DE754593C

DE754593C - Elektrisches Messgeraet zur Messung mechanischer Schwingungen oder Beschleunigungen

Info

Publication number: DE754593C
Application number: DEL104591D
Authority: DE
Inventors: Peter Konrad Dr-Ing Hermann
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1941-06-12
Filing date: 1941-06-12
Publication date: 1952-10-13

Description

AUSGEGEBEN AM
13. OKTOBER 1952

L 104591 IXb j 42 c

oder Beschleunigungen

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Meßgerät zur Messung mechanischer Schwingungen oder Beschleunigungen mit einer tragen Masse und einem piezoelektrisch wirksamen Kristall, in welchem bei auf ihn ausgeübten Druckänderungen elektrische Spannungen entstehen. Da es bei derartigen Meßgeräten in erster Linie darauf ankommt, Spannungen zu erzielen, welche lediglich von der Größe der Beschleunigung der aufzunehmenden oder zu messenden Schwingungen oder Erschütterungen sind, muß Sorge getragen werden, daß sich nicht die Eigenfrequenz des Kristalls hierbei bemerkbar macht. Werden nämlich von dem Kristall Schwingungen von der Eigenfrequenz desselben oder in deren unmittelbarer Nachbarschaft aufgenommen, so wird durch das Eintreten der Resonanz die Frequenzunabhängigkeit der Spannungen entscheidend gestört. Die im Resonanzfall auftretende Spannungsspitze kann unter Umständen das Mehrfache der eigentlichen Meßspannung betragen. Bekannte Versuche, das Auftreten von Resonanzschwingungen durch

Einbetten des Kristalls, durch eine dämpfende "Membran oder durch Gummipolster zu verhindern, haben nicht in jedem Fall zu befriedigenden Resultaten geführt. S " Die Erfindung besteht in der besonderen Ausbildung eines solchen Meßgerätes zur Messung mechanischer Schwingungen oder Beschleunigungen mit einem Schwingkristall und einer tragen Masse sowie mit einer die to Eigenfrequenz des Kristalls abfangenden Dämpfung und ist gekennzeichnet durch eine zwischen Kristall und Schwingungs- oder Erschütterungserzeuger eingefügte mechanische Siebkette aus abwechselnd· aufeinanderfolgenden trägen und elastischen Gliedern. Dabei können die die Siebkette bildenden Glieder außen an der Grundfläche des den Kristall und die träge Masse umschließenden Gehäuses befestigt oder aber im Innern des Gehäuses zwischen Kristall und Grundplatte angeordnet werden.

Die mechanische Siebkette hat die Form einer Säule, die durch aufeinandergeschichtete Platten gebildet wird, die abwechselnd aus ag einem unelastischen, spezifisch schweren Stoff und einem elastischen Stoff, wie Gummi od. dgl., bestehen. Die Siebkette ist so bemessen, daß sie die unterhalb der Eigenfrequenz des Kristalls liegenden Frequenzen praktisch ungeschwächt am Kristall zur Wirkung kommen läßt und die im Bereich der Eigenfrequenz des Kristalls und darüber liegenden Frequenzen abfängt. Die hierdurch bedingte Grenzfrequenz der Siebkettenglieder Hegt etwa um die Halbwertbreite der Resonanzkurve unterhalb der Eigenfrequenz des Kristalls. Mit einer so abgestimmten Siebkette läßt sich die bei der Eigenfrequenz des Kristalls sonst auftretende Spannungsspitze praktisch beseitigen, so daß die Frequenzunaibhängigkeit deis Gerätes auf diese Weise sich auf einen wesentlich größeren Frequenzbereich erstreckt als ohne eine solche. " Es ist zwar bei der Schallmessung bekannt, daß zwecks Aussiebung unerwünschter Schwingungen Schallsiebe oder Schallfilter (auch mehrfach) angebracht werden; demgegenüber handelt es· sich jedoch bei der vorliegenden Erfindung um eine besonders ein-. fache Ausbildung einer für ein elektrisches Meßgerät zur Messung mechanischer Schwingungen oder Beschleunigungen geeigneten mechanischen Siebkette.

