Пьезоэлектрический акселерометр

Пьезоэлектрический акселерометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

CoIo3 Советеиин

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п>934389

{6l) Дополнительное к авт. саид-ву(22)Заявлено 07, 07,80 (2! ) 2958382/18-10 (5!)М. Кл.

G 01 Р 15/09 с присоединением заявки И(23) Приоритет3Ьвударетинный квинтет

ИСР ав делам нэобретеннй и вткрытнв

Опубликовано 07. 06. 82. Бюллетень № 21

Дата опубликования описания 07 06 82 (53) УД 531 ° 768 (088. 8) (72) Авторы изобретения т". рл „ т "- C>

2,, „" ": ., d,л

° = i.i: ." ., м. Й:. -И,„"1 ащ ниíà >.

Rc --технологии

В. К. Александров, Л. В. Смолко, К. P. и Э. M. Шмаков

Ленинградский политехнический институт и Центральный научно-исследовательский машиностроения (71) Заявители (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

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

В. этой области приборостроения совершенство пьезоакселерометра в значительной степени определяется коэффициентом преобразования по заряду, определяющим его пригодность для измерения параметров движения объекта.

Кроме того, к пьезоакселерометру предъявляются ряд других важных требований". малые габариты и масса, широкий частотный диапазон, прочность и надежность.

Известны конструкции пьезоакселерометров, имеющие нечувтсвительный элемент на изгиб, выполненный в виде консольно закрепленной в опоре металлической пластины и склеенной с ней пьезоэлектрической пластиной, на торцовых гранях которых закреплен груз Г13.

Основным недостатком такой конструкции является нерациональное распределение жесткости вдоль упругого подкрепления и пьезопластины, что приводит к понижению коэффициента преобразования.

Нерациональное распределение жесткости вдоль консоли проявляется в том, что керамйческие пластины в любом сечении оказываются недогруженными до предельного допустимого напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому является пьезоакселерометр, содержащий консольно закрепленный чувствительный элемент в виде двух прямоугольных пьезопластин, разделенных металлической пластиной упругого подключения постоянной толщины, и закрепленного на торцовых гранях пластин инерционного груза (2 ).

3 93438

Однако данная конструкция не позволяет повысить коэффициент преобразования по заряду, так как в ней реализован известный способ перерас" пределения жесткости консоли, предполагающий линейное уменьшение генерируемого заряда.

Цель изобретения - увеличение коэффициента преобразования пьезоак" селерометра. 1Е

Поставленная цель достигается тем, что в конструкции пьезоакселерометра, упругое подкрепление выполнено в форме равнобедренного треугольника с основанием, защемлемным в опоре,. и вы- 1 сотой, обеспечивающей постоянное по длине пьезопластин механическое напряжение изгибу.

На фиг. 1 представлена схема пьезоакселерометра; на фиг. 2 - разрез 2о

А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - эпюра напряжений.

Пьезоакселерометр содержит металлическую пластину 1 упругого подкрепления, пьезопластин 2 и инерционный д . груз 3.

Закон изменения ширины. пластйны упругого подкрепления определяется соотношением

9 4 напряжения по длине пьезопластины.

Эпюра напряжения в предлагаемой конструкции в пьезопластинах вдоль оси х показана на фиг.3 (непрерывная линия). Длина х„ участка постоянного механического напряжения (фиг.3) вычисляется из .следующего соотношения при условии 6 = CGP3 = cons t °

PFh - 4Ь (ЯЗЬ

Л Ph где LGp) и

Р

b„, Ел Е1

h=h +

Пластина, удовлетворяющая данному соотношению (1} размеров,,имеет фор- 30 му равнобедренного треугольника с ос" нованием, защемленным в опоре. (фиг.2). (х)

Р(х)Ь 4Ь„@, „A

<(1)

1 р. Ед. В

- механическое напряжение предела пропорциональности материала пьезопластин", - длина консоли;

- толщина пьезокерамической и металлической пластин;

- сила инерции;

- половина ширины пластин в зоне защемления;

- модули упругости;

Ьа 1» h + h1,Ь. 1 6л„

3 а 3

2 3 7 (. 2. l2

Принципиальное отличие предлагаемой конструкции от известной заключается в том, что изменение в соответствии с формулой (1) ширины пластины упругого подкрепления позволяет создать зону постоянного механического

Ширина пьезопластин, а следовательно площадь электродов не уменьшается ..

В результате этого имеет место повышение коэффициента преобразования датчика по заряду.

Если выражение для коэффициента преобразования по заряду в известной конструкции имеет вид:K = ° \.

5д. =

+ Ев l

4 при 2Ь 1 = 2b> = Ьф/х = 0 =( то в предлагаемой конструкции

58 = ф(х + f).

Использование. предлагаемой конструкции пьезоакселерометра обеспечивает по сравнению с известными конструкциями следующие преимущества: возмож" ность повышения коэффициента преобразования по заряду без увеличения массы и габаритов, а также уменьшения частоты первого резонанса и прочности; рациональное использование механических свойств пьезопластин за счет создания зоны постоянного механического напряжения., не превышающего предельно допустимого значения; рациональное использование электрических свойств пьезопластин за счет получения зоны равномерно распределенного электрического заряда, пропорционального измеряемой величине, что значительно повысит технический уровень датчика пьезоакселерометра, Полости между пьезопластинами, пластиной упругого подкрепления и грузом заполняются клеем (К300, SK20, ВК40), что улучшает монолитность конструкции, увеличивает ее прочность и надежность. Кроме того, введение клея увеличивает затухание и, таким образом, позволяет расширить. частотный диапазон измерений на 2030>.

934389

6 ного треугольника с основанием, защемленным в опоре, и высотой, обеспечивающей постоянное по длине пьезопластин механическое напряжение изгиs бу.

Формула изобретения

Ир1

I1

Фиг. Г

ВНИИПИ Заказ 3928/41 Тираж 887 Подписное

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

Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий консольно закрепленный чувствительный элемент в виде двух прямоугольных пьезопластин, разделенных металлической пластиной упругого .подкрепления постоянной толщины, и закрепленного на торцовых гранях пластин инерционного груза, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения коэффициента преобразования пьезоакселерометра, упругое подкрепление выполнено в форме равнобедренИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 164133, кл. G 01 P 15/09, 25.09.63.

2. Синани И. Б. Из опыта конструирования пьезоэлектрических приборов для изменения вибрации. Л., ЛДНТП 1964, с. 15-16 (прототип).