RU202246U1 - Пьезоэлектрический акселерометр - Google Patents
Пьезоэлектрический акселерометр Download PDFInfo
- Publication number
- RU202246U1 RU202246U1 RU2020122907U RU2020122907U RU202246U1 RU 202246 U1 RU202246 U1 RU 202246U1 RU 2020122907 U RU2020122907 U RU 2020122907U RU 2020122907 U RU2020122907 U RU 2020122907U RU 202246 U1 RU202246 U1 RU 202246U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric
- housing
- cylindrical surface
- inertial
- piezoelectric element
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 230000036039 immunity Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности, к пьезоэлектрическим акселерометрам, предназначенным для измерения вибраций и ударных ускорений.Повышение метрологической надежности достигается исполнением пьезоэлектрического элемента в виде полого цилиндра из пьезокерамики, скрепленного с полым инерционным цилиндрическим элементом, расположенным осесимметрично на внутреннем цилиндрическом магнитном держателе корпуса, что позволяет повысить чувствительность и увеличить соотношение сигнал/шум с обеспечением помехозащищенности акселерометра и высокой метрологической надежности.
Description
Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к пьезоэлектрическим акселерометрам, предназначенным для измерения вибраций и ударных ускорений.
Известен пьезоэлектрический акселерометр, содержащий основание корпуса, стойку, пьезоэлектрические шайбы, первую изолирующую шайбу, инерционную массу, гайку, крышку и выходной кабель, при этом дополнительно введены вторая изолирующая шайба, изолирующая втулка, электропроводная шайба и металлорукав, стойка изготовлена отдельно от основания корпуса в виде винта. В основании корпуса сделано круглое отверстие, на стержень винта надеты вторая изолирующая шайба и изолирующая втулка, винт с нижней стороны основания вставлен в отверстие основания корпуса, сверху на стержень винта последовательно надеты первая изолирующая шайба, электропроводная шайба, пьезоэлектрические шайбы, инерционная масса, которая выполнена в виде опрокинутой чашки, нижний край которой расположен на минимальном расстоянии от электропроводной шайбы, причем размеры и форма винта, электропроводной шайбы и инерционной массы подобраны таким образом, что образуется электрический экран, который изолирован от корпуса изолирующими шайбами и втулкой, при помощи гайки все эти детали поджаты к основанию корпуса, все отрицательные обкладки пьезоэлектрических шайб электрически соединены с инерционной массой и с экраном выходного кабеля, который пропущен через крышку и электрически изолирован от корпуса датчика, а все положительные обкладки пьезоэлектрических шайб соединены проводом, который проходит через отверстие в инерционной массе, с центральной жилой выходного кабеля, помещенного в металлорукав, соединенный с корпусом. Патент RU 2402019 С1. Пьезоэлектрический акселерометр, 20.10.2010, Бюл. 29, Кибрик Г.Е., Налдаев Н.Д., Клабуков Ю.В., кл. G01P 15/09.
Недостатками данного акселерометра являются низкая чувствительность и высокий уровень помех, и как следствие, низкая метрологическая надежность.
Известен пьезоэлектрический акселерометр, содержащий поджатый к основанию корпуса пьезоэлектрический элемент, работающий на сжатие - растяжение, и инерционный элемент соединенные электрически параллельно. При этом их вектора поляризации ориентированы вдоль оси чувствительности акселерометра и направлены в разные стороны. Патент RU 2400760 Кирпичев А.А. Пьезоэлектрический акселерометр. Бюл. №27 от 27.09.2010 кл. G01P 15/09 (2006.01 МПК).
Недостатками данного пьезоэлектрического акселерометра являются также низкая чувствительность и низкая метрологическая надежность.
