ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР Российский патент 1998 года по МПК G01P15/09 

Описание патента на изобретение RU2106642C1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров вибраций и ускорений в различных областях техники.

Известен пьезоэлектрический акселерометр, использующий продольно поляризованный пьезоэлемент в виде кольцевых шайб [1], нагруженных инерционной массой и соединенных с корпусом [1].

Недостатком известного акселерометра является недостаточно высокая чувствительность и сравнительно узкий рабочий диапазон прибора.

В качестве прототипа принят пьезоэлектрический акселерометр, содержащий кольцевой пьезоэлемент, поляризованный в радиальном направлении, и металлически электроды, нанесенные на наружную и внутреннюю боковые поверхности кольцевого пьезоэлемента, а также инерционную массу и корпус, между которыми расположен кольцевой пьезоэлемент [2].

Недостатками прототипа является слабая помехозащищенность и низкая чувствительность акселерометра.

Ввиду небольшой ширины изоляционных слоев и относительно большой диэлектрической проницаемости пьезокерамики, паразитная емкость с Cn между корпусом и электродами значительная. Это в свою очередь приводит к большому значению синфазной составляющей помехи на выходе акселерометра, вызванной, например воздействием продольной помехи, величина которой, пропорциональна Cn.

Кроме того большое значение Cn уменьшает чувствительность акселерометра по напряжению, поскольку полезный сигнал последнего делится емкостным делителем, образованным Cn и Cа - емкостью между электродами акселерометра, в отношении:
Cа/Cа + Cn.

Технический эффект, получаемый от внедрения изобретения, заключается в уменьшении паразитной емкости между корпусом и электродами, что приводит к повышению помехозащищенности и чувствительности прибора.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном пьезоэлектрическом акселерометре, содержащем кольцевой пьезоэлемент, поляризованный в радиальном направлении и металлические электроды, нанесенные на наружную и внутреннюю боковые поверхности кольцевого пьезоэлемента, а также инерционную массу и корпус, между которыми расположен кольцевой пьезоэлемент, толщина S кольцевого пьезоэлемента и его высота H удовлетворяют соотношению:
H/S > d33/d31, (1)
где
d33 и d31 - пьезомодули материала пьезоэлемента в статическом режиме, при этом инерционный элемент и корпус изолирован от металлических электродов с помощью непроводящих прокладок, причем корпус, кольцевой пьезоэлемент и инерционная масса скреплены по оси акселерометра с помощью упругого стержня.

В частном случае толщина S кольцевого пьезоэлемента и его высота H удовлетворяют соотношению:
H/S > 4, (2)
а средний диаметр D кольцевого пьезоэлемента и его толщина S удовлетворяют соотношению:
D/S > 10. (3)
Причем непроводящие прокладки могут быть выполнены из полиимидной пленки, пьезоэлемент - из пьезокерамики, а инерционный элемент и корпус - из одного материала, преимущественно нержавеющей стали.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена общая схема устройства.

Пьезоэлектрический акселерометр содержит кольцевой поляризованный в радиальном направлении пьезоэлемент 1, с металлическими электродами 2, нанесенными на наружную и внутреннюю боковые поверхности кольцевого пьезоэлемента 1, расположенного между кольцевыми инерционными массой 3 и корпусом 4, скрепленными по оси с помощью упругого стержня, например, болта 5.

Акселерометр также содержит две кольцевые изоляционные прокладки 6, расположенные по торцам кольцевого пьезоэлемента 1, выполненного, например, из пьезокерамики.

Размеры S, D, H удовлетворяют неравенством (1-3), полученным в результате экспериментальных исследований и теоретических расчетов.

Кроме того в частном случае, целесообразно инерционную массу, упругий стержень и корпус выполнить из нержавеющей стали, а непроводящие прокладки - из полиимидной пленки. Это позволит дополнительно расширить диапазон рабочих температур акселерометра.

Акселерометр работает следующим образом.

Закрепляют корпус 4 на исследуемом изделии (элементы крепления на чертеже не показаны). Под действием ускорения на электродах 2 пьезоэлемента 1 появляется заряд, пропорциональный величине ускорения, который усиливается во вторичной аппаратуре и регистрируется (блоки вторичной и регистрирующей аппаратуры на чертеже не показаны).

При выполнении неравенства (1) и акселерометра чувствительность по заряду больше чем на прототипе приблизительно в
H • d31/(S • d31),
а также шире частотный диапазон за счет повышения частоты первого резонанса приблизительно в
SE33

/SE11
, ,
где
SE33
и SE11
- - упругие податливости пьезокерамики, определяемые при постоянном значении напряженности электрического поля E.

Одновременно повышается помехозащищенность акселерометра, особенно при выполнении неравенств (2, 3).

