Пьезоэлектрический акселерометр

Пьезоэлектрический акселерометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР , содержащий корпус и располой нную в нем пьезопластину с ра мещенньт на ней инерционным элементом и стойку, жестко связанную с корпусом и установленную перпендикулярно его оси, о т л и ч а ю щ и и. с я тем, что, с целью повышения кбэффициента преобрагзования и собственной частоты колебаний, пьезопластина, скрепленная с металлической пластиной/ установлена параллельно стойке, снабжённой опорами, касакяоимися пластины по двум противоположным краям. и по параллельной Ш4 средней линии, при этом инерционный элемент имеет iBucTyhk, контактирующие с каждой из :поповин пьезопластины по центру.

09) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ООИЧВ Р»

РЕСПУБЛИК зав

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

П0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Я-А .

/у

Н АВТОРСНОМУ 6ВИДЕТЕЛЬСТВМ (21 ) 3335 612/1 8-1 0

° (22) 03. 09. 81 (46) 23.03.83.. Бюл. 9 11 (72) BiК.Александров, В..Е.Евдокимов и К.Р.Цеханский. (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им.M ° И.Калинина и Центральный научно-исследова»: тельский институт технологии машиностроения (53) 531.768 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 175280, кл. G 01 Р 15/09, 1965.

2.. Авторское свидетельство СССР

tt.588497, кл.. 6 .01 Р 15/09, 1978,„ (прототип)..

"(54)(57)- ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ AKCEJIEPO-

МЕТР, содержащий корпус и располо» женную в нем пьезопластину с размещенным на ней инерционным элементом и стойку жестко .связанную с корпусом и установленную перйендикулярно его оси, о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью повышения кбэффициента преобразования и собственной частоты колебаний, пьезопластина, скрепленная с металлической пласти- ной, установлена параллельно стойке, снабженной опорами, касающимися-пластины по двум противоположным краям. и по параллельной им средней линии,. при этом инерционный элемент имеет

,выступы, контактирующие с каждой из Я, :половин пьезопластины по центру.

1007 022

21"

5 = dEh Н

81 с

Изобретение относится к технике, измерения параметров вибраций на различных объектах с малыми вибрационными смещениями, где требуется большой коэффициент преобразования датчика.

В этой области приборостроения совершенство пьезоакселерометра в значительной степени определяется коэффициентом преобразования, определяющим его.принципиальную пригодность для измерения параметров движения объекта. .Кроме того, к пьезоакселерометру преДъявляется ряд других важных требований: малые габариты и масса, 15 широкий частотный диапазон, прочность и надежность.

Известны конструкции пьезоакселерометров, в которых чувствительный элемент работает на изгиб и выполнен в виде плоского прямоугольного пьезоэлемента, скрепленного с металлической пластиной и установленного на четырех опорах перпендикулярно оси измерений 1 3.

Основным недостатком такой конструкции является сравнительно малая. жесткость при большой массе инерционного элемента, что приводит к значительному снижению частоты собственных колебаний, вибрационной и ударной прочности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является пьезоакселерометр, содержащий корпус и расположенную в нем пьезопластину с размещенным на ней инерционным элементом и стойку, жестко связанную с корпусом и установленную перпендикулярно его оси (2 ).

При направлении вектора ускорения 40 перпендикулярно плоскости симметрии чувствительного элемента,пьезоэлемент испытывает деформации неравномерного растяжения — сжатия и сдвига.

Однако такая конструкция не поз- 45 воляет существенно повысить коэффициент преобразования без увеличения массы преобразователя, так как в ос нову принципа действия положен продольный пьезоэффект, вызываемый деформацией растяжение — сжатие пьезопластины.

Целью изобретения является повы.шение коэффициента преобразования и собственной частоты колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что в пьезоакселерометре, содержащем корпус и расположенную в нем пьезопластину с размещенным на ней инерционным элементом и стойку, жестко связанную.с корпусом и уста- 60 новленную перпендикулярно его оси, пьезонластина, скрепленная с металлической пластиной, установлена параллельно стойке, снабженной опорами, касающимися пластины по двум 65 противоположным краям и по параллельной им средней линии, при этом инерционный элемент имеет выступы, контактирующие с каждой из половин пьезопластины по центру.

Поворот инерционного элемента при воздействии ускорения приводит к изгибу пьезопластины. Возникающие в результате поперечного пьезоэффекта заряды суммируются, .

На.чертеже изображен пьезоакселерометр.

Пьезоакселерометр содержит пьезопластину 1, инерционный элемент 2, стойку 3, предназначенную для крепления акселерометра к изделию, жестко связанную с корпусом 4.

Пьеэопластина 1 соединена с металлической пластиной 5 упругого подкрепления и установлена на шестиопорах б. Инерционный элемент 2 упpyro поджат к пьезоэлементу 1 с помощью стержня 7. Соединение инерционного элемента с пьезоэлементом осуществляется с помощью двух выступов 8. Выступы 8 обеспечивают контакт инерционного элемента с пьезопластиной по линии, делящей каждую из половины пьезопластины пополам, и перпендикулярно продольной оси пластины. Сила поджатия инерционногс элемента регулируется гайкой 9.

Пьезоэлектрический акселерометр работает следующим образом.

При воздействии ускорения, направленного перпендикулярно плоскости, проходящей через продольную ось инерционного элемента и две средние. опоры пьезопластины, сила. инерции создает поворотный момент, вызывающий поворот инерционного элемента. Инерционный элемент выстунами воздействует на пьезопластину.

Моменты возникающих при этом сил

-реакции компенсируют поворотный момент инерционного элемента. Отрыв одного из выступов 8 инерционного .элемента от пьезопластины исключает ся предварительным поджатием пьезопластины стержнем 7, обеспечивающим ее необходимый прогиб.

Принципиальное отличие предлагаемой конструкции от известной заключается в там, что пьезопластина работает на изгиб. Возникающие при этом нормальные напряжения имеют значения, бяизкие к предельно допустимым. В результате этого имеет место повышение коэффициента преобразова" ния пьезоакселерометра.

Коэффициент преобразования по заряду в предложенной конструкции определяется выражением:

1007022

Составитель Н.Мараховская

Редактор О.Половка Техред Е,баритончик Корректор А.Повх

Заказ 2130/б8 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4. где 6,1- пьезомодуль»

Š— длина половины пьезопластины, Н - расстояние от поверхности пьезопластины до центра тяжести инерционного элемента, И вЂ” масса инерционного элемента, h h+hg -2ZP, h=h + h2, 6.1,Ь - толщины пьезопластийы и пластины упругого подкрепления;

2 Ea(h -" )+ ", Е,Е

2 1 2 11+2 . E1 2.

3. — +(1 -г„) 1„; 3 = - (1 -Z„) Ь

Е,, Е 2 - модули упругости материалов. положить Е Е2» hgh2» что соответствует случаю применения 6gмореной пластины, то отношение коэффициентов преобразования предлагаемой и известной конструкций при равных массах M равно:

2 — (- — ) .. - (2) а1 1

Из выражения (2) видно, что при

h = 0,5 мм, 1 = 10 ьм, коэффициент

1() преобразования предлагаемой конструк ции в 100 больше, чем известной.

В то же время при Но 21 коэффициент преобразования предлагаемой конструкции превосходит коэффициент

15 преобразования пьезоакселерометра с чувствительным элементом в виде пъезопластины, расположенной на четыре» опорах, нагруженной массой Н и ра ботающей на изгиб.-Частота собственных колебаний в предлагаемой конструкции в четыре раза выше.