Наиболее близким к полезной модели является пьезоэлектрический сдвиговый датчик акселерометра, содержащий корпус с цилиндрическим основанием и двумя симметрично расположенными стойками, поперечное сечение которых имеет форму сегментов круга. На каждой из плоских противолежащих сторон стоек установлены изолированные от них пьезоэлементы с электродами. Между пьезоэлементами размещено инерционное тело в форме параллелепипеда, противолежащие плоскости которого сопряжены с пьезоэлементами, однополярные стороны которых расположены симметрично относительно инерционного тела. С цилиндрическими участками стоек сопряжено зажимное кольцо. Инерционный груз находится в центре конструкции и пьезокерамический элемент имеет плоскую форму. Пьезоэлементы датчика могут быть выполнены в виде пакетов пьезопластин с электродами, смежные однополярные стороны пьезопластин сопряжены через общий электрод и расположены симметрично относительно инерционного тела. Это позволяет исключить влияние на выходной сигнал датчика дополнительного сигнала помехи, индуцированного внешними электромагнитными полями и/или внешними электрическими потенциалами в основании или корпусе датчика, путем прерывания электрического контакта пьезоэлементов с основанием и корпусом датчика. (Патент RU 143487 U1, кл. G01P 15/09, 27/07/2014, Бюл. №21. Пьезоэлектрический сдвиговый датчик акселерометра. Орлов А.В., Павлов С.В., Селихов A.M., Столяров Ю.Г.)
Недостатками прототипа являются низкая чувствительность и низкая метрологическая надежность из-за высокого уровня фиксируемых помех и шумов.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении метрологической надежности пьезоэлектрического акселерометра и обеспечении его помехозащищенности.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в повышении чувствительности и уровня помехозащищенности благодаря увеличению соотношения сигнал/шум при измерениях по вертикальной оси.
Данный технический результат достигается тем, что пьезоэлектрический акселерометр, содержащий корпус с цилиндрическим основанием, пьезоэлектрический и инерционные элементы, электроды, новым является то, что корпус, снабжен выступом на внутренней цилиндрической поверхности в нижней его части, выполнен цилиндрическим и магнитопроводящим, содержит осевой внутренний магнитный держатель, размер которого равен высоте корпуса, который снабжен выступом на внешней цилиндрической поверхности в верхней ее части, пьезоэлектрический элемент, выполнен из пьезокерамического материала в форме полого трубчатого цилиндра, внешняя поверхность которого скреплена с внутренней цилиндрической поверхностью инерционного элемента, а внутренняя поверхность пьезоэлектрического элемента скреплена с внешней цилиндрической поверхностью держателя, инерционный элемент снабжен выступом, препятствующим возможному продвижению его вверх вдоль трубчатого пьезоэлемента, ниже уровня крепления пьезоэлектрического и инерционного элементов на этом же держателе закреплено изолирующее немагнитное кольцо, скрепленное своей внешней цилиндрической поверхностью с внутренней цилиндрической поверхностью осесимметрично установленного магнитного кольца, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру скрепленного с ним корпуса, на котором расположен выступ, препятствующий продвижению магнитного кольца внутрь корпуса, при этом один из электродов соединен с корпусом на внешней его стороне, а другой электрод выведен через отверстие в верхней части корпуса от пьезоэлектрического элемента.
Осесимметричная установка магнитного кольца с закрепленным на нем корпусом, а также осевого внутреннего магнитного держателя с закрепленным на нем пьезоэлектрическим элементом, выполненным в форме полого трубчатого цилиндра, скрепленного с цилиндрической инерционной массой, в предлагаемой полезной модели обеспечивает полную симметрию всех конструктивных элементов пьезоэлектрического акселерометра относительно вертикальной оси, что ведет к усилению измеряемого виброакустического сигнала по вертикали и повышению соотношения сигнал/шум.
