RU2421736C1 - Accelerometer - Google Patents
Accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2421736C1 RU2421736C1 RU2009138793/28A RU2009138793A RU2421736C1 RU 2421736 C1 RU2421736 C1 RU 2421736C1 RU 2009138793/28 A RU2009138793/28 A RU 2009138793/28A RU 2009138793 A RU2009138793 A RU 2009138793A RU 2421736 C1 RU2421736 C1 RU 2421736C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elastically deformable
- deformable element
- recesses
- plates
- piezoelectric elements
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Заявленное техническое решение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для измерения ускорения и углового положения относительно горизонта.The claimed technical solution relates to the field of measurement technology and can be used in instrumentation and mechanical engineering for measuring acceleration and angular position relative to the horizon.
Известен «Акселерометр на поверхностных акустических волнах (ПАВ)» по патенту Великобритании 2117115 (А) от 05.10.1983 года, МПК G01P 15/08, G01P 15/097 - [1], содержащий упругодеформируемый элемент, защемленный с одной стороны в опорный держатель, а с другой стороны в инерционную массу и выполненный в виде пластины пьезоэлемента с симметрично нанесенными на нее с обеих сторон ПАВ-структурами в местах возникновения максимальных механических деформаций упругодеформируемого элемента.The well-known "Accelerometer on surface acoustic waves (SAW)" according to the patent of Great Britain 2117115 (A) from 10/05/1983, IPC G01P 15/08, G01P 15/097 - [1] containing an elastic deforming element clamped on one side to a support holder and, on the other hand, into an inertial mass and made in the form of a piezoelectric element plate with SAW structures symmetrically applied to it on both sides in the places where maximum mechanical deformations of the elastically deformable element occur.
Недостатком известного акселерометра [1] является то, что упругодеформируемый элемент устройства, являющийся пьезоэлементом с ПАВ-структурами, работает на изгиб, при котором точность измерения ПАВ-структурами снижена по сравнению с их работой на растяжение-сжатие.A disadvantage of the known accelerometer [1] is that the elastically deformable element of the device, which is a piezoelectric element with SAW structures, works in bending, in which the measurement accuracy of SAW structures is reduced compared to their tensile-compression work.
Известно «Устройство для измерения силы сжатия» по патенту РФ №2320968 от 27.03.2008 года, МПК G01L 1/16 - [2], содержащее вспомогательный упругодеформируемый элемент: Г-образную консоль, на внутренней и наружной поверхностях которой выполнены выемки (прорези), обеспечивающие изгиб консоли по длине выемок, в которых установлены пьезокварцевые резонаторы.It is known "Device for measuring the compression force" according to the patent of the Russian Federation No. 2320968 of 03/27/2008, IPC G01L 1/16 - [2], containing an auxiliary elastically deformable element: a L-shaped console, on the inner and outer surfaces of which there are recesses (slots) providing bending of the console along the length of the recesses in which piezoelectric crystals are installed.
Устройство [2] предназначено для измерения силы сжатия и не предназначено для работы в качестве акселерометра. При этом пьезокварцевые резонаторы установлены непосредственно в выемках (прорезях) упругодеформируемого элемента, что обуславливает их работу в основном, на изгиб, при котором точность измерения пьезокварцевых резонаторов снижена по сравнению с их работой на растяжение-сжатие. Также установленные на стальной Г-образной пластине два пьезокварцевых резонатора ввиду несимметричности последней будут работать неодинаково и вносить искажения в работу устройства, а наличие навесных контактных проводников к двум пьезокварцевым резонаторам дополнительно снижают его надежность.The device [2] is designed to measure the compression force and is not intended to operate as an accelerometer. In this case, the piezoelectric crystals are mounted directly in the recesses (slots) of the elastically deformable element, which causes their work mainly in bending, in which the measurement accuracy of the piezoelectric crystals is reduced compared to their tensile-compression work. Also, two piezoelectric crystals mounted on a steel L-shaped plate, due to the asymmetry of the latter, will work differently and introduce distortions into the operation of the device, and the presence of mounted contact conductors to two piezoelectric crystals will further reduce its reliability.
