transducer according to FIG. 1 forming seismic mass, FIG. 5 is an end view of the seismic mass according to Fig. 4, Fig. 6 is a partially sectioned view a counterpart with a centering disc, which is part of the transducer according to Fig0 1, FIG. 7 shows a section through the housing cap of the converter according to FIG Fig. 1, Fig. 8 is a circuit diagram of the arranged in the housing of the converter according to FIG electronic circuit, Fig. 9 is an illustration of the manner in which the transistors of the circuit according to FIG. 8 are connected, and FIG. 10 is a side view the transistor arrangement and connections according to FIG. 9.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines als Beschleunigungsmesser ausgeführten erfindungsgemäßen Kraftwandlers 10 weist ein in den Fig. 2 und 3 näher veranschaulichtes Gehäuse 12 auf, das bei 14 mittels Sohutzgas-Liohtbogenschweißung luftdicht mit einem Sockel 16 verbunden ist, der seinerseits mit einem Gewinde 18 zur Halterung an einem zweckmäßigen Träger, wie einem Rütteltisch o.dgl., versehen ist. Der Sockel 16 weist einen mit Außengewinde versehenen Ansatz 20 auf, der in den Boden einer piezoelektrischen Einneit 22 einecßchraubt ist. Am anderen Ende des Gehäuses 12 ist bei 24 durch Scutzga8-Lichtbogenuchweißung unter Herstellung einer luftdichten Abdichtung eine Gehäuse-Abschlußkappe 26 Def+,ti,,t, welche eine elektronische Schaltung 28 @msonließt und elektrisch mit einem Koaxialkabel-Anschluß 30 verbunden ist.The embodiment shown in Fig. 1 as an accelerometer executed force converter 10 according to the invention has a in Figs. 2 and 3 in more detail illustrated housing 12, which at 14 by means of Sohutzgas Liohtbogenschweißung is connected airtight to a base 16, which in turn has a thread 18 For mounting on a suitable carrier, such as a vibrating table or the like. Provided is. The base 16 has an externally threaded extension 20 which is shown in FIG the bottom of a piezoelectric unit 22 is screwed into place. On the other end of housing 12 is under fabrication at 24 by Scutzga8 arc welding an airtight seal a housing end cap 26 Def +, ti ,, t, which a 28 @ ms electronic circuitry and electrical with a coaxial cable connector 30 is connected.

Die piezoelektrische Einheit 22 weist einen mit Innengewinde versehenen, aus rostfreiem Stahl bestehenden Sockel 32 auf, der bei 34 und 36 durch zwei Reihen von auf Umfangsabstände voneinander verteilten Punktschweißungen am einen Ende einer aus rostfreiem Stahl bestehenden Vorspann-Htlse 38 befestigt ist. Das andere Ende der Hülse 38 weist einen verdickten Abschnitt 40 auf, der eine Innen-Schluter 42 festlegt, welche ihrerseits mit einer an einer seismischen Masse 46 vorgesehenen Schulter 44 zusammenwirkt und die Vórspann-HÜlse 38 mit der seismischen Masse 46 verbindet. Zwischon der vorzugsweise aus einem vergleichsweise harten Werkstoff, wie Wolfram, bestehenden seismischen Masse 46 und dem Sockel 32 der piezoelektrisohen Einheit 22 sind durch die Vorspann-Hülse 38 zwei aus rostfreiem Stahl bestehende Gegenplatten 48 und 50 sowie zwei I-Schnitt-Quarskristalle 52 und 54 verspannt, die durch eine zwischengefügte Platte.56 aus rostfreiem Stahl voneinander getrennt sind, die eine Elektrode für die beidqn Quarzkristalle 52 und 54 bildet. Mit dieser Elektrode ist ein Stift 58 verbunde, der von einer elektrisch isolierenden Hülse 60 aus Polytetrafluoräthylen umgeben und an der einen Seite mit einer Abflachung 62 versehen ist. An der Abflachung 62 des Stifts 58 ist eine elektrische Zuleitung in Form eines aus rostfreiem Stahl bestehenden Drahts 64 angelötet, der in Epoxyharz 66 eingebettet ist und zur elektrischen bzw. The piezoelectric unit 22 has an internally threaded, stainless steel base 32 on which at 34 and 36 by two rows of spot welds at one end of a stainless steel pre-stressing sleeve 38 is attached. The other end of the sleeve 38 has a thickened section 40, which has an inner neck 42 defines which, in turn, are provided with a seismic mass 46 Shoulder 44 cooperates and the pre-tensioning sleeve 38 with the seismic mass 46 connects. In between, which is preferably made of a comparatively hard material, such as tungsten, existing seismic mass 46 and the base 32 of the piezoelectric Unit 22 are two made of stainless steel through the preload sleeve 38 Counter plates 48 and 50 and two I-cut quartz crystals 52 and 54 clamped, which are separated from each other by an interposed plate. 56 made of stainless steel which forms an electrode for the two quartz crystals 52 and 54. With this Electrode is a pin 58 connected by an electrically insulating sleeve 60 made of polytetrafluoroethylene and on one side with a flat 62 is provided. At the flat 62 of the pin 58 is an electrical lead in the form of a stainless steel wire 64 soldered in epoxy resin 66 is embedded and for electrical resp.

