Пьезоэлектрический преобразователь виброускорений

Пьезоэлектрический преобразователь виброускорений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

») 526830

Союз Советских

Социалистических

Ресгублик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлсно 31.12.74 (21) 2090611 10 с присоединением заявки (23) Приоритет

Опубликовано 30.08.76. Бюллетень ¹ 32

Дата опубликования описания 14.09.76 (51) М. Кл. " G 01Р 15/08

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 531.768(088.8) (72) Авторы изобретения

В. В. Козлов, В. В. Янчич, В. И. Донсков, Ю. В. Лукашин и М. И. Субботин (71) Заявитель

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени го университет (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВА

ВИЬРОУСКОРЕИИЙ

Изобретение относится к ооласти измерительной техники.

Известно несколько различных типов пьезоэлектрических преобразователей ускорения.

В монолитном преобразователе, выполненном в виде пьезокерамического блока, разделенного полостями различной формы на основание, активный элемент и инерционную массу, активная зона занимает меньшу1о часть блока, что приводит к недостаточному использованию объема блока для генерации зарядов при действии виброускорений (1).

В пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем один пьезоэлемент, ис .Inл; зуется весь объем пьезоэлемента в качестве активного элемента (2).

Однако емкость подобного преобразователя оказывается небольшой, что ограничивает снизу его рабочий диапазон частот.

Наиболее близким к изобретению является пьезоэлектрический преобразователь виброускорений, содержащий корпус и пакет пьезоэлектрических пластин с параллельно соединенными электродами (3).

Однако в таком преобразователе при работе происходит возрастание действующих механических напряжений вдоль его продольной оси в сторону установочной поверхности, вследствие чего на пьезоэлектрической пластине, расположенной в зоне действия высоких механических напряжений, генерируется больший электрический заряд, чем на пластине, расположенной в зоне минимальных механических напряжений. При параллельном электрическом соединении пьезоэлектрических пластин равной толщины на электродах происходит выравнивание потенциалов, т. е. заряд максимально деформированнон Ilластины персраспределястся на менее деформиро10 ванные, в результате чего коэффициент преобразования используется не полностью и эффективность работы преооразователя снижается.

В предложенном преобразователе с целью повышения коэффициента преобразования по напряжению пьезоэлектрические пластины выполнены разнотолщинпыми, при этом их толщины, начиная с первой, максимально удаленной от поверхности крепления преобра20 зователя, соотносятся между собой как

1: (/ 2 — 1): (3 3 — ф 2): (1 4 — V 3) ...

На чертеже представлена схема предложенного пьезоэлектрического преобразовате.

25 ля виброускоренпй.

Преобразователь, закрепленный на установочной поверхности 1, состоит из пакета пьезоэлектрических пластин 2, параллельно, электрически соединенных электродов 3, вы30 водов 4 и зажимов 5 и 6.

526830

«оз

С, 7

, 2

Иф!

С1 2 =.о

Для второй пластины:

Q, =dsso 1h, + — h, 2

С, = ";

hà — V 2): (V 4 — V3) й, („+ ь) и для

Заказ 2019/14 Изд. № 1577 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ

Типография, пр. Сапунова, 2

Толщины пьезоэлектрических пластин 2 выопраются такпмп, чтобы разности потенциалов п и элск!1эод11 х пластин оь1„ 1и одиH а копы.

При вибрации установочной поверхности 1 в пьезоэлектрических пластинах 2 возникают разные металлические напряжения и на электродах 3 генерируются неодинаковые заряды, которые снимаются с зажимов 5 и 6. Заряд, возникающий на верхней пластине при действии единичного ускорения, равен /зоh1

М!

7 где d — пьезомодуль, s — площадь поверхности пьезоэлектри ческой пластины, р — плотность пьезоэлемента, h1 — толщина первой пластины.

Емкость: где в — диэлектрическая, проницаемость; ез — диэлектрическая константа.

Напряжение в режиме холостого хода:

Из требования Vi = V2

Л, = й, (1/2 — 1).

Аналогично для

h, = h, (j/3 — 2) Прп выполнении условия выбора соотношений толщин пьезопласт ш, начиная: перв >11, максимально, даленной от i становочной iioверхности, как 1: (f 2 — 1): (1 3 — 1 2):

; (jã 4 — j 3) ..., разность потенциалов на электродах 3 всех пластин одинакова, и не происходит нежелательного выравнивания потенциалов, что повышает эффективность работы

10 преобразователя. Причем, при одинаковых габаритах выигрыш в коэффициенте преобразования по напряжению достигается при сравнении с преобразователем, у которого все пластины имеют толщину, равную толщине нижней, прилегающей к установочной поверхности пластины разнотолщинного преобразователя. В случае равенства пластин сравниваемых преобразователей разнотолщинный преооразователь имеет преимущество в коэффициенте преобразования и по заряду.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь виброускорений, содержащий корпус и пакет пьезоэлектрических пластин с параллельно соединенными электродами, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения коэффициен30 та преобразования,по напряжению, в нем пьезоэлектрические пластины выполнены разнотолщинными, при этом их толщины, начиная с первой, максимально удаленной от поверхности крепления преобразователя, соотносятся между собой как 1: (g2 — 1): (3—

Источники информации, принятые во вни40 мание при экспертизе: (1). Патент США ¹ 3805097, кл. 310 — 8,4, 1974. (2). Патент Англии № 899235, кл. G IN, 1968.

45 (3). Патент США № 3397329, кл. 310 — 8,4, 1968.