Известно расположение над выемкой упругодеформируемого элемента (мембраны) пьезоэлемента, который жестко присоединен своими концами к мембране работает преимущественно на сжатие-растяжение, в «Барочувствительном элементе» по патенту Российской Федерации 2107273, МПК G01L 9/08, опубл. 20.03.1998 года - [3], причем пьезоэлемент выполнен в виде кварцевого камертона.It is known the location above the recess of the elastically deformable element (membrane) of the piezoelectric element, which is rigidly attached at its ends to the membrane, works primarily on compression-tension, in the “Baro sensitive element” according to the patent of the Russian Federation 2107273, IPC G01L 9/08, publ. 03/20/1998 - [3], and the piezoelectric element is made in the form of a quartz tuning fork.
Пьезоэлемент при его известной установке по устройству [3] обладает высокой чувствительностью, однако он предназначен для измерения давления, и его применение для акселерометров не известно, а конструктивно практически не возможно.The piezoelectric element with its known installation according to the device [3] has a high sensitivity, however, it is designed to measure pressure, and its use for accelerometers is not known, and it is practically impossible to constructively.
Прототипом заявляемого технического решения является акселерометр по патенту Франции 2537726 от 15.06.1984 года, МПК G01P 15/08, G01P 15/097 - [4], содержащий упругодеформируемый элемент, защемленный с одной стороны в опорный держатель, а с другой стороны в инерционную массу и имеющий концентратор механических напряжений в виде выемки своего поперечного сечения, вблизи которой и с обеих сторон упругодеформируемого элемента в местах возникновения максимальных механических деформаций упругодеформируемого элемента расположены измерительные ПАВ-структуры, причем упругодеформируемый элемент выполнен в виде пластины пьезоэлемента с симметрично нанесенными на нее с обеих сторон ПАВ-структурами.The prototype of the claimed technical solution is an accelerometer according to French patent 2537726 from 06.15.1984, IPC G01P 15/08, G01P 15/097 - [4], containing an elastic deforming element, pinched on one side into a support holder, and on the other hand into an inertial mass and having a stress concentrator in the form of a recess of its cross section, close to which and on both sides of the elastically deformable element, in the places where maximum mechanical deformations of the elastically deformable element occur, measuring SAW structures are located, moreover, the elastically deformable element is made in the form of a piezoelectric element plate with SAW structures symmetrically applied to it from both sides.
Недостатком прототипа [4] является то, что его упругодеформируемый элемент, выполненный в виде пластины пьезоэлемента с нанесенными на нее ПАВ-структурами, работает на изгиб, что обуславливает сравнительно низкую чувствительность ПАВ-структур и невысокую точность показаний. Известно, что чувствительность пьезоэлемента с нанесенной на него ПАВ-структурой на порядок выше при его работе на растяжение-сжатие, чем при работе на изгиб. Это обусловлено тем, что при изгибе пьезоэлемента скорость прохождения ПАВ меняется и становится неравномерной, и, как следствие, образуются временные разбросы при прохождении ПАВ между электродами пьезоэлемента, что приводит к увеличению погрешности измерений. Кроме того, применение в акселерометре разнородных материалов приводит к существенным температурным погрешностям.The disadvantage of the prototype [4] is that its elastically deformable element, made in the form of a piezoelectric element plate with SAW structures deposited on it, works in bending, which leads to a relatively low sensitivity of SAW structures and low accuracy of readings. It is known that the sensitivity of a piezoelectric element with a surfactant structure deposited on it is an order of magnitude higher when it is stretched-compressed than when bent. This is due to the fact that when the piezoelectric element is bent, the speed of passage of the surfactant changes and becomes uneven, and, as a result, temporary spreads occur during the passage of the surfactant between the electrodes of the piezoelectric element, which leads to an increase in the measurement error. In addition, the use of dissimilar materials in the accelerometer leads to significant temperature errors.
Указанные недостатки прототипа ставят задачу снижения погрешности измерений, повышения точности и чувствительности устройства.These disadvantages of the prototype set the task of reducing the measurement error, increasing the accuracy and sensitivity of the device.
