SU918857A1 - Piezoelectric acceleration meter - Google Patents

Piezoelectric acceleration meter Download PDF

Info

Publication number
SU918857A1
SU918857A1 SU802867586A SU2867586A SU918857A1 SU 918857 A1 SU918857 A1 SU 918857A1 SU 802867586 A SU802867586 A SU 802867586A SU 2867586 A SU2867586 A SU 2867586A SU 918857 A1 SU918857 A1 SU 918857A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
membrane
accelerometer
piezoelectric
cylinders
cylinder
Prior art date
Application number
SU802867586A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Полина Львовна Закс
Валерий Иосифович Зархин
Original Assignee
Предприятие П/Я В-2962
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие П/Я В-2962 filed Critical Предприятие П/Я В-2962
Priority to SU802867586A priority Critical patent/SU918857A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU918857A1 publication Critical patent/SU918857A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Description

Союз Советских Социалистических Республик Union of Soviet Socialist Republics О ПИ С А Н И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ DESCRIPTION OF THE INVENTION TO COPYRIGHT CERTIFICATE ш, 918857 w, 918857 Я® (61) Дополнительное к авт. свид-ву - (61) Additional to author certificate woo - т t (22)Заявлено 09.01.80 (21) 2867586/18-10 (22) Stated 09/01/80 (21) 2867586 / 18-10 (51 )М. Кл! (51) M. Kl! с присоединением заявки № with joining application no. .G 01 Р 15/09 .G 01 P 15/09 |ЬсударсткняыЙ комитет | Bylaws Committee (23)Пркоритет « .’ (23) The prosecution is “.’ СССР USSR по демм изобретений by demme of inventions Опубликовано 07.04.82. Бюллетень № 13 Published on April 7, 2018. Bulletin No. 13 (53)УДК 53U768 (53) UDC 53U768 к открытий to discoveries Дата опубликования описания 07.0402 Date published description 07.0402 (088.8) (088.8)

(72) Авторы изобретения(72) The inventors

Н. Л.Закс и В.И.Зархин (71) ЗаявительN. L. Zaks and V.I. Zarkhin (71) Applicant

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР(54) PIEZO ELECTRIC ACCELEROMETER

Изобретение относится к измерению· параметров движения, в частности к пьезоэлектрическим акселерометрам, и может быть использовано для измерения параметров вибраций.The invention relates to the measurement of · motion parameters, in particular to piezoelectric accelerometers, and can be used to measure vibration parameters.

Известны пьезоэлектрические аксе- 5 лерометры с пьезоэлементами, установленными между инерционной массой и корпусом (1) и [2].Known piezoelectric akse- 5 lerometry with piezo elements mounted between the inertial mass and the housing (1) and [2].

Известные акселерометры имеют относительно низкую чувствительность и подвержены влиянию боковых ускорений. Пьезоэлектрические акселерометры с консольными чувствительными элементами обладают относительно низкой ударной прочностью и ограниченным 1 частотным диапазоном работы.Known accelerometers have a relatively low sensitivity and are affected by lateral accelerations. Piezoelectric accelerometers with cantilever sensors have a relatively low impact strength and a limited 1 frequency range of operation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является акселерометр, содержащий закрепленный в корпусе посредством стержня чувствительный элемент, выполненный в виде инерционной массы, размещенной по периферии плоской {мембраны,. пьезоэлектрического элемента, установленного на мембране·, центральная часть которой жестко скреплена со стержнем [3].The closest in technical essence and the achieved result is an accelerometer containing a sensing element fixed in the housing by means of a rod, made in the form of an inertial mass located on the periphery of a flat {membrane. a piezoelectric element mounted on a membrane ·, the central part of which is rigidly bonded to the rod [3].

Цель изобретения - повышение чувствительности акселерометра.The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the accelerometer.

Для достижения цели в акселерометре инерционная масса выполнена в виде двух полых соосных цилиндров, имеющих равные по толщине стенки и расположенных с противоположных сторон мембраны, причем, по крайней мере, один из цилиндров является пьезч* элементом, а толщина мембраны t связана со средним радиусом пьезоэлемента Rep и толщиной сА стенки цилиндра соотношением t < S 3Rppd4 · . На фиг. 1 представлена упрощенная конструктивная схема пьезоэлектрического акселерометра; на фиг. 2 - вариант акселерометра с двумя пьезоэлементами.To achieve the goal in the accelerometer, the inertial mass is made in the form of two hollow coaxial cylinders having equal wall thickness and located on opposite sides of the membrane, and at least one of the cylinders is a piezo * element, and the membrane thickness t is connected with the average radius of the piezoelectric element Rep and thickness сА of the cylinder wall with the relation t <S 3Rppd4 ·. In FIG. 1 shows a simplified structural diagram of a piezoelectric accelerometer; in FIG. 2 - version of the accelerometer with two piezoelectric elements.

