DE2812689C2 - Piezoelectric accelerometer - Google Patents
Piezoelectric accelerometerInfo
- Publication number
- DE2812689C2 DE2812689C2 DE19782812689 DE2812689A DE2812689C2 DE 2812689 C2 DE2812689 C2 DE 2812689C2 DE 19782812689 DE19782812689 DE 19782812689 DE 2812689 A DE2812689 A DE 2812689A DE 2812689 C2 DE2812689 C2 DE 2812689C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- hemisphere
- housing
- hammer
- piezo
- piezo body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 13
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 4
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 7
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
6565
Die Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a piezoelectric accelerometer according to the preamble of claim 1.
In der DE-OS 19 03 709 ist in Zusammenhang mit der Figur 8 ein piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer beschrieben, der ein Gehäuse aufweist, in dem ein als kreisförmiges Plättchen ausgebildeter Körper aus piezoelektrischem Material zwischen einer ebenen Lagerfläche einer federbelasteten trägen Masse und der flachen Seite einer Halbkugel gelagert und unter einer bestimmten Vorspannung entsprechend der Federspannung gehalten ist Die Halbkugel dient hierbei im wesentlichen dazu, die Schwierigkeiten bei der Herstellung von genau planbearbeiteten Aufnahmeflächen für den Piezokörper in der Bohrung eines Beschleunigungsaufnehmers zu vermeiden. Die Lagerung des Piezokörpers auf der ebenen Fläche einer Halbkugel bringt auch den Vorteil mit sich, daß die Vorspannkraft für den Piezokörper parallel auf dessen gesamte Fläche einwirkt. Die Krafteinleitung in den Piezokörper bei einer Beschleunigung erfolgt über das mit einer Feder beaufschlagte zyiinderförmige Lagerelement, d. h. über die gesamte ebene Fläche des Piezokörpers. Dies erfordert eine genaue Bearbeitung der Anlageflächen zwischen dem als träge Masse wirkenden Lagerelement und dem Piezokörper sowie den Führungsflächen für das lagerelement. Da ferner die Halbkugel über ihren gesamten Kujelbereich in dem Gehäuse gelagert ist, so können sich bei Krafteinleitungen in der Kugel Spannungen in Umfangsrichtung aufbauen, die zu einer inhomogenen Beaufschlagung des Piezokörpers führen.In DE-OS 19 03 709, in connection with Figure 8, a piezoelectric accelerometer described, which has a housing in which a formed as a circular plate body from piezoelectric material between a flat bearing surface of a spring-loaded inertial mass and the flat side of a hemisphere and stored under a certain preload according to the spring tension The hemisphere essentially serves to alleviate the difficulties in manufacturing to avoid precisely planarized receiving surfaces for the piezo body in the bore of an accelerometer. The storage of the piezo body on the flat surface of a hemisphere also has the advantage that the biasing force for the Piezo body acts in parallel on its entire surface. The introduction of force into the piezo body at an acceleration takes place via the cylinder-shaped bearing element acted upon by a spring, d. H. above the entire flat surface of the piezo body. This requires precise machining of the contact surfaces between the bearing element acting as an inertial mass and the piezo body and the guide surfaces for the bearing element. Since furthermore the hemisphere over her entire Kujelbereich is stored in the housing, so when forces are introduced into the ball Build up tensions in the circumferential direction, which lead to a lead inhomogeneous loading of the piezo body.
Piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer werden unter anderem auch für sogenannte passive Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen, vorzugsweise Automobilen verwendet; vgl. die DE-AS 2132 830. Passive Sicherheitseinrichtungen sind z. B. aufblasbare Luftkissen, spannbare Fangnetze oder Sicherheitsgurte, die die Insassen des Fahrzeuges bei einem Aufprall auf ein Hindernis gefahrlos auffangen sollen. Die Hauptkomponente der Aufprallkraft liegt je nach Unfallart in einem gewissen Winkelbereich zu beiden Seiten der Fahrtrichtung. Um die Hauptkompcnente jeweils zur Auslösung der Sicherheitseinrichtung zu verwenden, ist es aus der genannten Auslegeschrift bekannt, den Piezokörper des Beschleunigungsaufnehmers als Kugelsegmentschale auszubilden, die um eine als Druckübertrager und träge Masse dienende federbelastete Vollkugel gelegt ist.Piezoelectric accelerometers are also used, among other things, for so-called passive safety devices used in vehicles, preferably automobiles; see DE-AS 2132 830. Passive Safety devices are z. B. inflatable air cushions, tensionable safety nets or seat belts that the Occupants of the vehicle should be safely caught in the event of a collision with an obstacle. The main component the impact force lies in a certain angular range on both sides of the direction of travel, depending on the type of accident. In order to use the main component to trigger the safety device, it is from the known interpretation, the piezo body of the accelerometer as a spherical segment shell to form, which is placed around a spring-loaded full ball serving as a pressure transmitter and inertial mass.
Abgesehen davon, daß die Herstellung eines Piezokörpers in Kugelschalenform nicht unproblematisch ist, können sich in dem Piezokörper vegen dessen zur Vollkugel unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten längs des Kreisumfangs gerichtete Spannungen ausbilden, die sich ungünstig auf die Berührungsfläche das Meßergebnis verfälschen.Apart from the fact that the production of a piezo body in spherical shell form is not without problems, can be in the piezo body by virtue of its expansion coefficient, which differs from the solid sphere Form tensions directed along the circumference, which have an unfavorable effect on the contact surface Falsify the measurement result.