Поставленная задача достигается тем, что в акселерометре, содержащем упругодеформируемый элемент, закрепленный с одной стороны в опорный держатель, а с другой стороны в инерционную массу и имеющий концентратор механических напряжений в виде выемок своего поперечного сечения, вблизи которых и с обеих сторон упругодеформируемого элемента в местах возникновения его максимальных механических деформаций расположены пьезорезонансные структуры, пьезорезонансные структуры выполнены в виде отдельных пластин измерительных пьезоэлементов, упругодеформируемый элемент из пьезоэлектрического материала имеет с обеих сторон одинаковые выемки, над которыми симметрично закреплены своими концами пластины измерительных пьезоэлементов с ПАВ-структурами (с возможностью их преимущественного продольного сжатия-растяжения), при этом кристаллографические оси упругодеформируемого элемента из пьезоэлектрического материала и пластин измерительных пьезоэлементов ориентированы одинаково. Пластины измерительных пьезоэлементов могут быть выполнены со структурами на объемных акустических волнах (ОАВ). Пластины измерительных пьезоэлементов с ПАВ- (или ОАВ-) структурами могут быть прикреплены к упругодеформируемому элементу из пьезоэлектрического материала низкотемпературной стеклянной пайкой. Опорный держатель и инерционная масса акселерометра могут быть выполнены из материала упругодеформируемого элемента - пьезоэлектрического материала, и их кристаллографические оси ориентированы одинаково с кристаллографическими осями упругодеформируемого элемента и пластин измерительных пьезоэлементов. В качестве материала упругодеформируемого элемента может быть использован металлический сплав с постоянным модулем упругости в рабочем диапазоне температур. При этом пластины измерительных пьезоэлементов с ПАВ- (или ОАВ-) структурами могут быть закреплены своими концами при помощи клея или металлостеклянной пайкой. В качестве материала упругодеформируемого элемента может быть использован композиционный материал с нанесенным на него слоем металла, пластины измерительных пьезоэлементов с ПАВ- (или ОАВ-) структурами закреплены своими концами при помощи пайки (при этом электрические электроды могут быть выполнены травлением металлического слоя упругодеформируемого элемента). В качестве инерционной массы акселерометра может быть использован удлиненный участок его упругодеформируемого элемента. Выемки упругодеформируемого элемента могут быть выполнены прямоугольными, при этом пластины измерительных пьезоэлементов своими концевыми торцами закреплены в выемках заподлицо поверхностям упругодеформируемого элемента и с зазором к основанию выемок.The problem is achieved in that in an accelerometer containing an elastically deformable element fixed on one side to a support holder and, on the other hand, to an inertial mass and having a stress concentrator in the form of recesses of its cross section, in the vicinity of which and on both sides of the elastically deformable element, in places of the occurrence of its maximum mechanical deformations, piezoresonance structures are located, piezoresonance structures are made in the form of separate plates of measuring piezoelectric elements, the piezoelectric deformable element made of piezoelectric material has identical recesses on both sides, above which the plates of measuring piezoelectric elements with surfactant structures are symmetrically fixed with their ends (with the possibility of their predominant longitudinal compression-extension), while the crystallographic axes of the elastically deformable element of piezoelectric material and plates of the measuring piezoelectric elements the same way. The plates of the measuring piezoelectric elements can be made with structures on volumetric acoustic waves (OAV). Plates of measuring piezoelectric elements with SAW- (or OAV-) structures can be attached to an elastically deformable element of a piezoelectric material by low-temperature glass soldering. The supporting holder and the inertial mass of the accelerometer can be made of the material of the elastically deformable element — the piezoelectric material, and their crystallographic axes are oriented identically with the crystallographic axes of the elastically deformable element and the plates of the measuring piezoelectric elements. As a material of an elastically deformable element, a metal alloy with a constant modulus of elasticity in the operating temperature range can be used. In this case, the plates of the measuring piezoelectric elements with surfactant- (or OAV-) structures can be fixed at their ends with glue or metal-glass soldering. As the material of the elastically deformable element, a composite material with a metal layer deposited on it can be used, the plates of the measuring piezoelectric elements with SAW (or OAV-) structures are fixed at their ends by soldering (in this case, the electrodes can be etched by the metal layer of the elastically deformable element). As the inertial mass of the accelerometer, an elongated section of its elastically deformable element can be used. The recesses of the elastically deformable element can be made rectangular, while the plates of the measuring piezoelectric elements with their end ends are fixed in the recesses flush with the surfaces of the elastically deformable element and with a gap to the base of the recesses.