Похожие патенты RU2106642C1

название год авторы номер документа
Асимметричный датчик изгибающего момента для высокотемпературных вихревых расходомеров 2016
  • Богуш Михаил Валерьевич
  • Булдаков Геннадий Владимирович
  • Пикалев Эдуард Михайлович
RU2688876C2
ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВИБРОАКСЕЛЕРОМЕТР С ОДНИМ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ 1994
  • Кобяков Игорь Борисович
RU2061242C1
ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УДАРОПРОЧНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР 2019
  • Иванов Виктор Евгеньевич
  • Селищев Анатолий Алексеевич
RU2716872C1
АКСЕЛЕРОМЕТР, РАБОТАЮЩИЙ НА ДЕФОРМАЦИИ СДВИГА В ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТЕ, И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1996
  • Вишневский Игорь Борисович
  • Зюзин Владимир Николаевич
RU2098831C1
Пьезоэлектрический акселерометр 2016
  • Янчич Владимир Владимирович
  • Панич Анатолий Евгеньевич
RU2627571C1
ВЕКТОРНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2007
  • Левитский Дмитрий Николаевич
  • Сперанский Анатолий Алексеевич
RU2347228C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПЬЕЗОМАТЕРИАЛА 2010
  • Рыбянец Андрей Николаевич
RU2414017C1
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ГЕНЕРАТОР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2013
  • Каплунов Иван Александрович
  • Малышкина Ольга Витальевна
  • Головнин Владимир Алексеевич
  • Иноземцев Николай Владимирович
  • Дольников Геннадий Геннадьевич
RU2551666C2
ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР 1995
  • Некрасов В.Н.
RU2098830C1
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК УСКОРЕНИЯ 2002
  • Бендрышев Ю.Н.
  • Зинченко В.Н.
  • Климашин В.М.
  • Кучин А.И.
  • Сафронов А.Я.
  • Сидоров Ю.А.
RU2212672C1

Реферат патента 1998 года ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

Использование: в измерительной технике для измерения параметров вибраций и ускорений в различных областях народного хозяйства. Сущность изобретения: в акселерометре, содержащем кольцевой поляризованный пьезоэлемент, расположенный между инерционной массой и корпусом, скрепленным по оси с помощью резьбового соединения, в качестве пьезоэлемента используется кольцевой пьезоэлемент, поляризованный в радиальном направлении, а металлические электроды нанесены на наружную и внутреннюю боковые поверхности кольцевого пьезоэлемента. Использование предложенного акселерометра позволяет повысить его чувствительность и упростить процесс изготовления устройства. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 106 642 C1

1. Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий кольцевой пьезоэлемент, поляризованный в радиальном направлении, и металлические электроды, нанесенные на наружную и внутреннюю боковые поверхности кольцевого пьезоэлемента, а также инерционный элемент и корпус, между которым расположен кольцевой пьезоэлемент, отличающийся тем, что толщина кольцевого пьезоэлемента S и его высота Н удовлетворяют соотношению
H/S > d33/d31,
где d33 и d31 - пьезомодули материала пьезоэлемента в статическом режиме, инерционный элемент и корпус выполнены из одного материала, изолированного от металлических электродов с помощью непроводящих прокладок, при этом корпус кольцевой пьезоэлемент и инерционная масса скреплены по оси акселерометра с помощью упругого стержня.
2. Акселерометр по п.1, отличающийся тем, что толщина S кольцевого пьезоэлемента и его высота Н удовлетворяют соотношению
H/S > 4.
3. Акселерометр по п.1, отличающийся тем, что средний диаметр D кольцевого пьезоэлемента и его толщина S удовлетворяют соотношение
D/S > 10.
4. Акселерометр по п. 1, отличающийся тем, что инерционный элемент и корпус выполнены из нержавеющей стали, непроводящие прокладки выполнены из полиимидной пленки, а пьезоэлемент - из пьезокерамики.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1998 года RU2106642C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
US, патент, 4637246, кл
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
US, патент, 4966031, кл
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Иориш Ю.И
Виброметрия
- М.: ГНТИ машиностроительной литературы, 1963, с
Котел для водяного отопления с внутренним перегревателем воды для побуждения циркуляции в сети и с регулятором наружной температуры котла 1924
  • Яхимович В.А.
SU573A1
Нефтяная топка для комнатных печей 1923
  • Федоров В.С.
SU568A1
Паровоз для отопления неспекающейся каменноугольной мелочью 1916
  • Драго С.И.
SU14A1

RU 2 106 642 C1

Авторы

Вишневский И.Б.

Зюзин В.Н.

Некрасов В.Н.

Краснописцев Н.В.

Даты

1998-03-10Публикация

1996-03-22Подача