Für exakte Meßergebnisse wäre es wünschenswert, die zu messende mechanische. Größe lediglich in Richtung der Empfindlichkeitsachse des Piezokörpers in diesen einzuleiten.For exact measurement results it would be desirable to measure the mechanical. Size only in Initiate direction of the sensitivity axis of the piezo body in this.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen Aufnehmer der eingangs genannten Art konstruktionsmäßig so zu verbessern, daß die Berührungsfläche zwischen dem Piezokörper und dem Druckübertrager durch Temperaturschwankungen nicht beeinflußt und zudem die zu messende mechanische Größe lediglich in einer Richtung, und zwar längs der Empfindlichkeitsachse des Piezokörpers in diesen eingeleitet wird.The invention is based on the object of providing a piezoelectric transducer of the type mentioned at the beginning Kind to improve the design so that the contact surface between the piezo body and the Pressure transmitter not influenced by temperature fluctuations and also the mechanical one to be measured Size only in one direction, namely along the sensitivity axis of the piezo body in this is initiated.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is given by those specified in the characterizing part of claim 1 Features solved.
Bei einem Beschleunigungsaufnehmer gemäß der Erfindung wird die Kraft auf den Piezokörper dementsprechend über eine Halbkugel eingeleitet, die von einem die Halbkugel im Kugelbereich teilweise umgreifenden und als Teil der tragen Masse wirkenden Hammer beaufschlagt wird. Der Hammer ist hierbei so ausgeführt, daß er die Halbkugel n:.y teilweise umfaßt und zwar insbesondere nicht in einem Bereich um die Mittelachse des Beschleunigungsaufnehmers auf die Halbkugel wirkt Dadurch werden zuverlässige Spannungen «1 Umfangsrichtung der Halbkugel, sei es an dieser selbst oder an dem Hammer, die zu einer Verfälschung der Meßergebnisse führen könnten, vermieden. Da zudem der auf die Halbkugel wirkende Hammer in Richtung der Mittelachse des Beschleunigungsaufnehmers, entsprechend der Mittelachse von Piezoplättchen und Halbkugel, in dem Gehäuse des Beschleunigungsaufnehmers geführt ist, wird lediglich die in dieser Richtung wirkende Komponente der Beschleunigung auf den Piezokörper übertragen.In the case of an accelerometer according to the invention, the force is applied to the piezo body accordingly initiated via a hemisphere, the of one partially encompassing the hemisphere in the spherical area and acting as part of the supporting mass Hammer is applied. The hammer is designed in such a way that it partially encompasses the hemisphere n: .y and in particular not in an area around the central axis of the accelerometer on the Hemisphere acts This creates reliable tensions «1 circumferential direction of the hemisphere, be it on this itself or on the hammer, which could lead to a falsification of the measurement results, avoided. In addition, since the hammer acting on the hemisphere moves in the direction of the center axis of the accelerometer, corresponding to the central axis of the piezo plate and hemisphere, in the housing of the Accelerometer is performed, only the component acting in this direction is the Transfer the acceleration to the piezo body.
Durch die spielfreie Führung des Hammers in dem Gehäuse werden Querbesnhleunigungen vom Hammer direkt auf die Gehäusewand übertragen und bewirken daher kein nennenswertes elektrisches Ausgangssignal am Piezokörper. Ebenso können durch Festlegung des Hammers rotatorische Beschleunigungskräfte, die eine Rotation des Hammers bewirken könnten, unwirksam gemacht werden.Due to the play-free guidance of the hammer in the housing, transverse accelerations are generated by the hammer are transmitted directly to the housing wall and therefore do not cause any significant electrical output signal on the piezo body. Likewise, by setting the hammer, rotational acceleration forces that a Rotation of the hammer could be rendered ineffective.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Hammer eine die Halbkugel zumindest in einer vorzugsweise zur Oberfläche des Piezokorpers parallelen Linie berührende Haube, die in Gehäuse in radialer Richtung spielfrei gelagert und durch ein in Richtung der Mittelachse des Piezokörpers wirkendes Spannelement auf die Halbkugel gedrückt ist. j5According to a preferred embodiment of the invention, the hammer is at least a hemisphere in a preferably parallel line to the surface of the piezo body touching hood, which is in the housing in radial direction supported play-free and by a acting in the direction of the central axis of the piezo body Clamping element is pressed onto the hemisphere. j5
Die Einleitung der Beschleunigungsgröße in den Piezokörper wird auf diese Weise mit einfach und präzis zu konstruierenden Teilen erreicht. Die gesamte Konstruktion ist sehr robust, so daß der piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer gemäß der Erfindung mechanisch hoch belastbar ist.In this way, the introduction of the acceleration variable into the piezo body is simple and precise parts to be constructed. The whole construction is very robust, so that the piezoelectric Accelerometer according to the invention is mechanically highly resilient.