Введение признаков «пьезорезонансные структуры выполнены в виде отдельных пластин измерительных пьезоэлементов… и упругодеформируемого элемента, с обеих сторон которого выполнены одинаковые выемки, над которыми симметрично закреплены своими концами пластины измерительных пьезоэлементов с ПАВ-структурами (с возможностью их преимущественного продольного сжатия-растяжения)» необходимо для изменения условий работы пьезоэлементов с изгиба на преимущественно растяжение-сжатие, что существенно снижает погрешность измерений, а также повышает точность и чувствительность устройства в целом.The introduction of the signs “piezoresonance structures are made in the form of separate plates of measuring piezoelectric elements ... and an elastically deformable element, on both sides of which identical recesses are made, on which plates of measuring piezoelectric elements with surfactant structures are symmetrically fixed at their ends (with the possibility of their predominant longitudinal compression-extension)” to change the working conditions of piezoelectric elements from bending to predominantly tension-compression, which significantly reduces the measurement error, as well as Increases the accuracy and sensitivity of the device as a whole.
Введение признака «кристаллографические оси упругодеформируемого элемента из пьезоэлектрического материала и пластин измерительных пьезоэлементов с ПАВ-структурами ориентированы одинаково» необходимо для сведения к минимуму температурных деформаций и, как следствие, температурных искажений при измерении устройством в рабочем диапазоне температур.The introduction of the criterion “crystallographic axes of an elastically deformable element of piezoelectric material and plates of measuring piezoelectric elements with SAW structures are oriented identically” is necessary to minimize temperature deformations and, as a result, temperature distortions when measuring by the device in the operating temperature range.
Введение признака «пластины измерительные выполнены со структурами на объемных акустических волнах» необходимо для существенного повышения точности и стабильности метрологических характеристик, которыми обладают измерительные пьезоэлементы с ОАВ-структурами по сравнению с измерительными пьезоэлементами с ПАВ-структурами.The introduction of the characteristic “measuring plates made with structures on volumetric acoustic waves” is necessary to significantly improve the accuracy and stability of metrological characteristics that measuring piezoelectric elements with OAV structures have in comparison with measuring piezoelectric elements with SAW structures.
Введение признака «пластины измерительных пьезоэлементов могут быть прикреплены к упругодеформируемому элементу из пьезоэлектрического материала низкотемпературной стеклянной пайкой» необходимо для значительного повышения, по сравнению с клеевым соединением долговременной стабильности, существенно снижающей уход калибровочных характеристик по времени, то есть, другими словами, для улучшения метрологических характеристик.The introduction of the characteristic “measuring piezoelectric element plates can be attached to an elastically deformable element of piezoelectric material by low-temperature glass soldering” is necessary to significantly increase, in comparison with the adhesive joint, long-term stability, which significantly reduces the departure of calibration characteristics in time, that is, in other words, to improve metrological characteristics .
Введение признака «опорный держатель и инерционная масса акселерометра могут быть выполнены из материала упругодеформируемого элемента - пьезоэлектрического материала, и их кристаллографические оси ориентированы одинаково с кристаллографическими осями упругодеформируемого элемента и пластин измерительных пьезоэлементов» необходимо для сведения к минимуму температурных деформационных искажений в работе предложенного устройства. Ориентирование кристаллографических осей всех элементов устройства одинаково позволит свести к минимуму воздействие температурной анизотропии устройства в целом.The introduction of the sign “supporting holder and inertial mass of the accelerometer can be made of a material of an elastically deformable element — a piezoelectric material, and their crystallographic axes are oriented identically with the crystallographic axes of an elastically deformable element and plates of measuring piezoelectric elements” is necessary to minimize temperature deformation distortions in the operation of the proposed device. Orientation of the crystallographic axes of all elements of the device in the same way will minimize the effect of temperature anisotropy of the device as a whole.
