RU218566U1 - Малогабаритный пьезодатчик удара - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области пьезотехники и может быть использована в качестве датчика ускорения для обнаружения ускорения и вибрации. Как частный случай может использоваться для определения уровня ударных нагрузок. Технический результат достигается тем, что малогабаритный пьезодатчик удара, состоящий из пьезокерамического элемента, закрепленного на магнитной подложке, внешние электроды которого соединены проводниками с токоподводящими выводами, соединяющими их с внешними цепями, представляет собой пьезокерамический многослойный элемент, пригодный для поверхностного монтажа, который изготовлен по пленочной технологии и закреплен припоем на поверхности магнитной подложки, также при изготовлении датчика учтена непропорциональная зависимость соотношения его электрофизических параметров от соотношения его габаритных размеров, кроме того, в качестве исполнительного элемента используется твердотельная цельноспеченная многослойная пьезокерамическая структура, и конструкция датчика предусматривает возможность SMD-монтажа.

Description

Полезная модель относится к области пьезотехники и может быть использована в качестве датчика ускорения для обнаружения ускорения и вибрации. Как частный случай может использоваться для определения уровня ударных нагрузок.

В основу работы малогабаритного пьезодатчика удара (далее - датчика) положено явление прямого пьезоэффекта, позволяющего получить на электродах, используемого в его конструкции пьезокерамического элемента, вследствие его деформации, как реакции на внешнее воздействие, электрический сигнал, зависящий от величины этого воздействия.

Известен датчик ускорения по JP 1997127151 (аналог), который предназначен для определения ускорения транспортного средства [1]. Датчик состоит из кремниевого элемента, закрепленного на стеклянной подложке и электродов. Особенностью кремниевого элемента является наличие особой конструкции опорной балки, поддерживающей основную массовую часть элемента, что предотвращает разрушение всего элемента, повышает надежность и срок службы датчика. Указанные улучшения изобретения достигаются путем введения в конструкцию стопора для смягчения ударов и как следствие для уменьшения смещения электродов. Поскольку при прикладывании к датчику ускорения, которое вызывает значительное смещение одного электрода кремниевого элемента к стороне другого электрода, стопор позволяет компенсировать смещение одного электрода относительно другого. Однако данный датчик содержит избыточно сложные в изготовлении элементы, которые по стоимостным показателям не целесообразно применять в технике, предназначенной для измерения ускорений. Также характер монтажа составных частей и датчика в целом, не будет гарантировать точных и качественных измерений электрофизических характеристик внешних воздействий.

Известен также датчик ускорения по JP 2011117919 (аналог), который используется для обнаружения ускорений, действующих на электронные устройства, такие как жесткие диски [2]. В соответствии с изобретением, датчик ускорения, включает в себя пьезоэлектрическую керамическую пластину, в которой электроды сформированы на обеих основных поверхностях, а одна торцевая сторона в продольном направлении элемента неподвижно закреплена. Цель изобретения, заключающаяся в повышении чувствительности к напряжению, была достигнута путем уменьшения емкости между электродами элемента, посредством удаления электрода на стороне свободного конца. К недостаткам данного изобретения можно отнести трудность изготовления, сложность конструкции и небольшие показатели надежности.

В качестве прототипа выбран малогабаритный датчик удара RU 2621467, который состоит из консольно закрепленного биморфного пьезокерамического элемента и металлокерамического корпуса [3]. Особенностью данного изобретения является то, что при изготовлении датчика учтена непропорциональная зависимость соотношения его электрофизических параметров от соотношения его габаритных размеров и возможность осуществления поверхностного монтажа.

Недостатком прототипа является сложная конструкция, увеличивающая трудоемкость при изготовлении изделия, тем самым, приводя к его удорожанию. Также консольная конструкция биморфного элемента не гарантирует высоких надежностных характеристик датчика при воздействии больших нагрузок.

Для обеспечения высокой надежности и одновременно не трудного монтажа и высоких параметрических показателей требуется не сложная конструкция с отработанной технологией изготовления. В виду указанных факторов, предложено следующее техническое решение.

Технический результат изобретения заключается в применении в качестве датчика детонации в оружейных снарядах датчика, изготовленного по пленочной пьезокерамической технологии, что обеспечивает высокие надежностные характеристики, и который пригоден для поверхностного SMD-монтажа.

Указанный технический результат достигается тем, что малогабаритный пьезодатчик удара, состоящий из пьезокерамического элемента 1, закрепленного на магнитной подложке 2, внешние электроды 3 которого соединены проводниками 4 с токоподводящими выводами, соединяющими их с внешними цепями, представляет собой пьезокерамический многослойный элемент, пригодный для поверхностного монтажа, который изготовлен по пленочной технологии и закреплен припоем на поверхности магнитной подложки, также при изготовлении датчика учтена непропорциональная зависимость соотношения его электрофизических параметров от соотношения его габаритных размеров, кроме того, в качестве исполнительного элемента используется твердотельная цельноспеченная многослойная пьезокерамическая структура, а также конструкция датчика предусматривает возможность SMD-монтажа.

Указанная пленочная технология позволяет достичь высоких показателей чувствительности датчика [4].

Конструкция многослойного пьезоэлемента с выведенными по бокам электродами позволяет без затруднений проводить SMD-монтаж и замену вышедших из строя датчиков.

Использованная технология изготовления позволяет при небольших габаритах датчика получать высокие значения электрофизических параметров.

Использование твердотельной цельноспеченной многослойной пьезокерамической структуры позволяет обеспечить высокие характеристики надежности.

На фигуре приведен внешний вид датчика, где многослойный пьезоэлемент 1 закреплен на магнитной подложке 2, а проводники 4 обеспечивают электрическое соединение между боковыми электродами многослойного пьезоэлемента и внешними токоподводами. Крепление датчика к подложке 2, может осуществляться как путем SMD-монтажа при помощи пайки, так и любыми допустимыми клеевыми составами. Применение магнитной подложки обеспечивает беспрепятственное крепление всей конструкции на поверхность оружейного снаряда или другой аппаратуры.

Для подтверждения результатов на предприятии АО «НИИ «Элпа» была изготовлена партия датчиков. При габаритных размерах 3,1×1,6×1,0 мм датчики имели значения коэффициента преобразования в диапазоне от 2 до 4 пКл/g, что в сравнении с прототипом больше в 2 раза. Кроме того, испытания датчиков на воздействие нагрузки 80000 g показали положительные результаты, что превышает значения допустимой нагрузки у прототипа в 7 раз.

Литература:

1. Заявка JP 1997127151.

2. Заявка JP 2011117919.

3. Патент RU 2621467.

4. Патент RU 2540440.

Claims (4)

1. Малогабаритный пьезодатчик удара, состоящий из пьезокерамического элемента, закрепленного на магнитной подложке, внешние электроды которого соединены проводниками с токоподводящими выводами, соединяющими их с внешними цепями, отличающийся тем, что в качестве пьезокерамического элемента использован многослойный пьезокерамический элемент для поверхностного монтажа, изготовленный по пленочной технологии, закрепленный припоем на поверхности магнитной подложки.

2. Пьезодатчик по п. 1, отличающийся тем, что при его изготовлении учтена непропорциональная зависимость соотношения его электрофизических параметров от соотношения его габаритных размеров.

3. Пьезодатчик по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исполнительного элемента используется твердотельная цельноспеченная многослойная пьезокерамическая структура.

4. Пьезодатчик по п. 1, отличающийся тем, что исполнительный элемент подходит для SMD-монтажа.

Images