Um die Temperaturabhängigkeit des Beschleunigungsaufnehmers zu reduzieren und dadurch die Veränderung der Vorspannung des Piezokörpers durch den Druckübertrager in engen Grenzen zu halten, ist das Gehäuse und der Hammer aus einem Material mit sehr geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und zumindesi die das Piezoplättchen beaufschlagende Halbkugel aus einem Material mit gegenüber dem Piezoplättchen wesentlich höheren thermischen Aus- ij dehnungskoeffizienten gefertigt.To reduce the temperature dependence of the accelerometer and thereby the The change in the preload of the piezo body by the pressure transmitter must be kept within narrow limits the housing and the hammer made of a material with a very low coefficient of thermal expansion and at least the hemisphere acting on the piezo plate made of a material with opposite Piezo plate much higher thermal output ij expansion coefficient manufactured.
Bei einer solchen Materialauswahl ergibt sich eine über einen großen Temperaturbereich erstreckende Temperaturunempfindlichkeit für den piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer.Such a choice of material results in one that extends over a large temperature range Insensitivity to temperature for the piezoelectric Accelerometer.
Die Erfindung ist in drei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei in den drei Figuren jeweils ein piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer gemäß der Erfindung iin Querschnitt dargestellt ist.The invention is explained in more detail in three exemplary embodiments with reference to the drawing, wherein in the three Figures each show a piezoelectric accelerometer according to the invention in cross section is shown.
Ein piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer 1 besteht aus einem kreisförmigen Gehäuse 2, dessen Mittelachse mit 3 bezeichnet ist. Das Gehäuse weist eine napfförmige Ausnehmung 4 auf, auf deren Boden eine Isolationsschicht 5, z. B. eine Vergußmasse aus Glas, &s aufgebracht ist. Auf der Isolationsschicht ist eine Kontaktfläche 6 angeordnet, die mittels einer Kontaktzunee 7 mit einem durch die Isolationsschicht 5 aus dem Gehäuse 1 geführten Stecker 8 verbunden ist Hierdurch ist die Isolationsschicht 6 und der Stecker 8 elektrisch von dem Gehäuse 1 isoliertA piezoelectric accelerometer 1 consists of a circular housing 2, the Central axis is designated by 3. The housing has a cup-shaped recess 4, on the bottom of which a Insulation layer 5, e.g. B. a potting compound made of glass, & s is upset. A contact surface 6 is arranged on the insulation layer, which is connected by means of a contact terminal 7 is connected to a plug 8 guided through the insulation layer 5 out of the housing 1 the insulation layer 6 and the plug 8 are electrically isolated from the housing 1
Auf die Kontaktfläche 6 ist ein kreisrundes Plättchen 9 aus piezoelektrischem Material gelegt; der Piezokörper besteht z. B. aus einkristallinem LiNbCb oder anderen piezoelektrischen Materialien. Auf der oberen, der Kontaktschicht 6 gegenüberliegenden ebenen Fläche des Piezokörpers 9 ist eine Halbkugel 10 mit ihrer flachen Seite 11 gelegt wobei der Durchmesser des Piezokörpers 9 und derjenige der Halbkugel 10 identisch sind.A circular plate 9 made of piezoelectric material is placed on the contact surface 6; the piezo body consists z. B. from monocrystalline LiNbCb or other piezoelectric materials. On the top, the flat surface of the piezo body 9 opposite the contact layer 6 is a hemisphere 10 with their flat side 11, the diameter of the piezo body 9 and that of the hemisphere 10 are identical.
Die geschilderte Anordnung aus Kontaktfläche 6, Piezokörper 9 und Halbkugel 10 kann an den jeweiligen Berührungsflächen zusätzlich mit einem elektrisch leitenden Kleber verklebt sein; die«: ist allerdings nicht notwendig. Die Oberseite der Kugel wird von einer Schale 12 umfaßt die jedoch um einen durch einen Zentrumswinkel von etwa 30° um die Mittelachse bestimmten Bereich durch eii.e Ausnehmung 13 offen ist, der angegebene Winkel kann auch andere Werte annehmen. In ihrem unteren Bereich weist die Schale 12 einen Überwurf 14 auf, der am seitlichen Umfang des Piezokörpers 9 anliegt und diesen gegen seitliches Vei schieben sichert.The described arrangement of contact surface 6, piezo body 9 and hemisphere 10 can be attached to the respective Contact surfaces can also be glued with an electrically conductive adhesive; die «: is not, however necessary. The top of the ball is surrounded by a shell 12 which, however, is one by one Center angle of about 30 ° around the central axis determined by a recess 13 open is, the specified angle can also have other values. In its lower area, the shell 12 a cover 14, which rests on the lateral circumference of the piezo body 9 and this against the side Vei slide secures.
Die Schale 12 geht oberhalb des Überwurfes 14 in einen sich radial erstreckenden Rand 15 über, der oberhalb eines Absatzes 16 der Ausnehmung 4 in dem Gehäuse sich spielfrei bis an den Rand der Innenwand des Gehäuses erstreckt. In den Rand 15 der Schale 12 sind um den Umfang verteilt eine oder mehrere Ausnehmungen 17 angeordnet, in die von dem Boden des des Gehäuses in Bohrungen 18 eingeführte Bolzen 19 eingreifen, um ein Verdrehen der Schale 12 um die Mittelachse 3 zu verhindern.The shell 12 merges into a radially extending edge 15 above the cover 14, which above a shoulder 16 of the recess 4 in the housing is free of play up to the edge of the inner wall of the housing extends. In the edge 15 of the shell 12, one or more are distributed around the circumference Recesses 17 are arranged in the bolts inserted into bores 18 from the bottom of the housing 19 engage in order to prevent the shell 12 from rotating about the central axis 3.