Введение признака «в качестве материала может быть использован металлический сплав с постоянным модулем упругости в рабочем диапазоне температур, а пластины измерительных пьезоэлементов закреплены своими концами при помощи клея» необходимо для расширения возможного диапазона применения устройств - акселерометров - в самых различных областях техники. Применение металлического сплава позволяет существенно увеличить величину измеряемых ускорений без разрушения устройства, то есть увеличить прочность и стойкость к механическим воздействиям (в том числе и ударным). Применение же «металлического сплава с постоянным модулем упругости в рабочем диапазоне температур» позволяет существенно улучшить метрологические характеристики устройства.The introduction of the sign “a metal alloy with a constant modulus of elasticity in the working temperature range, and the measuring piezoelectric element plates are fixed at their ends with glue” can be used as a material ”is necessary to expand the possible range of application of devices - accelerometers - in various fields of technology. The use of a metal alloy can significantly increase the measured accelerations without destroying the device, that is, increase the strength and resistance to mechanical stress (including shock). The use of "metal alloy with a constant modulus of elasticity in the operating temperature range" can significantly improve the metrological characteristics of the device.
Введение признака «пластины измерительных пьезоэлементов могут быть закреплены своими концами на упругодеформируемом металлическом элементе металлостеклянной пайкой», так же как и введение для пьезоэлектриков низкотемпературной стеклянной пайки, необходимо для улучшения метрологических характеристик соединения, долговременной стабильности, выражающейся в существенно снижающемся уходе калибровочных характеристик по времени.The introduction of the feature “measuring piezoelectric element plates can be fixed with their ends on an elastically deformable metal element by metal-glass soldering”, as well as the introduction of low-temperature glass soldering for piezoelectrics, is necessary to improve the metrological characteristics of the compound, long-term stability, which is reflected in a significantly reduced departure of the calibration characteristics in time.
Введение признака «в качестве материала упругодеформируемого элемента может быть использован композиционный материал с нанесенным на него слоем металла, пластины измерительных пьезоэлементов закреплены своими концами при помощи пайки» необходимо для того, чтобы выровнять (сделать одинаковыми) коэффициенты линейных расширений материалов упругодеформируемого элемента и измерительных пьезоэлементов. Тем самим свести к минимуму влияния температурных (паразитных) воздействий при различных условиях окружающей среды. Известно, что нанесенному на композитный материал тонкому слою металла как бы «навязываются» свойства основания, то есть стеклотекстолита или углепластика. Коэффициенты линейного расширения стеклотекстолита и углепластика приближаются к коэффициенту линейного расширения измерительных пьезоэлементов. Коэффициент упругости углепластика выше, чем у некоторых металлов, и это значительно повышает надежность заявляемого устройства и точность его измерений. Выполнение контактных площадок и проводников травлением нанесенного (тонкого) слоя металла (при стандартной технологии травления) позволяет исключить навесные проводники, являющиеся дополнительными концентраторами механических напряжений и снижающие надежность устройства в целом, а также унифицировать конструктивно упругодеформированный элемент, повысить его технологичность и снизить стоимость при производстве. Нанесенный (и частично вытравленный) на композитном материале (стеклотекстолите или углепластике) тонкий слой металла служит печатными проводниками. Закрепление на контактных площадках упругодеформируемого элемента измерительных пьезоэлементов в виде пайки повысит качество и надежность крепления, а также создаст возможность автоматизации сборки устройства. Так, паяное соединение (по сравнению с клеевым) дает значительное повышение точности передачи деформации на измерительный пьезоэлемент.The introduction of the sign “as a material of an elastically deformable element, a composite material with a metal layer deposited on it can be used, the plates of the measuring piezoelectric elements are fixed at their ends by soldering” is necessary in order to align (make the same) the linear expansion coefficients of the materials of the elastically deformable element and the measuring piezoelectric elements. This minimizes the effects of temperature (spurious) influences under various environmental conditions. It is known that a thin layer of metal deposited on a composite material “imposes” the properties of the base, that is, fiberglass or carbon fiber. The coefficients of linear expansion of fiberglass and carbon fiber are close to the coefficient of linear expansion of the measuring piezoelectric elements. The coefficient of elasticity of carbon fiber is higher than that of some metals, and this significantly increases the reliability of the claimed device and the accuracy of its measurements. The implementation of contact pads and conductors by etching the applied (thin) layer of metal (with standard etching technology) eliminates hinged conductors, which are additional concentrators of mechanical stresses and reduce the reliability of the device as a whole, as well as unify the structurally elastic-deformed element, increase its manufacturability and reduce the cost of production . A thin layer of metal applied (and partially etched) on a composite material (fiberglass or carbon fiber reinforced plastic) serves as printed conductors. The fastening on the contact pads of the elastically deformable element of the measuring piezoelectric elements in the form of soldering will increase the quality and reliability of the fastening, as well as create the ability to automate the assembly of the device. So, a solder joint (in comparison with an adhesive) gives a significant increase in the accuracy of the transfer of strain to the measuring piezoelectric element.