elektronischen Schaltung 28 des Wandlers führt. Die anderen Seiten der Quarzkristalle sind über die Gegenplatten 48 und 50 elektrisch mit der aus rostfreiem Stahl bestehenden Vorspann-Hülse 38 und mit dem geerdeten Mantel des Wandlers verbunden, welcher den anderen Pol bzw. Abgriff für das elektrische Ausgangssignal von den Quarzkristalien 52 und 54 bildet.electronic circuit 28 of the converter leads. The other sides of the quartz crystals are electrically connected to the stainless steel via the counter plates 48 and 50 Steel pre-stressing sleeve 38 and connected to the earthed jacket of the transducer, which the other pole or tap for the electrical output signal from the Quartz crystals 52 and 54 form.

Der Koaxialkabel-Anschluß 30 weist einen vorzugsweise aus rostfreiem Stabil bestehenden äußeren Leiter 68 auf, der bei 70 mit einem Außengewinde zum Anschluß an ein her" kömmliches Koaxialkabel versehen ist. Die Nasseverbindung für die elektronische Schaltung 28 erfolgt an diesem Leiter über eine Zuleitung 72 und Punktschweißungen 74. Die elektronische Schaltung 28 besteht aus einem Flächen-Transistor 76, einem Widerstand 78 und einem MOSEE bzw. Feldeffektw Transistor 80 mit isoliertem g-Pol. Die von der elektronischen Schaltung 28 abgegebenen Signale werden über den Kopf 82 eines Stifts 84 abgenommen, der bei 134 (Fig. 10) am Gehäuse des Transistors 80 angelötet ist und den inneren Steck-Leiter des Koaxialkabel-Anschlusses 30 bildet. Der innere Leiter ist bei 86 durch eine Epoxy-Isolierung vom äußeren Leiter getrennt, während der Feldeffekt-Transistor 80 in einem elektrisch isolierenden Abstandring 88 und einer Epoxy-Isolierung 90 gehaltert ist. The coaxial cable connector 30 has a preferably stainless steel Stable existing outer conductor 68, which at 70 with an external thread for Connection to a conventional coaxial cable is provided. The wet connection for the electronic circuit 28 takes place on this conductor via a lead 72 and Spot welds 74. The electronic circuit 28 consists of a flat transistor 76, a resistor 78 and a MOSEE or field effect transistor 80 with an insulated g pole. The signals emitted by the electronic circuit 28 are transmitted via the Head 82 of a pin 84 removed at 134 (Fig. 10) on the housing of the transistor 80 is soldered and forms the inner plug-in conductor of the coaxial cable connection 30. The inner conductor is separated from the outer conductor at 86 by epoxy insulation, while the field effect transistor 80 in an electrically insulating spacer ring 88 and an epoxy insulation 90 is supported.

