Пьезоэлектрический виброакселерометр
Патент 504940
Авторы
Пьезоэлектрический виброакселерометр
Иллюстрации
Реферат
())) 504940
ОПИСАН И Е
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
) сиз ьоьетс)(их
С()4иа))истнческих
Реслублнк (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.03.74 (21) 2003987/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 28.02.76. Бюллетень № 8
Дата опубликования описания 26.04.76 (51) М Кл.з G 01H 1 00
G 01Р 15/08.Государственный комитет
Совета Министров СССР ло делам изобретений н открытий (53) УДК 620.178.53. .531.768 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель
Ю. В. Лукашии и И. Б. Кобяков
Ордена Трудового Красного Знамени институт кристаллографии им. А. В. Шубникова (54) ПЪЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВИБРОАКСЕЛЕРОМЕТР
Изобретение относится к области измерительной техники.
Известные пьезоэлектрические виброакселерометры, содержащие чувствительный пьезоэлемент, вмонтированный между основанием и инерционной массой и подключенный через кабели к индикатору, не во всех случаях обеспечивают одновременное измерение виброускорений по трем осям координат и имеют невысокие точность и чувствительность измерений.
Для обеспечения одновременного измерения виброускорений по трем осям координат с повышением точности и чувствительности в предлагаемом виброакселерометре чувствительный элемент выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, из кристалла, матрица пьезоэлектрических постоянных которого имеет следующий вид:
0 0
0 0
d3) (132 причем полярная ось кристалла перпендикулярна к плоскости крепления.
На фиг. 1 показан общий вид виброакселерометра (символами Х, Y, Z обозначены оси и грани пьезоэлемента, две параллельные грани и перпендикулярная к ним ось обозначены одним и тем же символом); на фиг. 2 — блоксхема его включения.
Виброакселерометр содержит пьезоэлемент
1, расположенный между основанием 2 и инерционной массой 3 и представляющий собой прямоугольный параллелепипед с металлизированными гранями, которые попарно подключены через выводы 4, 5, 6 (фиг. 2) и предварительные усилители 7, 8, 9 к на1() грузочным кабелям 10, 11, 12 и далее к индикаторам 13, 14 и 15.
Пьезоэлемент 1 выполнен из кристалла, матрица пьезоэлектрических постоянных которого имеет вид
0 0 0 0 d)3 0
0 0 0 d24 0 0
d3) d32 d33 0 0 0
При этом некоторые из неравных нулю пьезоэлектрических постоянных этой матрицы
d3) d32 (133 (124, d)g могут быть равны между собой.
Класс материалов с указанной выше матрицей пьезоэлектрических постоянных доста25 точно широк и для выбора материала с повышенной чувствительностью (чувствительность виброакселерометра определяется отношением пьезоэлектрической постоянной d к диэлектрической проницаемости в материала)
3п можно воспользоваться следующей таблицей:
504940
Пьезоэлектрическая постоянная
d 10 |з к н
Диэлектрическая проницаемость
d/=
Л1атериал
10 п к/н
0,22
0,34
0,34
1730
374
584
584
Пьезокерамика состава RZT — 5 (Ll,ТС-19) 1,00
1,50
1,50
10,33
9,35
9,35
10,32
13,98
13,98.Л1оно к р и ст аллы
CdS
10,06
0,94
0,94
11,4
8,7
8,7
12,1
8,2
8,2.Чонокристал.лы
ZnO
Полярная ocb пьезоэлемента 1 перпендикулярна к плоскости крепления. Предварительные усилители 7, 8 и 9 (либо по напряжению, либо по заряду) выполнены на основе полевого транзистора и расположены на корпусе виброакселерометра или вблизи него.
При измерении вибрации вдоль оси Z в кристалле возникает деформация растяжения— сжатия в том же направлении, при этом срабатывает пьезоэлектрическая постоянная d33 и заряды появляются лишь на гранях Z. В случае вибрации в направлении оси Х возникает деформация сдвига в плоскости XZ, срабатывает пьезоэлектрическая постоянная 815у и заряды возникают только на гранях Х. При вибрации в направлении оси Y возникает деформация сдвига в плоскости YZ, срабатывает пьезоэлектрическая постоянная дз4, и заряды возникают только на гранях У.
Так как в направлениях осей Х или У не создается деформация растяжения — сжатия, то пьезоэлектрические постоянные d3, и дзз кристалла в работе виброакселерометра участия не принимают. Если вибрация направлена произвольно в пространстве, то с помощью трех пьезомодулей (Ызз, д з, дз4), работающих одновременно, можно получить три проекции этой вибрации на оси Х, У и Z.
10 Таким образом, использование в кристалле трех пьезоэлектрических постоянных дзз d/5, d>4 позволяет точно определить вектор виброускорения в данной точке пространства при минимуме паразитной чувствительности.
Формула изобретения
Пьезоэлектрический виброакселерометр, со20 держащий чувствительный пьезоэлемент, вмонтированный между основанием и инерционной массой и подключенный через кабели к индикатору, отл и ч а ю щий с я тем, что, с целью обеспечения одновременного измерения
25 виброускорений по трем осям координат с повышением точности и чувствительности измерений, в нем чувствительный элемент выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда из кристалла, матрица пьезоэлектрических по30 стоянных которого имеет следующий вид:
0 0 0 0 dig 0
0 0 0 44 0 0 с з1 с1зз с1зз 0 0 0
35 причем полярная ось кристалла перпендикулярна к плоскости крепления.
Составитель А. Климов
Техред М. Семенов Корректор И. Позняковская
Редактор T. Рыбалова
Заказ 833/15 Изд. № 1145 Тираж 814 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пп. Сапунова, 2