Введение признака «в качестве инерционной массы акселерометра может быть использован удлиненный участок его упругодеформируемого элемента» необходимо для упрощения конструкции акселерометра и исключения в нем дополнительных элементов и их соединений, которые вносят помехи при измерениях.The introduction of the sign “an elongated section of its elastically deformable element can be used as the inertial mass of the accelerometer” is necessary to simplify the design of the accelerometer and to exclude additional elements and their compounds in it that introduce interference during measurements.
Введение признака «выемки упругодеформируемого элемента выполнены прямоугольными, при этом пластины измерительных пьезоэлементов своими концевыми торцами закреплены в выемках заподлицо поверхностям упругодеформируемого элемента и с зазором к основанию выемок» необходимо для однозначного (фиксированного по ориентации) закрепления пластин измерительных пьезоэлементов на упругодеформированном элементе и сведения к минимуму сдвиговых деформаций клея или спая при работе пластин измерительных пьезоэлементов на сжатие.The introduction of the sign “recesses of an elastically deformable element is made rectangular, while the plates of the measuring piezoelectric elements with their end ends are fixed flush with the surfaces of the elasto-deformable element and with a gap to the base of the recesses” is necessary for unambiguous (fixed in orientation) fixing the plates of the measuring piezoelectric elements to the minimally deformed element of the minimally deformed element shear deformations of glue or adhesion during the work of plates of measuring piezoelectric elements for compression.
На фиг.1 представлен схематичный чертеж акселерометра с инерционной массой; на фиг.2 - схематичный чертеж акселерометра, в котором в качестве инерционной массы использован удлиненный участок упругодеформируемого элемента, на фиг.3 - схематичный чертеж акселерометра с торцевым креплением пластин измерительных пьезоэлементов.Figure 1 presents a schematic drawing of an accelerometer with an inertial mass; figure 2 is a schematic drawing of an accelerometer, in which the elongated portion of an elastically deformable element is used as the inertial mass; figure 3 is a schematic drawing of an accelerometer with end-face mounting of measuring piezoelectric element plates.
Акселерометр содержит упругодеформируемый элемент 1 из пьезоэлектрического материала, защемленного с одной стороны в опорный держатель 2, а с другой стороны в инерционную массу 3. Упругодеформируемый элемент 1 имеет с обеих сторон одинаковые (и симметрично расположенные) выемки 4 и 5, над которыми симметрично закреплены своими концами пластины 6 и 7 измерительных пьезоэлементов с ПАВ-структурами с возможностью их продольного сжатия-растяжения, а кристаллографические оси упругодеформируемого элемента 1 и пластин 6 и 7 измерительных пьезоэлементов с ПАВ-структурами ориентированы одинаково. Пластины 6 и 7 измерительных пьезоэлементов могут быть выполнены с ОАВ-структурами. Пластины 6 и 7 измерительных пьезоэлементов могут быть прикреплены к упругодеформируемому элементу 1 из пьезоэлектрического материала при помощи низкотемпературной стеклянной пайки. Опорный держатель 2 и инерционная масса 3 могут быть выполнены из материала упругодеформируемого элемента - пьезоэлектрического материала, и при этом их кристаллографические оси ориентированы одинаково с кристаллографическими осями упругодеформируемого элемента 1 и пластин 6 и 7 измерительных пьезоэлементов. В качестве материала упругодеформируемого элемента 1 может быть использован металлический сплав с постоянным модулем упругости в рабочем диапазоне температур, например дисперсно-твердеющие сплавы (стали) 36НХТЮ или 44НХТЮ, называемые «элинвар». При этом пластины 6 и 7 измерительных пьезоэлементов с ПАВ- или ОАВ-структурами закреплены своими концами при помощи клея или же металлостеклянной пайкой. В качестве материала упругодеформируемого элемента 1 может быть использован композиционный материал с нанесенным на него слоем металла, при этом пластины 6 и 7 измерительных пьезоэлементов с ПАВ- или ОАВ-структурами закреплены своими концами при помощи пайки, а их электрические электроды выполнены травлением металлического слоя упругодеформируемого элемента 1. В качестве инерционной массы 3 может быть использован удлиненный участок упругодеформируемого элемента 1. Пластины 6 и 7 измерительных пьезоэлементов своими концевыми торцами могут быть закреплены в прямоугольных выемках 4 и 5 заподлицо поверхностям упругодеформируемого элемента и с зазором к основанию этих выемок. При этом наряду торцевым креплением пластины 6 и 7 измерительных пьезоэлементов имеют по периметру своей торцевой контактной площадки тонкий слой крепежного материала для его механического упрочнения.The accelerometer contains an elastically
Работа заявляемого устройства заключается в следующем.The operation of the claimed device is as follows.