Gemäß den Fig. 2 und 3 besitzt das aus rostfreiem Stahl bestehende Gehäuse 12 vorzugsweise sechsekigen Querschnitt und läuft in runden Enden 92 und 94 aus, von denen das Ende 94 mit einer praktisch V-förmigen Querschnitt besitzenden Ringnut 96 und mit einer zentralen Bohrung 98 versehen ist. In dieses Ende ist koaxial zur kleineren Bohrung 98 eine größere Blindbohrung bzw. Ausnehmung 100 ein Stück weit in die Wand eingestochen, die teilweise von einem bogenförmigen, auswärts abstehenden Steg 102 umschlossen ist, welcher seinerseits an der einen Seite zur Festlegung eines Fensters 104 abgetragen ist. Schließlich ist durch das Ende 94 neben der zentralen Bohrung 98 eine größere, gegenüber der Gehäuseachse versetzt angeordnete Bohrung 106 eingestochen, die einem noch näher zu erläuternden Zweck dient.As shown in FIGS. 2 and 3, the stainless steel has Housing 12 is preferably hexagonal in cross-section and runs in round ends 92 and 94 from, of which the end 94 possesses a practically V-shaped cross-section Annular groove 96 and a central bore 98 is provided. This end is coaxial to the smaller bore 98 a larger blind bore or recess 100 one piece pierced far into the wall, some of which protruding outward from an arched one Web 102 is enclosed, which in turn on one side for fixing a window 104 is removed. Finally, through the end 94 is next to the central Bore 98 is a larger bore offset from the housing axis 106 pierced, which serves a purpose to be explained in more detail.

Gemäß den Fig 4 und 5 weist die aus Wolfram bestehende seismische Masse 46 einen die vorher erwähnte Schulter 44 festlegenden Abschnitt 108 kleineren Durchmessers auf, welcher an der Schulter 42 der aus rostfreiem Stahl bestehenden Vorspann-Hülse 38 (Fig. 1) anliegt. Die seismische Masse 46 weist außerdem eine zentrale Bohrung 110 zur Aufnahme der Isolier-HÜse 60 (Fig. 1) auf. Zusätzlich ist die seismische Masse 46 mit einer versetzt angeordneten durchgehenden Bohrung 112 versehen, welche mit einem Innengewinde 114 zur aufnahme einer mit Außengewinde versehenen Kompensier-Masse, vorzugsweise in Form einer aus Wolfram bestehenden Schraube 116 (Fig. 1), versehen ist. Die Schraube 116 wird bei dea Endmontage eingesetzt und ist mit einem Schlitz 118 zum Einfahren eines Schraubenziehers versehen, so daß sie ungefähr bis zur Mitte der Höhe der Wolfram-Masse 46 einschraubbar ist. Die Gewindegänge der Schraube 116 werden vorzugsweise zuerst mit Epoxyharz befeuchtet und dann in die Bohrung 112 eingeschraubt, so daß die Schraube nach dem ausharten des Epoxyharzes sicher in ihrer Lage festgehalten wird. Die Schraube 116 ermöglicht eine endgültige Einstellung der Ansprechempfindlichkeit des Beschleunigungsmessers; wenn eine kleinere KGmpensier-Masse benötigt wird, kann eine kürzere Schraube eingeschraubt werden, während im umgekehrten Fall eine etwas längere Schraube in die Bohrung 112 eingasehraubt werden kann, wie dies. in Fig. 1 durch die gestrichelten Linien bei 120 angedeutet ist. Ersichtlicherweise ermöglichen das Fenster 104 und die versetzte Bohrung 106 im Gehäuse 12 gemäß den Fig 2 und 3 einen Zugang zu der in der Wolfram-Masse vorgesehenen Bohrung 112, so daß die Schraube 116 in die seiemische Masse 46 eingeschraubt werden kanne Fig. 6 zeigt in vergrößertem Maßstab die Gegenplatte 50, an welcher bei 122 durch Punktschweißung eine aus rostfreiem Stahl bestehende Zentrier-Scheibe 124 befestigt ist,, welche im zusammengebauten Zustand der Anordnung gemäß Fig. 1 in eine im Quarzkristall 54 ausgebildete zentrale Bohrung hineinragt und letzteren in der Einheit zentriet, so daß keine isolieren ibstandstücke erforderlich sind. According to FIGS. 4 and 5, the seismic consisting of tungsten Mass 46 is a smaller section 108 defining the aforementioned shoulder 44 Diameter, which at the shoulder 42 of the stainless steel existing Pretensioning sleeve 38 (Fig. 1) is applied. The seismic mass 46 also has a central bore 110 for receiving the insulating sleeve 60 (Fig. 1). Additionally is the seismic mass 46 with an offset through bore 112 provided, which with an internal thread 114 for receiving an external thread provided compensation mass, preferably in the form of one made of tungsten Screw 116 (Fig. 1) is provided. The screw 116 is used in the final assembly and is provided with a slot 118 for inserting a screwdriver, see above that it can be screwed in approximately to the middle of the height of the tungsten mass 46. The threads of the screw 116 are preferably wetted with epoxy resin first and then screwed into the bore 112, so that the screw after hardening of the epoxy resin is securely held in place. The screw 116 enables a final adjustment of the accelerometer responsiveness; if a smaller compensation mass is required, a shorter screw can be screwed in while in the opposite case a slightly longer screw is inserted into the bore 112 can be robbed like this. in Fig. 1 by the dashed lines at 120 is indicated. As can be seen, the window 104 and the offset allow Bore 106 in the housing 12 according to FIGS. 2 and 3 provides access to that in the tungsten mass provided bore 112, so that the screw 116 is screwed into the seiemische mass 46 can be Fig. 6 shows the counter-plate on an enlarged scale 50, where at 122 spot welded a stainless steel Centering disc 124 is attached, which in the assembled state of the arrangement 1 protrudes into a central bore formed in the quartz crystal 54 and the latter centered in the unit so that no isolating stand pieces are required are.

