Пьезорезонансный акселерометр Советский патент 1983 года по МПК G01P15/09 

Изобретение относится к измерител ной технике, а именно к технике изме рения линейных и вибрационных ускоре ний, преимущественно малых - единицы и доли единиц м/с. Известны пьезорезонансные акселерометры, содержащие пьезоэлементы и инерционную массу tl Конструкция этих акселерометров предусматривает работу пьезоэлементов в режиме сжатия-растяжения, что не всегда обеспечивает необходимую чувствительность. Известен также виброакселерометр построенный на основе рамной конструкции L2 .. Пьезоэлементы данной конструкции работают на изгиб, что увеличивает чувствительность акселерометров, но приводит также к увеличению и боково ;чувствительности. Но во многих случдях чувствительность рамной конструкции оказывается также недостаточной , Цель изобретения - повышение чувствительности и помехозащищенности акселерометра. Указанная щель достигается тем, что корпус выполнен в виде кольца, на противоположных торцах которого расположены взаимно перпендикулярно пьезоэлементы, между которыми на их серединах установлена инерционная масса. Пьезоэлементы предварительно напряжены посредством винтов, расположенных параллельно одному из пьезоэлементов по обе его стороны, соединяющих противоположные поверхности корпуса, Внутри корпуса расположены два винта для создания начальной стяжки корпуса. Инерционная масса под действием измеряемого ускорения оказывает воз действие на середины жестко закрепленных по концам пьезоэлементов перпендикулярно их Продольной оси. При этом небольшое воздействие инерционной массы вызывает значительные напряжения растяжения в материале пьезоэлементов в соответствии с законами сопротивления материалов: напряжение растяжения в тонкой длинной пластине, жестко защемленной по концам, обратно пропорционально стреле прогиба. Этот эффект вызывает повышение чувствительности акселерометра Расположение пьезоэлементов взаим- is .но перпендикулярно приводит к увели- , чению поперечной жесткости системы пьезоэлементы - инерционная масса,, а это обеспечивает уменьшение поперечной чувствительности. На фиг.1 представлен предлагаемый акселерометр; на фиг. 2 - то же. вид сверху. Акселерометр содержит кольцевой корпус 1, на котором с разных гс торцов взаимно перпендикулярно закреп лень| два кварцевых пьезорезонатора 2 и 3. К пьезорезонаторам, между ними, жестко укреплена инерционная масса k. Корпус стянут двумя винтами 5, котог рые,. деформируя его, -создают а пьезо резонаторах начальные механические напряжения: в пьезореаонаторе 2 сжсгтие, а в пьезорезонаторе 3 растяжение. Устройство работает г;ледующим о6разом.. Измеряемое виброускорение, действующее по оси кольцевого корпуса перпендикулярно пьезорезонаторам, передается с объекта на корпус 1, ас него через пьезорезонаторы 2 и 3 - на инерционную массу k. Инерционная масса под действием ускорения оказывает воздействие на пьезорезонаторы, вызыаая в них дополнительные механические ;напряжения одного знака - растяжение. Например, если в данный момент вре мени инерционная масса стремится смес J to титься вверх (по чертежу.), то в пьезорезонаторе 2 начальное напряжение сжатия loc, уменьшится на величину а в пьезорезонаторе 3 начальное растяжение р увеличится на ли . Соответг ственно изменяются и резонансные частоты пьезорезонаторов. Если же инерционная масса стремится переместиться вниз, то изменения начальных механических напряжений пьезорезонаторов и их частоты получают противоположный знак. Пьезорезонаторы 2 и 3 включаются в схемы автогенераторов. Схема обраг ботки частотных сигналов может быть выбрана различной в зависимости от конкретных задач. На.пример, сигналы с автогенераторов можно подать на частотные детекторы, а далее - на суммирующий усилитель. Формула изобретения 1. Пьезорезонансный акселерометр, содержащий корпус с установленными 3 нем пьезоэлементами и инерционной массой, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, корпус выполнен в виде кольца, на противоположных торцах которого расположены взаимно перпендикулярно i пьезоэлементы, между которыми на их серединах установлена инерционная масса. 2. Акселерометр по п.1, .о т л и ч а ю -щ и и с я тем, что пьезоэлементы предварительно напряжены посредством винтов, расположенных параллельно одному из пьезоэлементов по обе его стороны, соединяющих противоположные поверхности корпуса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Налов В.В. Пьезорезонансйые датчики. М., Энергия, 1978, РИС.З-П а-ж. 2.Там же, рис. 5-11 э (прототип).