Oberhalb des Absatzes 16 der Ausnehmung 4 im Gehäuse ist die innenwand des Gehäuses 2 mit einem Gewinde 20 versehen, in die ein Deckel 21 eingeschraubt ist. Der Deckel berührt den Rand 15 der Kugelschale lediglich im äußeren Bereich, wobei die hier mit 22 bezeichneten Berührungsflächen des Randes 15 und des Deckels 21 konisch abgeschrägt sind, wodurch ein zentrischer Sitz der Schale 12 erreicht wird. Der Deckel 21 wird in das Gewinde 20 so eingeschraubt daß der Piezokörper 9 eine gewisse Vorspannung erhält, um Beschleunigungen auf den Piezokörper 9 in beiden Richtungen längs der Mittelachse 3 messen zu können. In der Endstellung des Deckels 21 wird dieser durch einen geeigneten Kleber im Gewinde 20 oder durch Körnung gegen Verdrehen gesichert. Das Gehäuse 2, der Deckel 21, die Schale 12 und die Halbkugel 10 sind aus elektrisch leitendem Material, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials für das Gehäuse 2 und den Deckel 21 sehr klein gewählt ist; diese Teile bestehen z. B. aus Invarstahl. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Schale 12 und der Halbkugel 10 sind dagegen höher als derjenige des Piezokörpers 9 gewählt, um so den Temperatureinfluß des Piezomaterials bei Messungen zu kompensieren.Above the shoulder 16 of the recess 4 in the housing is the inner wall of the housing 2 with a Thread 20 is provided, into which a cover 21 is screwed. The lid touches the edge 15 of the Ball shell only in the outer area, with the contact surfaces of the edge, denoted here by 22 15 and the cover 21 are conically bevelled, whereby a central seat of the shell 12 is achieved. The cover 21 is screwed into the thread 20 so that the piezo body 9 has a certain bias received in order to measure accelerations on the piezo body 9 in both directions along the central axis 3 can. In the end position of the cover 21 this is by a suitable adhesive in the thread 20 or secured against twisting by grain. The housing 2, the lid 21, the shell 12 and the Hemispheres 10 are made of electrically conductive material, the coefficient of thermal expansion being the Material for the housing 2 and the cover 21 is chosen to be very small; these parts consist e.g. B. off Invar steel. The coefficient of thermal expansion of the shell 12 and the hemisphere 10, however, are higher than that of the piezo body 9 is selected in order to control the temperature influence of the piezo material during measurements to compensate.
An der in der Figur rechten Seite des Gehäuses 2 über dem Stecker 8 ist eine Ausnehmung 23 vorgesehen, in die ein hier lediglich als Block gezeichneter Schaltkar'en 24 eingesetzt ist, der einen elektrischen Impedanzwandler und anschließend einen Verstärker zur Anpassung der Ausgangssignale des Piezokörpers 9 enthält. Dieser Schaltkasten ist nicht unbedingt notwendig; in diesem Falle wird das Ausgangssignal desOn the right-hand side of the housing 2 above the plug 8 in the figure, a recess 23 is provided, in which a switching card 24, shown here only as a block, is used, which has an electrical impedance converter and then an amplifier for adapting the output signals of the piezo body 9 contains. This control box is not absolutely necessary; in this case the output of the
Piezokörpers 9 am Stecker 8 und an einem weiteren Anschluß am Gehäuse 2 abgenommen. Bei Verwendung des Schaltkastens 24 wird ein Eingang durch eine Verbindung 25 mit dem Stecker 8 verbunden, während ein anderer Eingang durch eine weitere Verbindung 26 mit dem Gehäuse 2 elektrisch verbunden wird. Der Schaltkasten weist drei Ausgänge 27, 28 und 29 auf, an denen das Ausgangssignal (bei 27), ein der Vorspannung des Piezokörpers entsprechendes Signal (bei 28) und das Nullpotential (bei 29) abgenommen wird.Piezo body 9 removed from plug 8 and from another connection on housing 2. Using of the switch box 24, an input is connected through a connection 25 to the plug 8, while Another input is electrically connected to the housing 2 by a further connection 26. Of the Switch box has three outputs 27, 28 and 29, at which the output signal (at 27), one of the bias of the piezo body corresponding signal (at 28) and the zero potential (at 29) is removed.
Die Isolationsschicht 5 aus Glas wird vorzugsweise in das Gehäuse über einen hier nicht gezeigten, gegenüber dem Bolzen 19 um 90° versetzten Verschlußstopfen eingegossen, wodurch sich eine besonders glatte Anlagefläche an der Kontaktfläche 6 und an dem Boden der Ausnehmung 4 ergibt.The insulation layer 5 made of glass is preferably in the housing via a plug, not shown here, offset by 90 ° with respect to the bolt 19 poured in, creating a particularly smooth contact surface on the contact surface 6 and on the floor the recess 4 results.