In der Fig. r ist im Teilschnitt eine zweckmäßige Ausführungsform eines Schwingkristallgerätes nach der Erfindung dargestellt. Der Kristall 1 hat die Form einer gleichmäßigen vierseitigen Doppelpyramide, deren Spitzen in Kappen 2 gelagert sind, welche mit nachgiebigen Stiften 3 verbunden sind, deren Richtung mindestens annähernd mit der die Spitzen des Kristalls verbindenden Achse zusammenfällt. Die Stifte bestehen zweckmäßig aus Stahl; in jedem Fall sind sie so ausgebildet, daß der Kristall gegenüber Schwingungen in Richtung seiner Achse starr und gegen quer dazu auftretende Kräfte nachgiebig gelagert ist. Die Stifte 3 sind mit verdickten Ansätzen 4, 5 verbunden, welche eine Verschraubung der Halterung mit den Membranen 6 gestatten. Oberhalb der oberen Membran 6 ist die auf den Kristall einwirkende träge Masse 10 angebracht, die mit dem benachbarten Stift durch Verschraubung unmittelbar verbunden sein kann. Zwischen der Grundplatte 7 des Gehäuses und der unteren Membran 6, welche mit dem Kristall starr verbunden ist, befindet sich die mechanische Siebkette aus den trägen Platten 8 und den elastischen Platten 9. Die von dem Kristall aufzunehmenden Schwingungen oder Erschütterungen werden durch den Taststift 11 zugeführt, welcher starr mit dem Boden 7 des Gehäuses und über die Siebkette 8,9 sowie die untere¹ Membran 6 mit dem Kristall verbunden ist. Die Abnahmeelektroden des Kristalls sind über die Lötösen 12, 13 mit einem durch die obere Muffe 14 geführten Kabel verbunden.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Frequenzabhängigkeit des Kristalls mit und ohne Siebkette. Die ausgezogene Kurve a zeigt die Schwingungsamplitude α des Kristalls in Abhängigkeit von der Frequenz γ. Die strichpunktierte Linie b zeigt die Abhängigkeit der Amplituden der Siebkette von der Frequenz, und zwar fällt die Kurve kurz vor der Eigenfrequenz ω des Kristalls steil ab, ungefähr bei einem Frequenzwert oj₀, welcher um die Halbwertbreite der Resonanzkurve unterhalb der Eigenfrequenz des Kristalls liegt. Der ausgezogene Ausläufer c der Kurve b stellt die Resultierende der Kurven α und b dar.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Meßgerät zur Messung mechanischer Schwingungen oder Beschleunigungen mit einem Schwingkristall und einer tragen Masse sowie mit einer die Eigenfrequenz des Kristalls abfangenden Dämpfung, gekennzeichnet durch eine zwischen Kristall und Schwingungs- oder Erschütterungserzeuger eingefügte, aus abwechselnd aufeinanderfolgenden tragen

(8) und elastischen (9) Gliedern bestehende mechanische Siebkette.

2. Elektrisches Meßgerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfrequenz (ω₀) der Siebkettenglieder um etwa die Halbwertbreite der Resonanzkurve desi Kristalls unterhalb der Eigenfrequenz des Kristalls liegt.

3· Elektrisches Meßgerät nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebkettenglieder in Form von Platten zweckmäßig von der Querschnittsform des Gehäuses an der Grundplatte des Gehäuses befestigt sind.

4. Elektrisches Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch, gekennzeichnet, daß die Siebkettenglieder innerhalb des Gehäuses angebracht sind.

5. Elektrisches Meßgerät nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Kristalls je eine mit diesem starr verbundene Membran vorgesehen ist, deren obere die träge Masse

(10) trägt und deren untere mit der Siebkette (8, 9) starr verbunden ist.

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

Deutsche Patentschriften Nr. 286781,

322831, 34⁸523;
»Die Umschau«, Bd. 39, 1935, Heft 9,

S. 170 bis 172;

AEG-Mitteilungen, 1940, Heft 3/4, S. 86/87 5 Journal of the optical Society of America,

Bd. 9, 1924, S. 583 bis 585;
The Physical Review, Bd. 23, 1924, S. 116.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen