RU1781620C - Пьезоэлектрический акселерометр - Google Patents

Abstract

Использование: в измерительной технике . Сущность изобретени : пьезоэлектрический акселерометр, содержащий основание, инерционную массу и расположенные между ними пьезопреобразователи. В основании выполнены осесимметричные выборки с образованием пересекающихс  плоскостей, имеющих перпендикул рные торцевой поверхности основани  плоские боковые грани, на каждой из которых закреплены плоские пьезоэлектрические элементы, причем инерционна  масса состоит из нескольких частей и кажда  по форме повтор ет выборку. 3 ил.

Description

Предполагаемое изобретение относитс  к области измерительной техники, в частности , к измерению вибрационныхускорений с использованием пьезоэлектрических преобразователей или акселерометров.

Известны пьезоэлектрические акселерометры фирмы Брюль и Кьер (Дани ) фабричной марки Delta Sheaz, в которых плоские пьезоэлементы в количестве 3-х штук размещены на гран х треугольной призмы. Пьезоэлементы погружены инерционными массами и поджаты кольцом, охватывающим все три элементы,

Поджатие в виде единого кольца может быть существенно либо металлом, обладающим пам тью, либо при повышенной температуре кольца. И в том. и в другом случае температурный диапазон акселерометра ограничен температурой, при которой ещё сохран етс  упругое поджэтие элементов.

Кроме того, совместное поджатие трех элементов требует очень высокой точности

и чистоты обработки как металлических деталей , так и пьезокерамики. В Частности, чистота обработки пьезокерамики и сопр гаемых с ней металлических поверхностей должна быть не ниже 8-10 класса.

Собственна  электрическа  емкость акселерометра ограничена наличием только 3-х пъезоэлементов, что  вл етс  серьезным недостатком при работе акселерометра на удлиненные линии.

Известны также пьезоэлектрические акселерометры фирмы Endevco (США) конструктивной схемы ИЗОШИР, в которых пакеты плоских пьезоэлементов размещены с двух сторон ножевой опоры и ст нуты единой шпилькой. Основной недостаток этой конструкции - сравнительно низкий резонанс (не более 32 кГц) при достаточно высокой емкости, котора  набрана из пакета пьезоэлементов, соединенных электрически параллельно. В этом также заключен определенный недостаток конструкции, так

как необходимо обеспечить токосъем с рэз- нознаковых электродов пьезоэлементов, а это требует введени  токосъемных шайб. Конструкци  становитс  громоздкой, между пьезоэлементами наход тс  промежуточные слои, снижающие жесткость, прочность и однородность чувствительных узлов, что и приводит к снижению резонансной частоты и температурного диапазона.

Ближайшим аналогом изобретени   вл етс  пьезоакселерометр, в котором основание выполнено в виде многогранника в частности, в форме усеченной пирамиды, на боковых гран х которой укреплены пьезоп- реобразователи, а инерционна  масса снабжена вырезом по форме многогранника.

Выполнение инерционной массы с вырезом , идеально подогнанным ко всем поверхност м усеченной пирамиды, практически не дает возможность реализо- . вать это техническое решение. Это обусловлено необходимостью высокой точности подгонки металлических поверхностей ко всем пьезоэлементам, расположенным на гран х многогранника, что приданной форме сопр гаемых поверхностей достигнуть не удаетс . Така  подгонка возможна при конусных поверхност х, цилиндрических, т.е. обладающих осевой симметрией.

Цель изобретени  - повышение коэффициента преобразовани  и увеличение резонансной частоты.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в пьезоэлектрическом акселерометре, содержащем основание, инерционную массу и расположенные между ними пьезопреобра- зователи в основании выполнены осесим- метричные выборки с образованием пересекающихс  плоскостей, имеющих перпендикул рные торцевой поверхности основани  плоские боковые грани, на каждой из которых закреплены плоские пьезоэлектрические элементы, причем инерционна  масса состоит из нескольких частей и кажда  по форме повтор ет выборки .

Достижение положительного эффекта при использовании за вл емой совокупности существенных признаков обусловлено следующим.

Наличие выборок в верхней части основани  позвол ет увеличить число поверхностей дл  размещени  пьезоэлементов при тех же габаритных ограничени х, что создает услови  дл  резкого возрастани  чувствительности акселерометра по зар ду, а нагружени  пьезоэлементов инерционной массой в выборках приближает ее к геометрической оси, повышает жесткость ее креплени  и конструкции в целом, тем самым повыша  резонансную частоту.

На фиг. 1 показан вид сбоку акселерометра; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг.

3 - торцова  поверхность верхней части основани  с четырьм  выборками, вид сверху. Акселерометр содержит основание 1, на торцевой поверхности верхней части которого (фиг.З) выполнены осесимметричные

0 выборки, имеющие плоские боковые грани 2, перпендикул рные торцевой поверхности основани . На каждой из боковых граней выборок закреплены (приклеены) плоские пьезоэлектрические элементы 3,

5 попарно, подгруженные инерционными массами 4, размещенными в выборках и имеющими форму повтор ющую форму выборки , котора  может быть, например, клиновидной , трапецеидальной или

0 пр моугольной.

Дл  упрощени  технологии изготовлени  верхн   часть основани  с выборками на ее торцевой поверхности может быть изготовлена в виде отдельной детали, пред5 ставл ющей собой, например, крестовину (при упом нутой форме выборки), число которых равно 4/360°, ), которую закреп- л ют на основании (приваривают, приклеивают прит гивают винтами) так, что

0 между пьезоэлементами с инерционными массами и основанием имеетс  зазор. Этим обеспечиваетс  работа пьезоэлементов на сдвиг.

Инерционные элементы 4 электрически

5 закорачиваютс  и соедин ютс  с центральной жилой измерительного кабел  (на фиг. не показан), а основание замыкают на экран кабел .

Акселерометр закрепл етс  на исследу0 емом объекте с помощью шпильки.

В предлагаемой конструкции инерционные массы могут быть выполнены выступающими над торцевой поверхностью верхней части основани  (крестовины) в осевом на5 правлении, а чувствительный узел, образованный верхней частью основани  с размещенными в его выборках пьезоэлементами и инерционными массами, может быть перевернут и установлен на нижней части

0 основани  на инерционные массы. При таком выполнении конструкции инерционные массы станов тс  опорой и выполн ют роль основани  акселерометра, а крестовина - инерционным элементом. Этим достигаетс 

5 резкое увеличение коэффициента преобразовани  акселерометра при некотором снижении резонансной частоты.

Реализаци  конструкции обеспечивает универсальность применени  предлагаемого акселерометра.

Акселерометр работает следующим образом .

При воздействии динамического сигнала вдоль продольной оси акселерометра, инерционные массы 4 установленные с зазором относительно основани  1, вследствие инерции смещаютс  вверх или вниз, деформиру  пьезоэлементы 3 на срез. Пропорционально деформации на электродах пьезоэлементов возникают электрические зар ды, которые через измерительный кабель подаютс  на вход измерительного прибора .

Макетный образец акселерометра массой 6 г и габаритами 016 х 14 мм (без крепежной шпильки) показал коэффициент преобразовани  той же величины, что и акселерометр типа 4391 (Delta 5пеаг,Брюль и Къер, Дани ), при резонансной частоте, вдвое большей (40 кГц - тип 4391, 72-82 кГц - за вл емый акселерометр).

Преимущества за вл емого пьезоаксе- лерометра по сравнению с аналогами заключаетс  в следующем.

Достоинства конструкции ИЗОШИР (Erdevco Corp, США), выраженные в сравнительно высокой емкости, реализуетс  за счет того, что в конструкции имеетс  пьезоэлементов вдвое больше числа выборок. При этом сохран етс  высока  резонансна 

частота, фактически равна  резонансной частоте одного чувствительного узла, размещенного в данной выборке. Доступность обработки поверхностей выборок создает неоспоримое предпосылки дл  реализации конструкции предполагаемого изобретени .

Конструкци  имеет и существенные преимущества перед фабричной маркой Delta Sheaz Брюль и Кьер,Дани ),так как позвол ет в тех же габаритах реализовать, по крайней мере, удвоенную емкость, что дает возможность вдвое увеличить коэффициент преобразовани  по зар ду.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий основание, инерционную массу и расположенные между ними пьезопреобра- зователи, отличающийс  тем, что, с целью повышени  коэффициента преобразование и увеличение резонансной частоты, в основании выполнены осесимметричные выборки с образованием пересекающихс  плоскостей, имеющих перпендикул рные торцевой поверхности основани  плоские боковые грани, на каждой из которых закреплены плоские пьезоэлектрические элементы , причем инерционна  масса состоит из нескольких частей и кажда  по форме повтор ет выборки.

   Фаг. 2