Piezoelektrische Meßeinrichtung
Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische
Meßeinrichtung für Meßgrößen, die als kleine Längenänderungen erfaßbar sind, insbesondere
zur Beschleunigungsmessung.Piezoelectric measuring device
The invention relates to a piezoelectric
Measuring device for measured variables that can be detected as small changes in length, in particular
for acceleration measurement.
Bei einem bekannten piezoelektrischen Beschleunigungsmesser ist eine
träge Masse von erheblichem Gewicht nachgiebig an einem Tragblock aufgehängt und
übt einen unmittelbaren Druck auf eine Quarzsäule aus. Der Druck unterliegt den
Änderungen der Meßgröße und löst dadurch an dem Quarz Wechselladungen aus, welche
über einen Verstärker durch einen Oszillographen oder eine ähnliche Anzeigeeinrichtung
zur Anzeigung gebracht werden. Ein Meßgerät dieser Art ist wegen der schweren trägen
Masse nur beschränkt verwendbar und erfordert eine leitende Verbindung mit dem Anzeigegerät.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine piezoelektrische Meßeinrichtung zu schaffen,
welche von diesen Beschränkungen frei ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht,
daß die Meßgröße auf die bewegliche Elektrode eines piezoelektrischen Schwingkristalls
zur Einwirkung gebracht und die Frequenz änderung, welche durch die dadurch bedingte
Lageänderung dieser Elektrode ausgelöst wird, als Maß für die zu messende Größe
ausgewertet wird. In a known piezoelectric accelerometer, there is one
inert mass of considerable weight hung resiliently on a support block and
puts an immediate pressure on a quartz column. The pressure is subject to the
Changes in the measured variable and thereby triggers alternating charges on the quartz, which
via an amplifier through an oscilloscope or similar display device
be brought to the display. A measuring device of this type is sluggish because of its heavy weight
Ground can only be used to a limited extent and requires a conductive connection to the display device.
The invention now has the task of creating a piezoelectric measuring device,
which is free from these restrictions. According to the invention this is achieved by
that the measured variable on the movable electrode of a piezoelectric oscillating crystal
brought into effect and the frequency change, which is caused by the
Change in position of this electrode is triggered as a measure of the size to be measured
is evaluated.
Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung wird also der reziproke Effekt
ausgewertet, welcher darin besteht, daß ein in ein elektrisches Wechselfeld
gebrachter
piezoelektrischer - Kristall zu Schwingungen angeregt wird. Im Falle der Ubereinstimmung
der mechanischen Eigenfrequenz des Kristalls und der Frequenz der erregenden elektrischen
Wechselspannung entsteht Resonanz. Wird nun bei einem solchen Schwingkristallsystem
der Abstand der Elektroden von dem Schwingkristall verändert, so wird: damit auch
die Resonanzfrequenz bekanntlich verlagert. Diese Frequenzänderung kann für Beschleuniguligsmessungen
erfindungsgemäß dadurch herbeigeführt werden, daß die bewegliche Elektrode durch
eine gewichtsbelastete Membran gebildet wird, welche bei Geschwindigkeitsänderungen
des Schwingkristallsystems, welches dann an der zu untersuchenden Bewegung teilnehmen
muß, ihren Abstand von dem Schwingkristall ändert. In the device according to the invention, the reciprocal effect is thus achieved
evaluated, which consists in the fact that an alternating electric field
brought
piezoelectric - crystal is excited to vibrate. In case of agreement
the mechanical natural frequency of the crystal and the frequency of the exciting electrical
AC voltage creates resonance. Is now with such a vibrating crystal system
If the distance between the electrodes and the oscillating crystal is changed, so is: thus also
the resonance frequency is known to be shifted. This frequency change can be used for acceleration measurements
be brought about according to the invention in that the movable electrode by
a weight-loaded membrane is formed, which in response to changes in speed
of the oscillating crystal system, which then participate in the movement to be examined
must change their distance from the oscillating crystal.
Diese Frequenzänderung kann man nun dadurch weiter auswerten, daß
man dem Meßkristallsystem einen zweiten kristallgesteuerten Oszillator zuordnet,
dessen Frequenz in der Kähe der Ruhefrequenz des Meßkristalls liegt. Aus der Oszillatorfrequenz
und der MeBkristallfrequenz entsteht nun eine Überlagerung, deren Differenzfrequenz
man leicht zur Anzeige bringen kann. Dies kann dadurch geschehen, daß man das Meßkristallsystem
und den Oszillatorkreis an ein besonderes Mischgerät anschließt, das ein Anzeigegerät
für die Differenzfrequenz betreibt. Man kann aber auch sich eines Empfangsgerätes
bedienen, welches auf das Meßkristallsystem und den Oszillatorkreis abgestimmt ist.This change in frequency can now be further evaluated in that
a second crystal-controlled oscillator is assigned to the measuring crystal system,
the frequency of which is close to the resting frequency of the measuring crystal. From the oscillator frequency
and the measuring crystal frequency is now superimposed, its difference frequency
can be easily brought to the display. This can be done by using the measuring crystal system
and connects the oscillator circuit to a special mixer which is a display device
operates for the difference frequency. But you can also get a receiving device
use which is matched to the measuring crystal system and the oscillator circuit.
Des weiteren können aber auch gemäß der Erfindung das Meßkriistalllsystem
und der Oszillator zur Modulation eines Senders herangezogen werden, der selbsterregt
oder kristallgesteuert arbeiten kann. Furthermore, the measuring crystal system can also be used according to the invention
and the oscillator can be used to modulate a transmitter that is self-excited
or can work crystal controlled.
Die Ausstrahlungen dieses Senders können dann an einem beliebigen
Ort empfangen werden.The broadcasts of this station can then be sent to any
Place to be received.
Der Meßort und die Stelle der Anzeige können also praktisch beliebig
weit voneinander entfernt sein, ohne daß zwischen beiden Stellen eine leitende Verbindung
zu bestehen braucht. Die bei Beschleunigungsmessungen mit der als Elektrode dienenden
Membran zu koppelnde Masse ist verhältnismäßig gering. The measuring location and the position of the display can be practically arbitrary
be far apart without a conductive connection between the two points
needs to exist. The ones used as an electrode for acceleration measurements
The mass to be coupled to the membrane is relatively small.