ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР Российский патент 2015 года по МПК G01P15/09 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров ускорения в виброметрии, сейсмологии и акустике.

Известен пьезоэлектрический трехкомпонентный акселерометр, содержащий корпус, который закреплен на базовом основании и закрыт колпачком. Корпус выполнен из металла в форме трехгранной пирамиды с тремя ортогональными плоскостями, на каждой из которых консольно закреплено по одному пьезоэлектрическому чувствительному элементу. Чувствительные элементы выполнены в виде пьезоэлектрических или биморфных пластин (патент №2383025, кл. G01P 15/09, 2010 г.).

Недостатком пьезоэлектрического трехкомпонентного акселерометра является его низкая чувствительность к высоким частотам из-за консольного закрепления чувствительных элементов.

Наиболее близким по конструкции, совпадающим по принципу работы с заявленным, является однокомпонентный пьезоэлектрический акселерометр, принятый за прототип предлагаемого трехкомпонентного пьезоэлектрического акселерометра.

Прототип содержит предусилитель и концентрично расположенные кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пары пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пары пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями кольцевых пьезоэлектрических секторов, имеющих разную поляризацию, причем электроды подключены к предусилителю (патент №2098831, кл. G01P 15/09, 1998 г.).

Недостатком прототипа является ограниченность его применения для измерения одной компоненты ускорения.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение возможного измерения трех компонент ускорения.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известный однокомпонентный пьезоэлектрический акселерометр, содержащий предусилитель и концентрично расположенные кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пары пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пары пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями пары кольцевых пьезоэлектрических секторов, имеющих различную поляризацию, причем электроды подключены к предусилителю, дополнительно введены второй и третий предуселители, а также второй кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над первым кольцевым пьезочувствительным элементом и выполненный в виде двух пар радиально поляризованных секторов, снабженных электродами, контактирующими с боковыми поверхностями секторов, при этом предуселители выполнены дифференциальными, а сектора пар второго кольцевого пьезочувствительного элемента имеют одинаковую поляризацию, причем три пары первого и второго кольцевых пьезочувствительных элементов через электроды подключены к входам трех соответствующих дифференциальных усилителей.

Изобретение поясняется чертежами:

на фиг. 1 представлена конструктивная схема пьезоэлектрического акселерометра;

на фиг. 2 - его электронная схема.

Пьезоэлектрический акселерометр содержит концентрично расположенные кольцевые инерционную массу 1, корпус 2 и пьезочувствительный элемент 3 с осевой поляризацией в виде пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом (на фиг. 1 - одна пара секторов).

Имеется также кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над пьезочувствительным элементом 3 и выполненный в виде двух пар радиально-поляризованных секторов 4₁ 4₂ и 5₁ 5₂. Оба сектора 4₁ 4₂ и 5₁ 5₂ пары установлены центрально-симметрично с одинаковой поляризацией.

Пьезоэлектрический акселерометр включает в себя электроды 6, 7, контактирующие с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов 3, 4, 5. Причем электроды подключены к трем дифференциальным предусилителям 8, 9, 10 по количеству измеряемых компонентов X, Y, Z ускорения (фиг. 2).

Конкретное выполнение электродов 6, 7 в пьезоэлектрическом акселерометре является НОУ-ХАУ заявителя.

Кольцевой корпус 2 выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями кольцевых пьезоэлектрических секторов 3, 4, 5.

Сектора пар 4₁ 4₂ и 5₁ 5₂ второго кольцевого пьезочувствительного элемента имеют одинаковую поляризацию и образуют каналы для измерения компонент ускорения X и Y.

Пара 3₁ 3₂ первого кольцевого пьезочувствительного элемента имеет различную поляризацию секторов и образует канал измерения Z компоненты ускорения.

Сектора пар 4₁ 4₂ и 5₁ 5₂ подключены к входам дифференциальных усилителей 8 и 9. Сектора 3₁ 3₂ подключены к входам дифференциального усилителя 10.

Пьезоэлектрический акселерометр работает следующим образом.

Закрепляют корпус пьезоэлектрического акселерометра на исследуемом изделии (элементы крепления пьезоэлектрического акселерометра не приведены).

При колебаниях корпуса 2 в среде вдоль осей x, y, z на пьезоэлементы 3, 4, 5 действует сила инерции, деформирующая пьезоэлементы. На выходах пьезоэлементов появляются напряжения U_x, U_y, U_z, пропорциональные измеряемым компонентам вектора ускорения.

Таким образом, область применения пьезоэлектрического акселерометра, работающего на деформации сдвига, расширена на случай измерения параметров вектора ускорения. Этим достигается поставленный технический результат.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров ускорения в виброметрии, сейсмологии и акустики. Пьезоэлектрический акселерометр содержит предусилитель и концентрично расположенные кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пары пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пары пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями пары кольцевых пьезоэлектрических секторов, имеющих различную поляризацию, причем электроды подключены к предусилителю, при этом в него введены второй и третий предуселители, а также второй кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над первым кольцевым пьезочувствительным элементом и выполненный в виде двух пар радиально поляризованных секторов, снабженных электродами, контактирующими с боковыми поверхностями секторов, при этом предуселители выполнены дифференциальными, а сектора пар второго кольцевого пьезочувствительного элемента имеют одинаковую поляризацию, причем три пары первого и второго кольцевых пьезочувствительных элементов через электроды подключены к входам трех соответствующих дифференциальных усилителей. Технический результат - измерение трех компонент вектора ускорения. 2 ил.

Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий предусилитель и концентрично расположенные кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пары пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пары пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями пары кольцевых пьезоэлектрических секторов, имеющих различную поляризацию, причем электроды подключены к предусилителю, отличающийся тем, что в него введены второй и третий предуселители, а также второй кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над первым кольцевым пьезочувствительным элементом и выполненный в виде двух пар радиально поляризованных секторов, снабженных электродами, контактирующими с боковыми поверхностями секторов, при этом предуселители выполнены дифференциальными, а сектора пар второго кольцевого пьезочувствительного элемента имеют одинаковую поляризацию, причем три пары первого и второго кольцевых пьезочувствительных элементов через электроды подключены к входам трех соответствующих дифференциальных усилителей.