При отсутствии ускорения упругодеформируемый элемент 1, защемленный с одной стороны в опорный держатель 2, а с другой стороны в инерционную массу 3, не изгибается. Жестко установленные симметрично над выемками 4 и 5 соответственно пластины измерительных пьезоэлементов 6 и 7 работают на номинальной частоте. При воздействии ускорения на инерционную массу 3 или удлиненный участок упругодеформируемого элемента 1 последний изгибается в районе расположения выемок 4 и 5 в ту или иную сторону, и при этом пластина 6 измерительного пьезоэлемента сжимается, а пластина 7 измерительного пьезоэлемента растягивается или наоборот, и, следовательно, пропорционально в разные стороны изменяются резонансные частоты измерительных пьезоэлементов 6 и 7. Параметры пластин 6 и 7 измерительных пьезоэлементов могут быть измерены, например, анализатором спектра или частотомером. Резонансная частота пластин 6 и 7 измерительных пьезоэлементов на ПАВ- или ОАВ-структурах связана однозначной зависимостью с величиной ускорения. Ускорение определяют, например, по градуировочной характеристике акселерометра на измерительных ПАВ- или ОАВ-структурах.In the absence of acceleration, the elastically
Следует заметить, что при работе на сжатие-растяжение пластины 6 и 7 измерительных пьезоэлементов на ОАВ-структурах обладают большей стабильностью и точностью измерений, чем на ПАВ-структурах, а при работе пластин 6 и 7 на изгиб ОАВ-структуры обладают по сравнению с ПАВ-структурами существенно меньшей чувствительностью. Все это доказывает достижение предложенным техническим решением нового положительного эффекта: снижение погрешности измерений и повышение чувствительности акселерометра.It should be noted that when working on compression-tension, the
Заявленное техническое решение может быть применено, например, для коррекции положения при измерениях прецизионными датчиками давления в калибраторах давления класса 0,02 и точнее, при изменении их углового положения относительно горизонта. Такое измерение их углового положения относительно горизонта необходимо для коррекции гравитационной погрешности, вызванной прогибом мембраны датчика давления под действием силы тяжести, при наклонах калибратора либо ускорений морской качки.The claimed technical solution can be applied, for example, to correct the position when measuring with precision pressure sensors in pressure calibrators of class 0.02 or more precisely, when changing their angular position relative to the horizon. Such a measurement of their angular position relative to the horizon is necessary to correct the gravitational error caused by the deflection of the membrane of the pressure sensor under the action of gravity, with the tilt of the calibrator or the accelerations of the sea pitching.
Полагаем, что предложенное устройство обладает всеми критериями изобретения, так как:We believe that the proposed device has all the criteria of the invention, since:
- акселерометр в совокупности с ограничительными и отличительными признаками формулы изобретения является новым для общеизвестных устройств и, следовательно, соответствует критерию "новизна";- the accelerometer in combination with the restrictive and distinctive features of the claims is new to well-known devices and, therefore, meets the criterion of "novelty";
- совокупность признаков формулы изобретения устройства неизвестна на данном уровне развития техники и не следует общеизвестным правилам конструирования акселерометров, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень";- the totality of the features of the claims of the device is unknown at this level of technology and does not follow well-known rules for the design of accelerometers, which proves compliance with the criterion of "inventive step";
- конструктивная реализация акселерометра не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".- the constructive implementation of the accelerometer does not present any structural, technical and technological difficulties, which implies compliance with the criterion of "industrial applicability".