Устройство пьезокерамического акселерометра, изображенного на фигуре, содержит цилиндрический корпус 1, пьезоэлектрический 2 и инерционный 3 элементы. Корпус 1 снабжен выступом 4 на внутренней цилиндрической поверхности в нижней его части и выполнен магнитопроводящим. Корпус 1 включает в себя осевой внутренний магнитный держатель 5, высота которого равна высоте корпуса 1, который снабжен выступом 6 на внешней цилиндрической поверхности в верхней ее части. Пьезоэлектрический элемент 2 выполнен из пьезокерамического материала и имеет вид полого трубчатого цилиндра, при этом внешняя поверхность пьезоэлектрического элемента 2 скреплена с внутренней цилиндрической поверхностью инерционного элемента 3, а внутренняя поверхность пьезоэлектрического элемента 2 скреплена с внешней цилиндрической поверхностью держателя 5 корпуса 1. Инерционный элемент 3 снабжен выступом 7, препятствующим возможному продвижению его вверх вдоль трубчатого пьезоэлемента 2. Ниже уровня крепления пьезоэлектрического 2 и инерционного 3 элементов на этом же держателе 5 закреплено изолирующее немагнитное кольцо 8, скрепленное своей внешней цилиндрической поверхностью с внутренней цилиндрической поверхностью осесимметрично установленного магнитного кольца 9, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру скрепленного с ним корпуса 1. Выступ 4 предназначен для препятствия продвижению магнитного кольца 9 внутрь корпуса 1. Электрод 10, пьезоэлектрического акселерометра соединен с корпусом на внешней его стороне, а другой электрод 11 выведен через отверстие 12 в верхней части корпуса 1 от пьезоэлектрического элемента 2. Вся конструкция пьезоэлектрического акселерометра крепится на поверхность объекта мониторинга 13. Все скрепления выполнены пайкой.
Устройство работает следующим образом. При возникновении вибрации в объекте мониторинга 13 инерционный элемент 3, выполняющий функцию инерционной массы акселерометра и реагирующий на возникающее при вибрации ускорение, смещается вдоль вертикальной оси держателя 5, вызывая механическую деформацию растяжения-сжатия в скрепленном с ним пьезоэлектрическом элементе 2. Возникающее при этом явление пьезоэффекта в пьезоэлектрическом элементе 2 приводит к изменению электрического потенциала между пьезоэлектрическим элементом 2 и корпусом 1, что приводит к изменению разности потенциалов между электродами 10 и 11.
В большинстве случаев существует запрет на нарушение целостности объекта мониторинга при креплении устройства контроля, например, крепление пьезоэлектрического акселерометра на реакторную трубу или различные виды трубопроводов, в которых внутренняя среда находится под давлением, должно осуществляться неразрушающим способом. Именно поэтому для таких объектов мониторинга магнитное крепление устройства контроля является оптимальным.
Экспериментальные исследования на макетных образцах предлагаемой полезной модели подтвердили повышение помехозащищенности и увеличение чувствительности на 18% для данного преобразователя по сравнению с прототипом, а также улучшение соотношения сигнал-шум при меньших массогабаритных показателях и лучшей рентабельности, чем у известных аналогичных преобразователей и прототипа, что свидетельствует о повышении метрологической надежности данной полезной модели.
Claims (1)
- Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий корпус, пьезоэлектрический и инерционные элементы, электроды, отличающийся тем, что корпус снабжен выступом на внутренней цилиндрической поверхности в нижней его части, выполнен цилиндрическим и магнитопроводящим, содержит осевой внутренний магнитный держатель, размер которого равен высоте корпуса, который снабжен выступом на внешней цилиндрической поверхности в верхней ее части, пьезоэлектрический элемент выполнен из пьезокерамического материала в форме полого трубчатого цилиндра, внешняя поверхность которого скреплена с внутренней цилиндрической поверхностью инерционного элемента, а внутренняя поверхность пьезоэлектрического элемента скреплена с внешней цилиндрической поверхностью держателя, инерционный элемент снабжен выступом, препятствующим возможному продвижению его вверх вдоль трубчатого пьезоэлемента, ниже уровня крепления пьезоэлектрического и инерционного элементов на этом же держателе закреплено изолирующее немагнитное кольцо, скрепленное своей внешней цилиндрической поверхностью с внутренней цилиндрической поверхностью осесимметрично установленного магнитного кольца, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру скрепленного с ним корпуса, на котором расположен выступ, препятствующий продвижению магнитного кольца внутрь корпуса, при этом один из электродов соединен с корпусом на внешней его стороне, а другой электрод выведен через отверстие в верхней части корпуса от пьезоэлектрического элемента.