Акселерометр содержит основание 1, инерционную массу в виде двух ци*The accelerometer contains a base 1, the inertial mass in the form of two qi *

91 линдров 2 и 3, установленных на противоположных схоронах мембраны 4 из упругого материала и жестко скрепленных с ней торцами. Мембрана 4 жестко связана по центру с основанием. Основание 1, в зависимости от способа закрепления на объекте измерения, может быть выполнено либо сплошным (фиг. 1), либо в виде цилиндрической трубки (фиг.· 2), соосно установленной с цилиндрами 2 и 3. Цилиндр 2 выполнен из п.ьезокерамики. Акселерометр снабжен защитным кожухом 5.91 cylinders 2 and 3, mounted on the membrane 4 opposite to the burials of elastic material and rigidly fastened with ends. Membrane 4 is rigidly connected in the center to the base. The base 1, depending on the method of fixing on the measurement object, can be either solid (Fig. 1), or in the form of a cylindrical tube (Fig. · 2), coaxially mounted with cylinders 2 and 3. Cylinder 2 is made of ceramic. . The accelerometer is equipped with a protective casing 5.

Акселерометр работает следующим об>/ 4 рометра при увеличении его чувствительности .The accelerometer works as follows about> 4 meters with an increase in its sensitivity.

На фиг. 2 представлена упрощенная конструктивная схема акселерометра, в которой инерционная масса выполнена целиком из пьезокерамики и состоит из двух пьезокерамических цилиндров/ Симметрично закрепленных на обоих сторонах мембраны, выполненной, например, из титана.In FIG. Figure 2 shows a simplified structural diagram of an accelerometer in which the inertial mass is made entirely of piezoceramics and consists of two piezoceramic cylinders / Symmetrically fixed on both sides of a membrane made, for example, of titanium.

Кроме повышения чувствительности при измерении ускорения, конструкция чувствительного элемента позволяет уменьшить массу и габариты предлагаемого акселерометра.In addition to increasing sensitivity when measuring acceleration, the design of the sensitive element allows to reduce the mass and dimensions of the proposed accelerometer.

разом.at once.

При наличии ускорения W (фиг.2) происходит симметричный изгиб мембраны 4 за счет возникновения инерционной силы, нормальной к поверхности мембраны и равномерно распределенной по площади контура ее закрепления. Поскольку внешний контур мембраны 4 жестко связан с торцами цилиндров 2 и 3, то он лишен возможности поворота при изгибе мембраны, т.е. мембрану 4 можно рассматривать как жестко защемленную по внешнему контуру, а действие инерционной силы - распределенной по этому контуру .In the presence of acceleration W (Fig. 2), a symmetrical bending of the membrane 4 occurs due to the inertial force normal to the surface of the membrane and uniformly distributed over the area of its fastening contour. Since the outer contour of the membrane 4 is rigidly connected with the ends of the cylinders 2 and 3, it is deprived of the possibility of rotation when the membrane is bent, the membrane 4 can be considered as rigidly clamped along the external contour, and the action of the inertial force is distributed along this contour.

Изгиб мембраны приводит к возникновению в цилиндре дополнительных механических напряжений, которые максимальны на границе соединения цилиндра с мембраной и уменьшаются по высоте цилиндра.Bending of the membrane leads to the appearance of additional mechanical stresses in the cylinder, which are maximum at the interface between the cylinder and the membrane and decrease along the height of the cylinder.

В конструкции акселерометра соотношение геометрических параметров мембраны 4 и цилиндров 2, 3, обусловливает значительное превышение тангенциальных напряжений б Τ' (фиг. 2) в пьезоэлементе над нормальными^, что и обеспечивает увеличение чувствительности при измерении ускорений.In the design of the accelerometer, the ratio of the geometric parameters of the membrane 4 and cylinders 2, 3, causes a significant excess of the tangential stresses b б '(Fig. 2) in the piezoelectric element over normal ^, which provides an increase in sensitivity when measuring accelerations.

