RU2817063C1 - Трёхкомпонентный пьезоэлектрический акселерометр - Google Patents
Трёхкомпонентный пьезоэлектрический акселерометр Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817063C1 RU2817063C1 RU2024101537A RU2024101537A RU2817063C1 RU 2817063 C1 RU2817063 C1 RU 2817063C1 RU 2024101537 A RU2024101537 A RU 2024101537A RU 2024101537 A RU2024101537 A RU 2024101537A RU 2817063 C1 RU2817063 C1 RU 2817063C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inertial element
- axes
- piezoelements
- piezoelectric
- component
- Prior art date
Links
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области пьезоэлектрических акселерометров. Трехкомпонентный пьезоэлектрический акселерометр содержит корпус с установленным в нём кубическим инерционным элементом с жестко прикреплёнными к его граням плоскими пьезоэлементами, оси чувствительности которых взаимно перпендикулярны, в инерционном элементе выполнены три взаимно перпендикулярных отверстия, оси которых не пересекаются между собой и совпадают с осями чувствительности пьезоэлементов, при этом в каждое отверстие инерционного элемента установлен подпружиненный крепёжный элемент для жесткой фиксации пьезоэлементов между корпусом и инерционным элементом. Технический результат – расширение частотного диапазона трехкомпонентного пьезоэлектрического акселерометра. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, а конкретно к трёхкомпонентным пьезоэлектрическим акселерометрам, предназначенным для измерения ускорений в трёх ортогональных направлениях и может быть использовано в области виброметрии, сейсмологии.
Известны трёхкомпонентные акселерометры, например, типа 354 фирмы PCB, США (Трехкомпонентные акселерометры - Альфатех (alphatechgroup.ru) и сейсмоприёмники (см. А.с. СССР 1057910, опубликован в Б.И. № 44, 30.11.1983г.) содержащие корпус с расположенными в нем тремя независимыми чувствительными элементами, оси чувствительности которых взаимно перпендикулярны. Коэффициенты преобразования независимых чувствительных элементов по ортогональным осям пропорциональны массам инерционных элементов. Общий недостаток таких конструкций сравнительно большие габариты и масса вследствие наличия инерционного элемента в каждом чувствительном элементе.
Известен трёхкомпонентный акселерометр с одним чувствительным элементом (см. Патент РФ 2061242, опубликован 27.05.1996г.). Коэффициенты преобразования по ортогональным осям этого акселерометра пропорциональны массе инерционного элемента, а при его отсутствии массе пьезоэлемента, что позволяет уменьшать массу и габаритные размеры акселерометра. Однако, в такой конструкции коэффициент преобразования по одной из осей с деформацией растяжения-сжатия имеет меньшее значение, чем по двум другим осям с деформацией сдвига. Например, для пьезокерамики ЦТС19 пьезомодуль растяжения-сжатия d33 = 400 пК/Н, а сдвига d15 = d24 = 560 пК/Н, следовательно, отличие составляет 40%, что является существенным недостатком. Кроме того, жесткость чувствительного элемента по оси с деформацией растяжения-сжатия также существенно, до двух раз, отличается от жесткости по двум другим осям с деформацией сдвига, из-за чего собственная частота по осям чувствительности также будет иметь различные значения, что также является существенным недостатком.
Известен трёхкомпонентный вибропреобразователь (см. А.с. СССР 1798628, опубликован в Б.И. № 8, 28.02.1993г.) с одним кубическим инерционным элементом с жестко прикреплёнными к его граням пьезоэлементами, расположенными по меньшей мере с трёх взаимно ортогональных сторон кубического инерционного элемента и связанными с корпусом. Плоские пьезоэлементы связаны с корпусом, по меньшей мере через три цилиндрических или шарообразных сегмента. Коэффициенты преобразования по ортогональным осям такого вибропреобразователя пропорциональны массе одного инерционного элемента, что позволяет уменьшать массу и габаритные размеры вибропреобразователя.
Недостатками вышеуказанного устройства являются:
1) введение в последовательную связь пьезоэлементов с корпусом дополнительных деталей, цилиндрических или шарообразных сегментов, приводит к уменьшению жесткости связи, что в свою очередь приводит к уменьшению резонансной частоты устройства;
2) сопряжение цилиндрической поверхности сегмента с цилиндрической поверхностью корпуса в поджатом состоянии происходит по линии соприкосновения, сопряжение шарообразной поверхности сегмента с шарообразной поверхностью корпуса в поджатом состоянии происходит в точке соприкосновения, а это и в том и в другом случае за счёт уменьшения площади контакта приводит к уменьшению контактной жесткости сопряжения, что также приводит к уменьшению резонансной частоты устройства. Изготовление деталей даже с максимально высокой точностью не может исключить технологических погрешностей и, следовательно, не может устранить этого недостатка.
Вышеуказанное устройство является наиболее близким к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Решаемой технической проблемой является создание трехкомпонентного пьезоэлектрического акселерометра с расширенным частотным диапазоном.
Достигаемым техническим результатом является обеспечение возможности увеличения собственной частоты за счёт увеличения жесткости соединения пьезоэлементов с корпусом.
Для достижения технического результата в трехкомпонентном пьезоэлектрическом акселерометре, содержащем корпус с установленным в нём кубическим инерционным элементом с жестко прикреплёнными к его граням плоскими пьезоэлементами, состоящими по крайней мере из двух пластин с токосъёмником между ними, оси чувствительности которых взаимно перпендикулярны, в инерционном элементе выполнены три взаимно перпендикулярных отверстия, оси которых не пересекаются между собой и совпадают с осями чувствительности пьезоэлементов, при этом в каждое отверстие инерционного элемента установлен подпружиненный крепёжный элемент для жесткой фиксации пьезоэлементов между корпусом и инерционным элементом.