Der beschriebene Beschleunigungsaufnehmer ist sehr klein; sein Durchmesser beträgt hier ca. 13 Millimeter, wobei die Abmessungen je nach Einsatzbedingungen und der geforderten Empfindlichkeit verkleinert oder vergrößert werden können. Gleichzeitig wird durch die absolut zentrische Führung der Halbkugel 10 und der Schale 12 gewährleistet, daß die zu messende Beschleunigung lediglich in Richtung der Mittelachse 3 in das Piezoplättchen 9 eingeleitet wird. Querbeschleunigungen werden durch das Gehäuse aufgefangen und nicht an den Piezokörper weitergeleitet. Durch die Ausnehmung 13 im Zentrumsbereich der Schale 12 können sich Spannungen in Umfangsrichtung in der Schale und in der Halbkugel 10 nicht aufbauen, die das Meßergebnis durch inhomogene Beaufschlagung des Piezokörpers 9 beeinflussen könnten.The accelerometer described is very small; its diameter here is approx. 13 millimeters, whereby the dimensions are reduced or depending on the conditions of use and the required sensitivity can be enlarged. At the same time, the absolutely centric leadership of the hemisphere 10 and the Shell 12 ensures that the acceleration to be measured only in the direction of the central axis 3 in the Piezo plate 9 is initiated. Lateral accelerations are absorbed by the housing and not forwarded to the piezo body. Through the recess 13 in the central area of the shell 12 can Tensions in the circumferential direction in the shell and in the hemisphere 10 do not build up, which would affect the measurement result could influence by inhomogeneous loading of the piezo body 9.
Der in F i g. 2 im Querschnitt dargestellte piezoelektrische Bcsch!eunigungsaufnehmer31 besteht aus einem zylinderförmigen Gehäuse 32 aus Metall mit einer Mittelachse 33. Das Gehäuse 32 weist eine obere und eine untere Gewindebohrung 34 bzw. 35 auf. In die untere Bohrung 35 ist eine Grundschraube 36 eingeschraubt und gegen Verdrehen gesichert Die in das Gehäuse ragende ebene Begrenzungsfläche 37 der Grundschraube 36 ist mit einer elektrischen Kontaktschicht 38 versehen, die z. B. mit einem Kontaktkieber auf der Fläche 37 befestigt ist Auf die Kontaktschicht 38 ist ein kreisscheibenförmiges Piezoplättchen 39 symmetrisch um die Mittelachse 33 des Gehäuses gelegt. Die obere ebene Fläche des Piezokörpers 39 ist mit einer Kontaktfläche 40 aus elektrisch leitfähigem Material, z. B. Gold, Platin oder Silber, belegt Diese Kontaktfläche ist entweder aufgeklebt oder auf den Piezokörper aufgedampft Auf der Kontaktfläche 40 liegt eine Halbkugel 41 auf, deren Durchmesser größer als derjenige des Piezokörpers 39 ist. Die untere ebene Fläche der Halbkugel 41 weist eine Ausnehmung 42 auf, die direkt auf der Kontaktfläche 40 aufliegt Der diese Ausnehmung umgebende Ringsteg 43 der Halbkugel umfaßt die Kontaktschicht 40 und den Piezokörper 39 an deren seitlichem Umfang und schützt diese gegen seitliches Verschieben.The in F i g. 2 piezoelectric shown in cross section Bcsch! Eunigungsaufnehmer31 consists of a cylindrical housing 32 made of metal with a Center axis 33. Housing 32 has upper and lower threaded bores 34 and 35, respectively. In the A base screw 36 is screwed into the lower bore 35 and secured against twisting the flat boundary surface 37 of the base screw 36 protruding from the housing is provided with an electrical contact layer 38 provided, the z. B. is fastened with a contact slide on the surface 37 on the contact layer 38 a circular disk-shaped piezo plate 39 is placed symmetrically around the central axis 33 of the housing. the upper flat surface of the piezo body 39 is with a contact surface 40 made of electrically conductive material, z. B. gold, platinum or silver occupies this contact area is either glued or vapor-deposited onto the piezo body Hemisphere 41, the diameter of which is greater than that of the piezo body 39. The lower level The surface of the hemisphere 41 has a recess 42 which rests directly on the contact surface 40 The annular web 43 of the hemisphere surrounding the recess comprises the contact layer 40 and the piezo body 39 on their lateral circumference and protects them against lateral displacement.
Auf die Halbkugel 41 ist eine als Hammer ausgebildete Haube 44 gesetzt, deren Innenquerschnitt trapezförmig ist Diese Haube 44 liegt auf der Halbkugel 41 längs eines gestrichelt dargestellten Kreises 45 parallel zur ebenen Fläche des Piezokörpers 39 auf. Die Haube 44 weist einen sich radial erstreckenden Kreisrand 46 auf, auf dem ein im Querschnitt L-förmiger Abstandsring 47 gelegt ist, dessen einer, sich nach unten erstreckender Schenkel 47' zwischen der Innenwand des Gehäuses und dem Außenrand des Kreisrandes 46 angeordnet ist und die Haube 44 in dem Gehäuse spielfrei hält. Der Abstandsring 47 ist an seinen Anlageflächen am Gehäuse und am Kreisrand verklebt.A hood 44 designed as a hammer is placed on the hemisphere 41, the inner cross section of which is trapezoidal. This hood 44 lies on the hemisphere 41 along a circle 45 shown in dashed lines parallel to the flat surface of the piezo body 39. The hood 44 has a radially extending Circular edge 46 on which a cross-sectionally L-shaped spacer ring 47 is placed, one of which is downward extending leg 47 'between the inner wall of the housing and the outer edge of the circular edge 46 is arranged and the hood 44 holds in the housing without play. The spacer ring 47 is on his Contact surfaces glued to the housing and to the edge of the circle.
