SU1007022A1 - Пьезоэлектрический акселерометр - Google Patents

Abstract

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР , содержащий корпус и располой нную в нем пьезопластину с ра мещенньт на ней инерционным элементом и стойку, жестко св занную с корпусом и установленную перпендикул рно его оси, о т л и ч а ю щ и и. с   тем, что, с целью повышени  кбэффициента преобрагзовани  и собственной частоты колебаний, пьезопластина, скрепленна  с металлической пластиной/ установлена параллельно стойке, снабжённой опорами, касак оимис  пластины по двум противоположным кра м. и по параллельной Ш4 средней линии, при этом инерционный элемент имеет iBucTyhk, контактирующие с каждой из :поповин пьезопластины по центру.

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  параметров вибраций на различных объектах с малыми вибрационными смещени ми, где требуетс  большой коэффициент преобразовани  датчика. В этой области приборостроени  совершенство пьезоакселерометра в значительной степени определ етс  коэффициентом преобразовани , определ ющим его. принципиальную пригодность дл  измерени  параметров движени  объекта. Кроме того, к пьезоакселерометру предъ вл етс  р д других ва1жных тре бований: малые габариты и масса, широкий частотный диапазон, прочность и надежность. Известны конструкции пьезоакселерометров , в которых чувствительный элемент работает На изгиб и выполнен в виде плоского пр моугольного пьезоэлемента, скрепленного с металлической пластиной иустановле ного на четырех опорах перпендикул рно оси измерений Cl3Основным недостатком такой конструкции  вл етс  срав,нительно маша жесткость при большой массе инерционного элемента, что приводит к зна чительному снижению частоты собстве ных колебаний, вибрационной и ударн прочности. Наиболее близким к предлагаегюму по технической сущности  вл етс  пьезоакселерометр, содержащий корпу и расположенную в нем пьезопластину с размещенным на ней инерционным эл ментом и стойку, жестко св занную с корпусом и установленную перпендикул рно его оси 2 . При направлении вектора ускорени перпендикул рно плоскости сикмётрии чувствительного элемента пьезоэлемент испытывает деформации неравномерного раст жени  - сжати  и,сдвиг Однако така  конструкци  не позвол ет существенно повйсить коэффиц ент преобразовани  без увеличени  массы преобразовател , так как в ос нову принципа действи  положен продольный пьезоэффект, вызываемый дёформацией раст жение - сжатие пьезо пластины. Целью изрбре гени   вл етс  повышение коэффициента преобразовани  и собственной частоты колебаний. Поставленна1Я цель достигаетс  тем, что в пьезоакселерометре, содержащем корпус и расположенную в нем пьеэопластину с размещенным на ней инерционным элементом и стойку жестко св занную с корпусом и установленную Перпендикул рно его оси, пьезопластина, скрепленна  с металлической пластиной, установлена; параллельно стойке, снабженной опорами , касающимис  пластины по двум противоположным кра м и по параллельной им средней линии, при этом инерционный элемент имеет выступы, контактирующие с каждой из половин пьезопластины по центру. Поворот инерцио нного элемента при воздействии ускорени  приводит к изгибу пьезопластины. Возникающие в результате поперечного пьезоэф- фекта зар ды суммируютс , На. чертеже изображен пьезоакселерометр . Пьезоакселерометр содержит пьезопластину 1, инерционный элемент 2, стойку 3, предназначенную дл  креплени  акселерометра к изделию, жестко св занную с корпусом 4. -. . Пьезопластина 1 соединена с металлической пластиной S упругого подкреплени  и установлена на шести опорах б. Инерционный элемент 2 упруго поджат к пьезоэлементу 1 с помощью стержн  7. Соединение инер-. ционного элемента с пьезоэлементом осуществл етс  с помощью двух выступов 8. Выступы 8 обеспечивают контакт инерционного элемента с пьезопластиной по линии, дел щей каждую. из половины пьезопластины пополам, и перпендикул рно продольной оси пластины. Сила поджати  инерционного элемента регулируетс  гайкой 9. Пьезоэлектрический акселерометр работает следующим образом.. При воздействии ускорени , направленного перпендикул рно плоскости , проход щей через продольную ось инерционного элемента и две средние опоры пьезопластины, силаинерции создает поворотный момент, вызывгиоптй поворот инерционного элемента. Инерционный элемент выступами воздействует на пьезопластину. Моменты возникающих при этом сил реакции компенсируют поворотный момент инерционного элемента. Отрыв одного из выступов 8 инерционного элемента от пьезопластины исключает с  предварительным поджатием пьезопластины стержнем 7, обеспечивающим ее необходимый прогиб. . Принципиальное отличие предлагаеой конструкции от известной заклюаетс  в там, что пьезопластина аботает на изгиб. Возникающие при том нормальные напр жени  имеют знаени , близкие к предельно допустиым . В результате этого имеет место овышение коэффициента преобразова и  пьезоакселерометра. Коэффициент преобразовани  по зар ду в предложенной конструкции опедел етс  выражением: S Ч

где dg,- пьезомодуль,

Е - длина половины пьеэопластины ,

HC, - рассто ние от поверхности пьезопластйны до центра т жести инерционного элемента, -.

М - масса инерционного элемента ,

h и h+h2 -2Zf,, h h + 2; h.hj- толщины пьезопластйны и

пластины упругого подкреплени 

7 Ei()+E2h2 т т , Е2. т

h- 2(E,h;+EJ.j 1+ -4 5

4 (hj- Zfl) - (h 2- 2„) h g ;

ОДУ-1И упругости материалов.

Если положить Е,Е 2, h-, h2, что соответствует случаю применени  бй-

морфнгой пластины, то отношение коэффициентов преобразовани  предлагав мой и известной конструкций при равных массах М равно :

(2)

Из выражени  (2) видно, что при

h мм, 1 в 10 л, коэффициент

преобразовани  предлагаемой конструк ции в 100 больше, чем известной.

В то же врем  при HgyZI коэфф  циент преобразовани  предлагаемой конструкции превосходит коэффициент

преобразовани  пьезоакселёрометра с чувствительным элементом в виде пьезопластйны , расположенной на опорах, нагруженной массой М и работающей на изгиб. Частота сюбстйен

ных колебаний в. предлагаемой конструкции в четыре раза Biffiie.

Claims (1)

1. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий корпус и расположенную в нем пьезопластину с размещенным на ней инерционным элементом и стойку, жестко связанную с корпусом и установленную перпендикулярно его оси, о т л и ч а ю щ и й. с я тем, что, с целью повышения коэффициента преобразования и собственной частоты колебаний, пьезопластина, скрепленная с металлической пластиной, установлена параллельно стойке, снабжённой опорами, касающимися пластины по двум противоположным краям. и по параллельной им средней линии,при этом инерционный элемент имеет выступы, контактирующие с каждой из ® половин пьезопластины по центру

   1007Ό22