Для этого толщина мембраны t выбирается из условия t < гдеFor this, the membrane thickness t is selected from the condition t <where

Rtp - средний радиус цилиндра 3, 0^ - толщина стенки цилиндра.Rtp is the average radius of the cylinder 3, 0 ^ is the wall thickness of the cylinder.

Минимальная же толщина мембраны ограничена ее прочностью и резонансной частотой, которая должна быть выше рабочей частоты акселерометра. Уменьшая толщину мембраны, возможно уменьшить инерционную массу акселе-The minimum membrane thickness is limited by its strength and resonant frequency, which should be higher than the operating frequency of the accelerometer. By reducing the thickness of the membrane, it is possible to reduce the inertial mass of the accelerator

Claims (3)

..I;. ,- ,; Т1зобретение относитс  к измерению параметров движени , в частности к пьезоэлектрическим акселерометрам, и может быть использовано дл  измерени  параметров вибраций. Известны пьезоэлектрические акселерометры с пьезоэлементами, установ ленными между инерционной массой и корпусом tl и 2}. Известные aкce lepoмetpы имеют относительно низкую чувствительностгь и подвержены вли нию боковых ускорений . Пьезоэлектрические акселерометры с консольными чувствительными элементами обладают относительно низ кой ударной прочностью и ограниченны частотным диапазоном работы. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  акселерометр, содержащий закрепленный в корпусе посредством стержн  чувствительный элемент, выполненный в виде инерционной массы, размещенной по периферии плоской мембраны, пьезоэлектрического элемента , установленного на мембране-, центральна  часть которой жестко скреплена со стержнем 3. Цель изобретени  - повышение чувствительности акселерометра. Дл  достижени  цели в акселерометре инерционна  масса выполнена в виде двух полых соосных цилиндров, имеющих равные по толщине стенки и расположенных с противоположных сторон мембраны, причем, по крайней мере , один из цилиндров  вл етс  nbeaq элементом, а толщина мембраны t св зана со средним радиусом пьезоэлемента RCP и толщиной ff стенки цилиндра соотношением t S . На фиг. 1 представлена упрощенна  конструктивна  схема пьезоэлектрического акселерометра; на фиг. 2 - вариант а.кселерометра с двум  пьезозлементами . Акселерометр содержит основание 1, инерционную массу в виде двух ци3 линдров 2 и 3, установленных на про тивоположных с оронах мембраны 4 из упругого материала и жестко скрепленных с ней торцами. Мембрана j жестко св зана по центру с основани ем. Основание 1, в зависимости от способа закреплени  на объекте измерени , может быть выполнено либо сплошным (фиг. 1), либо в виде цилиндрической трубки (фиг.- 2), соосно установленной с цилиндрами 2 и 3 Цилиндр 2 выполнен из п.ьезокерамики Акселерометр снабжен защитным кожухом 5. Акселерометр работает следующим о разом. При налимий ускорени  W (фиг.2) происходит симметричный изгиб мембраны t за счет возникновени  инерционной силы, нормальной к поверхности мембраны и равномерно распределенной по площади контура ее закреплени . Поскольку внешний контур мембраны Ц жестко св зан с торцами цилиндров 2 и 3, то он лишен возможности поворота при изгибе мембраны, т.е. мембрану k можно рассматривать как жестко защемленную по внеш .нему контуру, а действие инерционной силы - распределенной по этому контуру . Изги мембраны приводит к возникновению в цилиндре дополнительных ме ханических напр жений, которые макси мальны на границе соединени  цилиндра с мембраной и уменьшаютс  по высоте цилиндра. В конструкции акселерометра соотношение геометрических параметров мембраны t и цилиндров 2, 3, обусловливает значительное превышение тангенциальных напр жений С (фиг. 2) в пьезоэлементе над нормальными, что и обеспечивает увеличение чувствительности при измерении ускорений. Дл  этого толщина мембраны t выбираетс  из услови  t ., где RCP - средний радиус цилиндра 3, (f - толщина стенки цилиндра. Минимальна  же толщина мембраны ограничена ее прочностью и резонансной частотой, котора  должна быть выше рабочей частоты акселерометра. Уменьша  толщину мембраны, возможно уменьшить инерционную массу акселе574 рометра при увеличении его чувствительности . На фиг. 2 представлена упрощенна  конструктивна  схема акселерометра, в которой инерционна  масса выполнена целиком из пьезокерамики и состоит из двух Г1ьезокерамических цилиндров , (Симметрично закрепленных на обоих сторонах мембраны, выполненной, например, из титана. Кроме повышени  чувствительности при измерении ускорени , конструкци  чувствительного элемента позвол ет уменьшить массу и габариты предлагаемого акселерометра. Формула изобретени  Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий закрепленный в корпусе посредством стержн  чувствительный элемент, выполненный в виде инерционной массы, размещеннрй по периферии плоской мембраны, пьезоэлектрического элемента, установленного на мембране, центральна  часть которой жестко скреплена со стержнем, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  чувствительности акселерометра, инерционна  масса выполнена в виде двух полых соосных цилиндров, имеющих равные по толщине стенки и расположенных с противоположных сторон мембраны, причем, по крайней мере, один из цилиндров  вл етс  пьезоэлементом, а толщина мембраны t се зана со средним раиусом пьёзоэлемента Rj.p и толщиной of стенки цилиндра соотношением f3Rap Источники информации, рин тые во внимание при экспертизе 1.Гик Л.Д. Измерение вибраций. овосибирск, Наука, 1972, с. 18990 .  ..I ;. , -,, The invention relates to the measurement of motion parameters, in particular, piezoelectric accelerometers, and can be used to measure vibration parameters. Piezoelectric accelerometers with piezoelectric elements mounted between the inertial mass and the housing tl and 2} are known. Known accelerators have relatively low sensitivity and are subject to lateral accelerations. Piezoelectric accelerometers with cantilever sensing elements have relatively low impact strength and are limited to the frequency range of operation. The closest in technical essence and the achieved result is an accelerometer containing a sensing element fixed in a housing by means of a rod, made in the form of an inertial mass placed along the periphery of a flat membrane, a piezoelectric element mounted on a membrane, the central part of which is rigidly fastened to the rod 3. The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the accelerometer. To achieve the goal, the inertial mass in the accelerometer is made in the form of two hollow coaxial cylinders with equal wall thickness and located on opposite sides of the membrane, at least one of the cylinders being the nbeaq element, and the membrane thickness t is associated with an average radius piezoelectric element RCP and cylinder wall thickness ff by the ratio t S. FIG. 1 shows a simplified structural diagram of a piezoelectric accelerometer; in fig. 2 - option a. Xelerometer with two piezoelectric elements. The accelerometer contains a base 1, an inertial mass in the form of two cylinders 2 and 3, mounted on opposite sides of the membrane 4 of elastic material and rigidly attached to it by the ends. The membrane j is rigidly centered with the base. Base 1, depending on the method of fixing on the measurement object, can be made either solid (Fig. 1) or in the form of a cylindrical tube (Fig. 2) coaxially mounted with cylinders 2 and 3. Cylinder 2 is made of p.ezoceramics Accelerometer it is equipped with a protective casing 5. The accelerometer works as follows. With the acceleration limb W (Fig. 2), a symmetric bending of the membrane t occurs due to the occurrence of an inertial force, normal to the membrane surface and uniformly distributed over the area of its fixing contour. Since the outer contour of the membrane C is rigidly connected with the ends of cylinders 2 and 3, it is deprived of the possibility of rotation during bending of the membrane, i.e. The membrane k can be considered as rigidly clamped along the external contour, and the action of inertial force - distributed along this contour. The bends of the membrane lead to the appearance of additional mechanical stresses in the cylinder, which are maximal at the interface between the cylinder and the membrane and decrease along the height of the cylinder. In the design of the accelerometer, the ratio of the geometric parameters of the membrane t and cylinders 2, 3, causes a significant excess of tangential stresses C (Fig. 2) in the piezoelement over normal, which provides an increase in sensitivity when measuring accelerations. For this, the membrane thickness t is chosen from the condition t., Where RCP is the average radius of cylinder 3, (f is the wall thickness of the cylinder. The minimum thickness of the membrane is limited by its strength and resonant frequency, which should be higher than the operating frequency of the accelerometer. Decreasing the thickness of the membrane is possible reduce the inertial mass of the accelerometer rotor with an increase in its sensitivity .In Fig. 2, a simplified structural diagram of the accelerometer is presented, in which the inertial mass is made entirely of piezoelectric ceramics and consists of two cylinders, (symmetrically fixed on both sides of the membrane, made, for example, of titanium. In addition to increasing sensitivity in measuring acceleration, the design of the sensing element reduces the weight and dimensions of the proposed accelerometer. The invention Piezoelectric accelerometer, containing a sensing element fixed in the housing by means of a rod , made in the form of inertial mass, placed on the periphery of a flat membrane, a piezoelectric element mounted on a membrane e, the central part of which is rigidly fastened to the rod, which means that, in order to increase the sensitivity of the accelerometer, the inertial mass is made in the form of two hollow coaxial cylinders having equal wall thickness and located from opposite membrane sides, and at least one of the cylinders is a piezoelectric element, and the membrane thickness t is seated with an average raius of the piezoelectric element Rj.p and the thickness of the cylinder wall by the f3Rap ratio. Sources of information taken into account during the examination 1. Geek L. D. Measurement of vibrations. Ovosibirsk, Science, 1972, p. 18990. 2.Приборы и системы дл  измереи  вибрации, шума и удара. Кн. Ь. од ред. В.В Клюева. М. ,Машиностроеие . 1978, с. 51. .. 2. Instruments and systems for measuring vibration, noise and shock. Prince B. ed. V.V Klyueva. M., Machine building. 1978, p. 51. .. 3.Иориш Ю.И. Вйброметри  . Гос. аучтехиздат машиностроительной лиературы . М., 19бЗ, с. 5б9, фиг.1. 3 Р (прототип).3.Iorish Yu.I. Vibrometry. State Aukhtekhizdat engineering literature. M., 19bZ, p. 5b9, figure 1. 3 P (prototype). ..
SU802867586A 1980-01-09 1980-01-09 Piezoelectric acceleration meter SU918857A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802867586A SU918857A1 (en) 1980-01-09 1980-01-09 Piezoelectric acceleration meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802867586A SU918857A1 (en) 1980-01-09 1980-01-09 Piezoelectric acceleration meter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU918857A1 true SU918857A1 (en) 1982-04-07