На чертеже представлено заявляемое устройство.
Трехкомпонентный пьезоэлектрический акселерометр содержит корпус 1, с установленным в нём кубическим инерционным элементом 2 с жестко прикреплёнными к его граням плоскими пьезоэлементами 3 и 4 с токосъёмником 5 между ними, оси чувствительности которых взаимно перпендикулярны. В инерционном элементе 2 выполнены три взаимно перпендикулярных отверстия 6, оси которых не пересекаются между собой и совпадают с осями чувствительности пьезоэлементов. В каждое отверстие инерционного элемента установлен крепёжный элемент 7, с пружиной 8 для жесткой нормированной фиксации пьезоэлементов 3 и 4 между корпусом 1 и инерционным элементом 2.
Новая совокупность существенных признаков в заявляемом устройстве позволяет увеличить жесткость связи плоских пьезоэлементов с корпусом, за счёт возможности исключения из связи пьезоэлементов с корпусом последовательной жесткости дополнительных элементов и введения параллельной жесткости крепёжного элемента с пружиной, вследствие чего происходит увеличение собственной частоты устройства и расширение частотного диапазона.
Устройство работает следующим образом. Пространственное ускорение, воздействующее на корпус 1 трёхкомпонентного акселерометра, воспринимается инерционным элементом 2. Возникающая при этом сила инерции приводит к смещению инерционного элемента и деформации пьезоэлементов 3 и 4, пропорционально составляющим силы инерции, действующим по осям чувствительности пьезоэлементов. Под действием деформации в пьезоэлементах происходит образование электрического заряда, пропорционального соответствующей составляющей воздействующего ускорения и снимаемого с помощью токосъёмников 5.
Был изготовлен опытный образец, проведённые испытания подтвердили его работоспособность.
Claims (1)
- Трехкомпонентный пьезоэлектрический акселерометр, содержащий корпус с установленным в нём кубическим инерционным элементом с жестко прикреплёнными к его граням плоскими пьезоэлементами, оси чувствительности которых взаимно перпендикулярны, отличающийся тем, что в инерционном элементе выполнены три взаимно перпендикулярных отверстия, оси которых не пересекаются между собой и совпадают с осями чувствительности пьезоэлементов, при этом в каждое отверстие инерционного элемента установлен подпружиненный крепёжный элемент для жесткой фиксации пьезоэлементов между корпусом и инерционным элементом.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2817063C1 true RU2817063C1 (ru) | 2024-04-09 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU667926A1 (ru) * | 1978-01-20 | 1979-06-19 | Специальный Опытно-Конструкторский Технологический Институт Ан Армянской Сср | Трехкомпонентный пьезоэлектрический акселерометр |
RU2307359C1 (ru) * | 2006-03-09 | 2007-09-27 | ФГУП НИИ прикладной механики им. акад. В.И. Кузнецова | Акселерометр |
US20240012020A1 (en) * | 2022-07-11 | 2024-01-11 | Citpo Technologies Co., Ltd. | Three-directional accelerometer and manufacturing method thereof |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU667926A1 (ru) * | 1978-01-20 | 1979-06-19 | Специальный Опытно-Конструкторский Технологический Институт Ан Армянской Сср | Трехкомпонентный пьезоэлектрический акселерометр |
RU2307359C1 (ru) * | 2006-03-09 | 2007-09-27 | ФГУП НИИ прикладной механики им. акад. В.И. Кузнецова | Акселерометр |
US20240012020A1 (en) * | 2022-07-11 | 2024-01-11 | Citpo Technologies Co., Ltd. | Three-directional accelerometer and manufacturing method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9239339B2 (en) | Acceleration sensor and method for operating an acceleration sensor | |
US6397677B1 (en) | Piezoelectric rotational accelerometer | |
US8082790B2 (en) | Solid-state inertial sensor on chip | |
EP1754082B1 (en) | Improved micro-machined suspension plate with integral proof mass for use in a seismometer or other device | |
EP1395835B1 (en) | Accelerometer strain relief structure | |
US11105828B2 (en) | Microelectromechanical device for out-of-plane motion detection | |
WO2014169540A1 (zh) | 非等截面悬臂梁压电式加速度传感器 | |
KR20180101181A (ko) | 진동 감쇠 마운트 | |
US20230296643A1 (en) | Micromechanical device with elastic assembly having variable elastic constant | |
CN110865205A (zh) | 振动梁加速度计 | |
CN112097968A (zh) | 一种光纤压力和加速度传感器及其安装标定方法 | |
RU2817063C1 (ru) | Трёхкомпонентный пьезоэлектрический акселерометр | |
US10802040B2 (en) | Acceleration sensor | |
WO1994009373A1 (en) | An accelerometer of the shear type | |
KR102337688B1 (ko) | 가속도 센서 및 이를 구비하는 음향 벡터 센서 | |
RU2582910C1 (ru) | Пьезоакселерометр | |
US20230124407A1 (en) | Accelerometer | |
RU2377575C2 (ru) | Частотный микромеханический акселерометр | |
Dhanda et al. | Sensitivity analysis of contact type vibration measuring sensors | |
RU2627571C1 (ru) | Пьезоэлектрический акселерометр | |
WO2011145968A1 (ru) | Способ и зd-приемник измерения вектора механических колебаний | |
RU55148U1 (ru) | Микромеханический осевой акселерометр | |
RU2492490C1 (ru) | Чувствительный элемент микромеханического акселерометра | |
RU2566411C1 (ru) | Пьезоэлектрический акселерометр | |
RU2400760C1 (ru) | Пьезоэлектрический акселерометр |