ЛитератураLiterature
1. Патент Великобритании 2117115 (А), МПК G01P 15/08, G01P 15/097, опубл. 05.10.1983 года, «Акселерометр на ПАВ».1. British patent 2117115 (A), IPC G01P 15/08, G01P 15/097, publ. 10/05/1983, "Accelerometer for SAW."
2. Патент Российской Федерации 2320968, МПК G01L 1/16, опубл. 27.03.2008 года, «Устройство для измерения силы сжатия».2. Patent of the Russian Federation 2320968,
3. Патент Российской Федерации 2107273, МПК G01L 9/08, опубл. 20.03.1998 года, «Барочувствительный элемент».3. Patent of the Russian Federation 2107273, IPC G01L 9/08, publ. 03/20/1998, “Baro sensitive element”.
4. Патент Франции 2537726, МПК G01P 15/08, G01P 15/097, опубл. 15.06.1984 года, «Акселерометр» - прототип.4. French patent 2537726, IPC G01P 15/08, G01P 15/097, publ. 06/15/1984, "Accelerometer" - a prototype.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009138793/28A RU2421736C1 (en) | 2009-10-20 | 2009-10-20 | Accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009138793/28A RU2421736C1 (en) | 2009-10-20 | 2009-10-20 | Accelerometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009138793A RU2009138793A (en) | 2011-04-27 |
| RU2421736C1 true RU2421736C1 (en) | 2011-06-20 |
Family
ID=44731272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009138793/28A RU2421736C1 (en) | 2009-10-20 | 2009-10-20 | Accelerometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2421736C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725203C1 (en) * | 2019-07-30 | 2020-06-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Mechanical quantity sensor |
| RU2778373C1 (en) * | 2021-12-15 | 2022-08-18 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Piezoelectric receiver of low-frequency vibration |
-
2009
- 2009-10-20 RU RU2009138793/28A patent/RU2421736C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725203C1 (en) * | 2019-07-30 | 2020-06-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Mechanical quantity sensor |
| RU2778373C1 (en) * | 2021-12-15 | 2022-08-18 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Piezoelectric receiver of low-frequency vibration |
| RU2808728C1 (en) * | 2023-07-13 | 2023-12-04 | Акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (АО "ИТТ") | Acceleration measuring device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009138793A (en) | 2011-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8667849B2 (en) | Pressure sensor | |
| US7954215B2 (en) | Method for manufacturing acceleration sensing unit | |
| Langdon | Resonator sensors-a review | |
| CN105606844B (en) | Accelerometer with strain compensation | |
| US7716985B2 (en) | Piezoelectric quartz accelerometer | |
| US6662658B2 (en) | Whiffletree accelerometer | |
| JP4320593B2 (en) | Pressure monitor used with SAW device | |
| EP1930709A1 (en) | Tuning bi-fork piezoelectric oscillation element and pressure sensor | |
| US20120096945A1 (en) | Pressure sensor | |
| US20110100125A1 (en) | Acceleration sensor | |
| EP3835794B1 (en) | Resonator including one or more mechanical beams with added mass | |
| RU2421736C1 (en) | Accelerometer | |
| US11262265B2 (en) | Temperature correction device, sensor module, and temperature correction method | |
| Marinis et al. | Isolation of MEMS devices from package stresses by use of compliant metal interposers | |
| RU2401999C1 (en) | Detecting element of linear compression-tension force detector | |
| CN109738093B (en) | On-chip resonant beam structure for detecting stress of micro-electromechanical device and detection method | |
| RU2492490C1 (en) | Sensing element of micromechanical accelerometer | |
| JP2008039662A (en) | Acceleration sensor | |
| JP3368744B2 (en) | Vibration acceleration sensor | |
| RU2387999C1 (en) | Multibeam accelerometre - analyzer of mechanical oscillations spectrum based on piezoresistive converters | |
| JP2008304409A (en) | Acceleration detecting unit and acceleration sensor | |
| JP4784436B2 (en) | Acceleration sensor | |
| JP2008076075A (en) | Absolute pressure sensor | |
| RU2753475C1 (en) | Micromechanical accelerometer | |
| RU2773069C1 (en) | Sensing element of micromechanical accelerometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151021 |