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020122907U RU202246U1 (ru) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | Пьезоэлектрический акселерометр |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020122907U RU202246U1 (ru) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | Пьезоэлектрический акселерометр |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU202246U1 true RU202246U1 (ru) | 2021-02-09 |
Family
ID=74550964
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020122907U RU202246U1 (ru) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | Пьезоэлектрический акселерометр |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU202246U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2808718C1 (ru) * | 2023-07-28 | 2023-12-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ"им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Пьезоэлектрический манометр для статических измерений |
CN117825747A (zh) * | 2024-03-04 | 2024-04-05 | 山东利恩斯智能科技有限公司 | 一种中心质量块加速度传感器及其工作方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2098831C1 (ru) * | 1996-01-31 | 1997-12-10 | Игорь Борисович Вишневский | Акселерометр, работающий на деформации сдвига в пьезоэлементе, и способ его изготовления |
US20120204644A1 (en) * | 2011-02-10 | 2012-08-16 | Denis Varak | Accelerometer for high temperature applications |
RU143487U1 (ru) * | 2014-02-04 | 2014-07-27 | Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор", ЗАО "Вибро-прибор" | Пьезоэлектрический сдвиговый датчик акселерометра |
RU2566411C1 (ru) * | 2014-09-08 | 2015-10-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Пьезоэлектрический акселерометр |
-
2020
- 2020-07-06 RU RU2020122907U patent/RU202246U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2098831C1 (ru) * | 1996-01-31 | 1997-12-10 | Игорь Борисович Вишневский | Акселерометр, работающий на деформации сдвига в пьезоэлементе, и способ его изготовления |
US20120204644A1 (en) * | 2011-02-10 | 2012-08-16 | Denis Varak | Accelerometer for high temperature applications |
RU143487U1 (ru) * | 2014-02-04 | 2014-07-27 | Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор", ЗАО "Вибро-прибор" | Пьезоэлектрический сдвиговый датчик акселерометра |
RU2566411C1 (ru) * | 2014-09-08 | 2015-10-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Пьезоэлектрический акселерометр |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2808718C1 (ru) * | 2023-07-28 | 2023-12-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ"им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Пьезоэлектрический манометр для статических измерений |
CN117825747A (zh) * | 2024-03-04 | 2024-04-05 | 山东利恩斯智能科技有限公司 | 一种中心质量块加速度传感器及其工作方法 |
CN117825747B (zh) * | 2024-03-04 | 2024-06-07 | 山东利恩斯智能科技有限公司 | 一种中心质量块加速度传感器及其工作方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105190248B (zh) | 磁性线性或旋转编码器 | |
JPH028750A (ja) | 加速度センサ及びその製造方法 | |
RU189089U1 (ru) | Устройство для измерения вибраций | |
CN101769938B (zh) | 基于光纤光栅的直拉式加速度传感器 | |
RU202246U1 (ru) | Пьезоэлектрический акселерометр | |
GB2259985A (en) | Touch signal probe | |
US3233465A (en) | Accelerometer | |
RU2676059C1 (ru) | Микросистемный индикатор электрических полей космических аппаратов | |
CN206787712U (zh) | 爆破用边坡振动监测仪 | |
CN217716643U (zh) | 一种无源伺服振动传感器 | |
CN116735988A (zh) | 一种振膜式电场传感器装置 | |
CN201274084Y (zh) | 欠阻尼多级测震报警装置 | |
CN101650219A (zh) | 内球式矢量振动传感器 | |
SE462875B (sv) | Accelerationsgivare | |
RU2709420C1 (ru) | Объемный датчик механических колебаний | |
CN210464655U (zh) | 一种基于物联网的震动反馈测定装置 | |
CN203811324U (zh) | 一种爆震传感器 | |
RU143487U1 (ru) | Пьезоэлектрический сдвиговый датчик акселерометра | |
US8400145B2 (en) | Systems and methods for performing vibration analysis using a variable-reluctance sensor | |
CN105005071B (zh) | 磁悬浮电容式地脉动拾振器 | |
JP3809599B2 (ja) | 加速度センサー | |
RU113013U1 (ru) | Микромеханический акселерометр | |
CN205282386U (zh) | 一种双频率震动触发开关 | |
Atsumi et al. | Pillar-shaped electrodes for 3-axis gold-proof-mass MEMS capacitive accelerometers | |
CN209486129U (zh) | 一种高灵敏度压电加速度传感器 |