Der andere piezoelektrische Quarzkristall 52 wird gemäß Fig. 1 durch die Isolier-Hülse 60 zentriert.The other piezoelectric quartz crystal 52 is shown in FIG the insulating sleeve 60 is centered.

Fig. 7 ist ein Schnitt durch die ebenfalls vorzugsweise aus rostfreiem Stahl bestehende Abschlußkappe 26 gemäß Fig. 1, welche, wie erwähnt, bei 24 am Gehäuse 12 angeschweißt ist. Durch eine bei 128 (Fig. 1) angedeutete, ringförmig gefÜhrte Lichtbogenschweißung ist am anderen Ende der Abschlußkappe 26 eine luftdichte Abdichtung gegenüber dem äußeren Leiter 68 des Koaxialkabel-Anschlusses 30 hergestellt. Die Abschlußkappe 26 ist bei 130 mit einer weiten Zentral-Bohrung versehen, welche den bogenförmigen Steg 102 des Gehäuses 12 aufnimmt und umgibt, und weist einen nach außen gekelchten, konischen Rand bzw. Flansch 132 auf, welcher am kreisförmigen Ende 94 des Gehäuses 12 anliegt. Wenn die Endkappe 26 auf das Ende des Wandlers 10 aufgesetzt und angeschweißt ist, bildet sie eine vollständige Abdeokung und Abdichtung des Fensters 104 und der Bohrung 106 des Gehäuses 12.Fig. 7 is a section through the also preferably made of stainless Existing steel end cap 26 according to FIG. 1, which, as mentioned, at 24 on the housing 12 is welded on. By an indicated at 128 (Fig. 1), ring-shaped Arc welding is an airtight seal at the other end of end cap 26 with respect to the outer conductor 68 of the coaxial cable connector 30 made. the End cap 26 is provided at 130 with a wide central bore which the arcuate web 102 of the housing 12 receives and surrounds, and has a on the outside flared, conical edge or flange 132, which on the circular End 94 of the housing 12 rests. When the end cap 26 is on the end of the transducer 10 is placed and welded, it forms a complete cover and seal the window 104 and the bore 106 of the housing 12.

Fig. 8 ist ein Schaltbild der zusammen Xit der piezoelektrischen Einheit 22 luftdicht in das Gehäuse 12 eingekapselten elektronischen Schaltung 28 gemäß Fig. 1. Diese Schaltung besteht, wie erwähnt, aus einem MOSFET bzw.Fig. 8 is a circuit diagram showing together Xit of the piezoelectric unit 22 according to an airtight encapsulation of the electronic circuit 28 in the housing 12 Fig. 1. As mentioned, this circuit consists of a MOSFET or