In die obere Gewindebohrung 34 des Gehäuses ist eine Druckschraube 48 eingeschraubt, die einen kreisringförmigen Stempel 48' aufweist, der auf der oberen Kreisringfläche des Abstandsringes 47 aufliegt. Auch diese Berührungsfläche wird verklebt. Die Druckschraube 48 wird soweit in die Gewindebohrung 34 des Gehäuses eingeschraubt, bis der Piezokörper mit der gewünschten Vorspannung versehen ist.In the upper threaded hole 34 of the housing, a pressure screw 48 is screwed, the one has circular punch 48 'which rests on the upper circular surface of the spacer ring 47. This contact surface is also glued. The pressure screw 48 is so far into the threaded hole 34 of the housing is screwed in until the piezo body is provided with the desired preload.
Auf der in der Figur rechten Seite des Gehäuses ist der Abstandsring 47 aus Isoliermaterial durchbrochen; durch diese öffnung ragt eine Kontaktschraube 49, die in einer elektrisch isolierenden und mit dem Gehäuse verklebten Hülle 50 nach außen geführt ist. Die Kontaktschraube 49 ist elektrisch mit der Haube 44 verbunden.On the right-hand side of the housing in the figure, the spacer ring 47 made of insulating material is perforated; A contact screw 49 protrudes through this opening, which is electrically insulating and connected to the housing glued sheath 50 is guided to the outside. The contact screw 49 is electrical with the hood 44 tied together.
Bei dieser Konstruktion ist der eine elektrische Kontakt das Gehäuse 32 selbst, während der andere Kontakt durch die Kontaktschraube 49 gebildet wird. Die mit der Kontaktschraube 49 verbundenen elektrisch leitenden Teile, das ist die Haube 44, die Halbkugel 41 und die Kontaktschicht 40 sind gegen das Gehäuse 32 durch den Abstandsring 47 aus Isoliermaterial elektrisch isoliert.In this construction, one electrical contact is the housing 32 itself, while the other Contact is formed by the contact screw 49. The electrically connected to the contact screw 49 Conductive parts, that is the hood 44, the hemisphere 41 and the contact layer 40 are against the housing 32 electrically isolated by the spacer ring 47 made of insulating material.
Auch bei diesem Beschleunigungsaufnehmer ist eine Einleitung der Beschleunigung in den Piezokörper 39 lediglich in Richtung der Mittelachse 33 möglich; eine Ausbildung von Spannungen am Umfang der Halbkugel 41 wird durch die linienförmige Berührung zwischen Haube 44 und Halbkugel 41 längs des Kreises 45 vermieden. Eine Einleitung von in Rotationsrichtung wirkenden Beschleunigungen auf den Piezokörper ist durch die Verklebung des Abstandsringes 47 mit dem Gehäuse und des Abstandsringes mit der Haube 44 vermieden; die Druckschraube 48 wird entweder durch Klebung oder durch eine Arretierschraube 51 in der Endstellung arretiert.In this accelerometer, too, the acceleration is introduced into the piezo body 39 only possible in the direction of the central axis 33; a formation of tensions on the circumference of the hemisphere 41 is along the circle 45 due to the linear contact between the hood 44 and the hemisphere 41 avoided. An introduction of accelerations acting in the direction of rotation on the piezo body is by gluing the spacer ring 47 to the housing and the spacer ring to the hood 44 avoided; the pressure screw 48 is either by gluing or by a locking screw 51 in the End position locked.
Bei den zwei beschriebenen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmern waren die den Piezokörper beaufschlagenden Teile im Gehäuse jeweils fixiert, so daß mit dem Piezokörper jeweils die Beschleunigung bzw. Verzögerung des gesamten Gehäuses gemessen wird. Bei dem in F i g. 3 dargestellten piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer wird eine andere Art zur Erzielung der Meßwerte gewählt Der Aufnehmer 61 weist hierbei ein topfförmiges Gehäuse 62 aus Metall mit einer Mittelachse 63 auf. Auf der Bodenfläche 64 des Gehäuses ist symmetrisch um die Mittelachse 63 wiederum das kreisförmige Piezoplättchen 65 angeordnet., so daß der Boden des Gehäuses als elektrischer Kontakt für den Piezokörper dient Der Piezokörper 65 ist durch eine mit dem Boden 64 des Gehäuses 62 verklebte Lochscheibe 66 aus Isoliermaterial gegen seitliches Verschieben gesichert Auf die obere ebene Fläche des piezokörpers 65 ist eine Halbkugel 67 aus elektrisch leitendem Material gelegt, auf die ein Hammer 68 ebenfalls aus elektrisch leitfähigem Material drückt Hierzu weist der Hammer an seiner Unterseite eine trapezförmige Ausnehmung 69 auf, die die Halbkugel 67 längs eines gestrichelt dargestellten Kreises 70 berührt Der Hammer 68 besteht aus einem Zylinderblock, der in dem Gehäuse 62 ohne radiales Spiel längsverschieblich ist Auf den Zylinderblock des Hammers 68 ist eine Hülse 71 aus elektrisch isolierendem Material geschoben, die gleichzeitig die Führung des Hammers 68 in Richtung der MittelachseIn the case of the two piezoelectric accelerometers described if the parts acting on the piezo body were each fixed in the housing, then so that with the piezo body in each case the acceleration or deceleration of the entire housing is measured will. In the case of the FIG. 3 piezoelectric accelerometer shown is a different type to Achievement of the measured values selected. The transducer 61 here has a pot-shaped housing 62 made of metal with a central axis 63. The bottom surface 64 of the housing is symmetrical about the central axis 63 In turn, the circular piezo plate 65 is arranged. So that the bottom of the housing as an electrical The piezo body 65 is connected to the base 64 of the housing 62 by means of a contact for the piezo body Glued perforated disk 66 made of insulating material secured against lateral displacement. On the upper level Surface of the piezo body 65 is a hemisphere 67 made of electrically conductive material, on which a Hammer 68, also made of electrically conductive material, pushes the hammer Underside has a trapezoidal recess 69, which the hemisphere 67 along a line shown in dashed lines Circle 70 touches The hammer 68 consists of a cylinder block, which is in the housing 62 without radial Game is longitudinally displaceable On the cylinder block of the hammer 68 is a sleeve 71 made of electrical insulating material pushed at the same time the leadership of the hammer 68 in the direction of the central axis
63 übernimmt. Das Material für die Hülse 71 soll demnach entsprechende Gleiteigenschaften aufweisen; als Material wird etwa Polytetrafluoräthylen gewählt.63 takes over. The material for the sleeve 71 should accordingly have corresponding sliding properties; polytetrafluoroethylene is chosen as the material.
