Пьезоэлектрический акселерометр

Пьезоэлектрический акселерометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы

«эобретенив

Й.Л.Закс и B.È.Зархин (7I) Заявятель (54} ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОИЕТР! изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к пьезоэлектрическим акселерометрам, и может быть использовано для изме" рения параметров вибраций.

Известны пьезоэлектрические акселерометры с пьезоэлементами, установленными между инерционной массой и корпусом 31) и (2 )..

Известные акселерометры ймеют относительно низкую чувствительность

10 .и подвержены влиянию боковых ускорений. Пьезоэлектрические акселеромвтры с консольными чувствительными элементами обладают относительно низ" .

13 кой ударной прочностью и ограниченным частотным диапазоном работы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату. является акселерометр, содержащий закрепленный в корпусе посредством стержня чувствительный элемент, вын полненный в виде инерционной массы, размещенной по периферии плоской

2, мембраны, пьезоэлектрического эле мента, установленного на мембране; центральная часть которой жестко скреплена со стержнем (33.

Цель изобретения - повыщение чувствительности акселерометра.

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 иэ цилиндров является пьеэс . элементом, а тоха1ина мембраны и связана со средним радиусом пьезоэлемента Кср и толщиной е стенки ци" лнндра соотноеениен с с Щ К . Ha фиг. 1 представлена упрощенная конструктивная схема пьеэоэлектричес" кого акселерометра; на фиг. 2 - вариант акселерометра с двумя пьеэо" элементами.

Акселерометр содержит основание

1, инерционную массу в виде двух ци3 9 линдров 2 и 3, установленных на противоположных с оронах 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 пьезокерамики.

Акселерометр снабжен защитным кожухом 5.

Акселерометр работает следующим об разом.

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 я 3, то он лишен возможности поворота при изгибе мембраны, т.е. мембрану 4 можно рассматривать как жестко защемленную по внеш.нему контуру, а действие инерционной силы - распределенной по этому контуру.

Изгир мембраны приводит. к возникновению в цилиндре дополнительных механических напряжений, которые максимальны на границе соединения цилиндра с мембраной и уменьшаются по высоте цилиндра.

В конструкции акселерометра соотношение геометрических параметров мембраны 4 и цилиндров 2, 3, обусловливает значительное превышение тангенциальных напряжений6 ь"(фиг. 2) в пьезоэлементе над нормальными 62, что и обеспечивает увеличение чувствительности при измерении. ускорений.

Для этого толщина мембраны t выбираатся иа условия t < 1аг. а, гра

R p - средний радиус цилиндра 3, О - толщина стенки цилиндра.

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"

18857 4 рометра при увеличении его чувствительности.

На фиг. 2 представлена упрощенная конструктивная схема акселерометра, в которой инерционная масса выполнена целиком из пьезокерамики и состоит из двух йьезокерамических цилиндров, симметрично закрепленных на обоих сторонах мембраны, выполненной, 1В например, из титана.

Кроме повышения чувствительности при измерении ускорения, конструкция чувствительного элемента позволяет уменьшить массу и габариты предлаgy гаемого акселерометра.

Формула изобретения та

Пьезоэлектрическии акселерометр, содержащий закрепленный в корпусе посредством стержня чувствительный элемент, выполненный в виде инерционной массы, размещеннрй по перид @epw плоской мембраны, пьезоэлектрического элемента, установленного на мембране, центральная часть которой жестко скреплена со стержнвм, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности акселерометра, 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 пьезоэлементом, а толщина мембраны связана со средним радиусом пьезоэлемента Qgp и толщиной с(" стенки цилиндра соотношением с Пса"

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гик Л.Д. Измерение вибраций.

45 Новосибирск, "Наука", 1972, с. 189190.

2. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара. Кн. 1 .

Под ред. В.В .Клюева. М.,"Машиностроеso ние". 1978, с. 51.

3. Иориш Ю.И. Вйброметрия . Гос. научтехиздат машиностроительной литературы. M° .,, 1963, с. 569, фиг. 14.

53 р (прототип)..

Составитель К.Лукомский

Редактор О.Половка Техред Ж. Кастелевиц Корректор " выдкаЯ

Заказ 2129/27 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303, Москва, М-Я, Раушская наб., д. М5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4