Feldeffekt-Transistor 80 mit isoliertem g-Pol und einem NPN-Flächen-Transistor 16 in Verbindung mit einem 2,2 k£L-Widerstand Eine Schaltung dieser Art ist beispielsweise im eingangs genannten Patent beschrieben und wirkt als Verstärker bzw. Impedanzwandler zur Anpassung der Ausgangstmpedanz der Quarskristalle an die Impedanz eines herkömmlichen Koaxialkabels. Diese Schaltung kann Über ein Kabel mit einer außenliegenden Stromquelle und einer Pern-Überwachungseinrichtung verbunden werden.Field effect transistor 80 with isolated g-pole and an NPN area transistor 16 in connection with a 2.2 k £ L resistor. A circuit of this type is for example in the described at the beginning of the patent and acts as an amplifier or impedance converter to match the output impedance of the quartz crystals to the impedance of a conventional one Coaxial cable. This circuit can be connected to an external power source via a cable and a pern monitoring device.

Bei der Fertigung wird der erfindungsgemäße Wandler 10 zunächst bis auf die Abschlußkappe 26 vollständig zusammengebaut, worauf er entsprechenden Prüfungen und Untersuohungen unterzogen werden kann. Infolge des Fensters 104 ist es einfach, die im Gehäuse 12 befindlichen elektrischen Bauteile zur Kompensation von etwaigen Mißausrichtungen' Spannzungen bzw. Belastungen und anderen Faktoren einzustellen bzw. zu Justrieren, welche das Ausgangssignal des Besohleunigungsmessers vom gewünschten Wert abweichen lassen können0 Ebenso kann zu diesem Zeitpunkt die Anspreohempfindlichkeit des Besohleunigungsmessers durch Einführung einer Wolfram-Schraube 116 durch die Bohrung 106 in die Bohrung 112 eingestellt werden, wobei diese Schraube angemessene Größe besitzt, um der seismischen Masse 46 soviel Masse hinzuzufügen, daß die gewünschte Änderung der Ansprechempfindlichkeit gewährleistet wird. Nachdem alle PrÜfungen und Einstellungen bzw. Justierungen durchgefillirt worden sind, wird die Abschlußkappe 26 über den Anschluß 30 und das Ende des Gehäuses 12 aufgeschoben und bei 24 und 128 (Fig. 1) durch Sohutzgas-Lichtbogenschweißung mit dem Gehäuse t2 verbunden, um die luftdichte Einkapelung sowohl der piezoelektrischen Einheit 22 als auch der elektronischen Schaltung 28 im Gehäuse zu vervollständigen, so daß die Bauteile des Wandlers 10 vollständig gegenüber Umwelteinflüssen geschützt sind. Mit Ausnahme der seismischen Masse 46 und der Schraube 116, die vorzugsweise aus Wolfram bestehen, bestehen die anderen metallenen Bauteile des Wandlers vorzugsweise aus rostfreiem Stahl.During manufacture, the converter 10 according to the invention is initially up to on the end cap 26 fully assembled, whereupon he appropriate tests and can be subjected to examinations. As a result of the window 104, it is easy to the electrical components located in the housing 12 to compensate for any Adjust misalignments, clamps or loads and other factors or to justify which is the output of the accelerometer from the desired Value can deviate0 The response sensitivity can also at this point in time of the accelerometer by inserting a tungsten screw 116 through the Bore 106 can be set in bore 112, this screw being adequate Has size to add enough mass to the seismic mass 46 that the desired Change in response sensitivity is guaranteed. After all tests and adjustments or adjustments have been made, the end cap 26 pushed over the connection 30 and the end of the housing 12 and at 24 and 128 (Fig. 1) connected to the housing t2 by protective gas arc welding, around the airtight encapsulation of both the piezoelectric unit 22 and the to complete electronic circuit 28 in the housing, so that the components of the converter 10 are completely protected from environmental influences. With the exception the seismic mass 46 and the screw 116, which are preferably made of tungsten, the other metal components of the transducer are preferably made of stainless steel Stole.