Auf die Oberseite des Hammers 68 ist eine Lochscheibe 72 ebenfalls aus Isoliermaterial gelegt. In dem Bereich oberhalb dieser Lochscheibe 72 weist das Gehäuse 62 eine Gewindebohrung 73 auf, in die ein Deckel 74 eingeschraubt und gegen Verdrehen gesichert ist. Der Deckel 74 weis' an seiner dem Hammer 68 zugewandten Seite einen kr Msförmigen Vorsprung 75 auf, der in entsprechende zentrische Ausnehmungen eines Tellerfederpaketes 76 e ngreift, das sich zwischen dem Deckel 74 und der Lochscheibe 72 abstützt. Die Tellerfedern 76 und die Lochscheibe 72 sind durch einen gemeinsamen, in das Gehäuse 62 hereinragenden und arretierten Bolzen 77 gegen Verdrehen gesichert.A perforated disk 72, likewise made of insulating material, is placed on top of the hammer 68. In the area above this perforated disk 72, the housing 62 has a threaded bore 73 into which a Cover 74 is screwed in and secured against rotation. The cover 74 points to the hammer 68 on its side facing side on a kr Ms-shaped projection 75, which in corresponding central recesses a disk spring assembly 76 engages, which is supported between the cover 74 and the perforated disk 72. the Disk springs 76 and the perforated disk 72 are supported by a common, protruding into the housing 62 and locked bolt 77 secured against rotation.
Der Deckel 74 wird so weit in die Gewindebohrung 73 des Gehäuses 62 eingeschraubt, bis die über die Tellerfedern 76, den Hammer 68 sowie die Halbkugel 67 auf den Piezokörper 65 ausgeübte Vorspannung den gewünschten Wert einnimmt.The cover 74 is screwed into the threaded hole 73 of the housing 62 until the over the Disc springs 76, the hammer 68 and the hemisphere 67 on the piezo body 65 bias assumes the desired value.
In die obere Seite des Hammers 68 ist ein Kontaktstift 78 eingeschraubt, der durch eine zentrische Bohrung 79 im Deckel 74 aus dem Gehäuse 62 geführt ist. Die Bohrung 79 geht in eine zentrische Ausnehmung 80 im Deckel 74 mit zwei Absätzen 80' und 80" über. Auf dem ersten, unteren Absatz 80' der zentrischen Ausnehmung 80 ist ein O-Ring 81 eingelegt, der den Kontaktstift 78 umgibt und an der Innenwand der Ausnehmung 80 anliegt. In die Ausnehmung 80 ist eine pilzförmige Führungshülse 82 aus Isoliermaterial eingesetzt, die sich < auf dem oberen Absatz 80" der Ausnehmung 80 abstützt und den Kontaktstift 78 umgibt, so daß dieser längs der Mittelachse 63 geführt ist.In the upper side of the hammer 68 is a contact pin 78, which is guided out of the housing 62 through a central bore 79 in the cover 74. the Bore 79 merges into a central recess 80 in cover 74 with two shoulders 80 'and 80 ". On the In the first, lower shoulder 80 ′ of the central recess 80, an O-ring 81 is inserted, which the contact pin 78 surrounds and rests against the inner wall of the recess 80. In the recess 80 is a mushroom-shaped one Guide sleeve 82 made of insulating material is used, which is supported on the upper shoulder 80 ″ of the recess 80 and surrounds the contact pin 78 so that it is guided along the central axis 63.
Das Ausgangssignal des Piezokörpers 65 wird daher einmal am Gehäuse 62 und zum anderen amThe output signal of the piezo body 65 is therefore once on the housing 62 and on the other hand
i'i Kontaktstift 78 abgenommen.i'i contact pin 78 removed.