Family

ID=20871324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU802867586A SU918857A1 (en) 1980-01-09 1980-01-09 Piezoelectric acceleration meter

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU918857A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998008102A2 (en) * 1996-08-23 1998-02-26 Bang & Olufsen Technology A/S An accelerometer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998008102A2 (en) * 1996-08-23 1998-02-26 Bang & Olufsen Technology A/S An accelerometer
WO1998008102A3 (en) * 1996-08-23 1998-04-23 Bang & Olufsen Tech As An accelerometer
US6209395B1 (en) 1996-08-23 2001-04-03 Bang & Olufsen Technology A/S Accelerometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8616054B2 (en) High-resolution digital seismic and gravity sensor and method
CA2307364C (en) Piezoelectric accelerometer with laterally stabilizing element
RU2509320C1 (en) Digital composite vector receiver with synthesised channels
SU918857A1 (en) Piezoelectric acceleration meter
US6269698B1 (en) Vibrating beam force sensor
US4255973A (en) Digital pressure transducer for use at high temperatures
US20040016307A1 (en) Vibration isolation mechanism for a vibrating beam force sensor
JP3368744B2 (en) Vibration acceleration sensor
CN105675919A (en) Low-frequency accelerometer based on fiber grating
JP2856748B2 (en) Method of measuring vibration propagating in a substance and vibration pickup
RU180986U1 (en) Vibration linear acceleration sensor
RU137619U1 (en) FREQUENCY MICROMECHANICAL ACCELEROMETER
JPS58219414A (en) Karman&#39;s vortex street flowmeter
RU62710U1 (en) VIBRATION SENSOR
SU1343368A1 (en) Geophone
RU2076341C1 (en) Geophone
SU779885A1 (en) Frequency-output vibroacceleration sensor
SU1500844A1 (en) Weight-measuring device
RU2331076C1 (en) Vibration sensor
SU1742732A1 (en) Measuring vibration converter
SU1744522A1 (en) Force gage
SU934389A1 (en) Piezoelectric accelerometer
SU871076A1 (en) Acceleration pickup with frequency output
RU2017160C1 (en) Piezoelectric accelerometer
SU1038902A1 (en) Vertical geophone