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin einen Kraftwandler bzw. Beschleunigungsmesser, der in seinem Gehäuse einen ausgeschnittenen abschnitt zur Bildung eines Zugang-Fensters zwecks Ermöglichung einer End- bzw. In summary, the invention thus creates a force converter or Accelerometer, which has a cut-out section in its housing Creation of an access window to enable an end or

Feineinstellung der Bauteile des Beschleunigungsmessers nach ihrem Einbau in das Gehäuse aufweist. Nach erfolgter Einstellung wird das Fenster durch eine luftdicht am Gehäuse abgedichtete ibschlußkappe abgedeckt. Zur Exid- bzw.Fine-tune the accelerometer components according to your Has installation in the housing. After the setting has been made, the window will open an airtight sealing cap on the housing is covered. For exid or

Feineinstellung kann ein zusätzliches Gewicht in die seismische Masse des Beschleunigungsmessers eingeschraubt oder die Lage oder die Größe der im Gehäuse befindlichen elektrischen Schaltungs-Bauteile oder beider Faktoren eingestellt werden.Fine tuning can add weight to the seismic mass of the accelerometer screwed in or the location or size of the in the case located electrical circuit components or both factors can be adjusted.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

! 1.J Piezoelectric force transducer with one in a k housing arranged piezoelectric device for generating an electrical output signal as a function of an applied force, characterized in that in the housing (12) an electrical holding arrangement (28) with at least one active, electrical Circuit component coupled to the output of the piezoelectric device (80) is provided and that the housing (12) aein from its outside one Access to the electrical circuit (28) allowing window (104) is closed by an end cap (26) attached to the housing, 2. force converter according to claim 1, characterized in that the active circuit component is a field effect transistor (80) with an isolated g-pole.

3. Force converter according to claim 2, characterized in that the Output of the piezoelectric device (22) via the g-pole and the d-pole of the Field effect transistor (80) is connected to an isolated g-pole.

4. Force converter according to claim 3, characterized in that the Transistor (80) is a metal-oxide-silicon transistor of the P-channel enhancement type is.

5. Force converter according to claim 3 or 4, characterized in that a coaxial cable connector (30) is provided on the housing (12), the conductor (70, 84) are connected to the d-pole and the s-pole of the transistor (80).

6. Piezoelectric force transducer with one arranged in a housing piezoelectric device for generating an electrical output signal in Depending on the applied force, characterized in that the piezoelectric Device (22) has an adjustable member and that in the housing (12) one of the outside of which provides access to the adjustable member forming window (104) is provided, which is closed by an end cap (26) attached to the housing is.

7. Force converter according to claim 6, characterized in that the end cap (26) is sealed airtight from the housing (12).

8. Force converter according to claim 6 or 7, characterized in that the adjustable member is an element (80) of an electrical element housed in the housing (12) Circuit arrangement (28) is.

9. Force converter according to claim 6, characterized in that the adjustable Member is a seismic mass (46).

10.Lead accelerometer usable piezoelectric force transducer, its piezoelectric element under the influence of a provided in the housing, seismic mass acting on it as a function of acceleration forces electrical output signals generated, characterized in that the seismic Mass (46) means (112, 114) for adding different large weights (116) and that in the housing (12) an access from the outside thereof for seismic wet-defining opening (106) is provided1 which is also is closed by the Abaehlußkappe (26) attached to the housing.

left Force converter according to Claim 10, characterized in that the seismic mass (46) a threaded (114) bore (112) for receiving of weights (116) of different lengths.

12. Force converter according to claim ii, characterized in that in the bore (112) screwed a weight (116) and epoxy resin in the Hole is attached.

13. Force converter according to claim 10, 11 or 12, characterized in that that in the housing (12) several quartz disks (52, 54), a base (32) and a prestressing sleeve (38) are provided, which the panes between the base and the seismic Mass (46) clamped.

14. Force converter according to claim 13, characterized in that the Soheiben (52, 54) are provided with a central bore and that the base (32) a centering disk received by the central bore of the adjacent quartz disk (54) (124) for centering this quartz disk.

15. Force converter according to one of claims 10-14, characterized in that that in the housing (12) an electrical circuit (28) is provided which has a ransistor box (80), one with its head (82) attached to the can (843 and one with the end cap (26) has threaded outer conductors (68) connected to it, which encloses the shaft of the pen at a distance from it and together with the Pin forms a coaxial cable connector (30).

16. A method for producing a force converter, characterized in that that first the transducer components in a housing provided with an access opening must be installed, then the necessary fine adjustment through the access opening the components is made and finally an end cap attached to the housing which closes the access opening.

17. The method according to claim 16, characterized in that by the Access opening through an additional mass is introduced into the housing.

L e r s e i t e