Bei diesem piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer kann entsprechend einer positiven oder negativen Beschleunigung der Hammer 68 sich längs der Mittelachse 63 verschieben, wodurch der Druck auf ι den Piezokörper 65 entsprechend geändert wird. Diese Ausführungsform ist besonders einfach konstruiert und günstig für Sicherheitseinrichtungen in Automobilen verwendbar.With this piezoelectric accelerometer, a positive or negative acceleration of the hammer 68 move along the central axis 63, whereby the pressure on ι the piezo body 65 is changed accordingly. This embodiment is designed and particularly simple can be used favorably for safety devices in automobiles.
Wie bereits zur ersten Ausführungsform einesAs with the first embodiment
><> piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers beschrieben, sind bei den zuletzt beschriebenen Aufnehmern ebenfalls die Materialien des Gehäuses, des Hammers und der Halbkugel so ausgewählt, daß die thermische Ausdehnung des Piezokörpers kompensiert> <> piezoelectric accelerometer described, the materials of the housing, the Hammer and the hemisphere selected so that the thermal expansion of the piezo body compensates
y, wird. Die Auswahl der Materialien geschieht wie oben beschrieben. y, will. The materials are selected as described above.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19782812689 DE2812689C2 (en) | 1978-03-23 | 1978-03-23 | Piezoelectric accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19782812689 DE2812689C2 (en) | 1978-03-23 | 1978-03-23 | Piezoelectric accelerometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2812689A1 DE2812689A1 (en) | 1979-09-27 |
| DE2812689C2 true DE2812689C2 (en) | 1982-05-19 |
Family
ID=6035250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19782812689 Expired DE2812689C2 (en) | 1978-03-23 | 1978-03-23 | Piezoelectric accelerometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2812689C2 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4824107A (en) * | 1985-10-10 | 1989-04-25 | French Barry J | Sports scoring device including a piezoelectric transducer |
| JPH071280B2 (en) * | 1989-10-06 | 1995-01-11 | タカタ株式会社 | Shock sensor |
| WO2004070334A1 (en) * | 2003-02-05 | 2004-08-19 | Kistler Holding Ag | Measuring sensor comprising a pre-stressing device |
| JP2005106584A (en) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Mitsubishi Electric Corp | Acceleration sensor unit |
| EP1533109A3 (en) * | 2003-11-12 | 2007-12-12 | Tom Engmann | Press punch for making ceramic tiles and press with this punch |
| FR2978563B1 (en) * | 2011-07-29 | 2014-03-21 | Yzatec | SENSOR FOR PASSING ROAD VEHICLES WITH INDEPENDENT JUXTAPOSES PIEZOELECTRIC SENSORS |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH489010A (en) * | 1968-03-25 | 1970-04-15 | Kistler Instrumente Ag | Transducer |
| JPS4837953Y1 (en) * | 1970-07-03 | 1973-11-10 |
-
1978
- 1978-03-23 DE DE19782812689 patent/DE2812689C2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2812689A1 (en) | 1979-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2228683C2 (en) | Acceleration and deceleration dependent, electrical switching device for installation in vehicles | |
| DE2332163C3 (en) | Acceleration sensitive device | |
| DE69927621T2 (en) | Measuring head for controlling linear dimensions with adjustable spring | |
| DE3801514C2 (en) | ||
| DE2402748C2 (en) | Device for initiating the reel shaft blocking of an automatic seat belt retractor | |
| DE2556298C2 (en) | Piezoelectric accelerometer | |
| DE3345653C2 (en) | ||
| DE2812689C2 (en) | Piezoelectric accelerometer | |
| DE4114992C1 (en) | Acceleration and inclination sensor for motor vehicle - has contact piece(s) in cavity responding to change in vertical extension of main contact | |
| WO2005010457A2 (en) | Roughness measuring device with measurement standard | |
| DE4217641A1 (en) | Sensing head for three=dimensional sensing of workpiece - has cylindrical housing contg. ball section bearing body between sensing pin and transfer element acting on transducer | |
| EP0568068B1 (en) | Force measuring device | |
| DE2553403C3 (en) | Device for determining unevenness on a curved surface | |
| EP0585424B1 (en) | Sensor | |
| DE1638048B2 (en) | ELECTRIC, CONTACTLESS COPY PROBE FOR REFORMING DEVICES ON MACHINE TOOLS | |
| EP0251048A1 (en) | Acceleration sensor | |
| DE19507466A1 (en) | Two=dimensional position alteration determn. appts. for motor vehicle | |
| DE4101060A1 (en) | Inclination sensor with internal tilting body - having magnetic element cooperating with hall element | |
| WO2002103282A1 (en) | Multi-coordinate sensing measuring device | |
| DE3804111C2 (en) | ||
| EP0736755B1 (en) | Device for measuring pressure force | |
| DE2132830B2 (en) | Piezoelectric acceleration sensor for a safety device of a motor vehicle | |
| EP0529494B1 (en) | Edge sensor with indicating device | |
| DE4131533A1 (en) | Steering angle sensor for motor vehicle - contains rotary resistance track with sliding contact and mounted on carrier with adjacent voltage supply track | |
| DE2824210C2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: G01P 15/09 |
|
| 8126 | Change of the secondary classification |
Ipc: ENTFAELLT |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KOCH, WALTHER, DR.RER.NAT., 6231 SCHWALBACH, DE |
|
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KOCH, WALTHER, DR. RER.NAT., RANKWEIL, AT |
|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |