Пьезоэлектрический акселерометр Советский патент 1983 года по МПК G01P15/09 

Изобретение относится к технике измерения параметров вибраций на различных объектах с малыми вибрационными смещениями, где требуется большой коэффициент преобразова нуя датчика и высокая вибропрочность. В этой области приборостроения совершенство пьезоакселерометра и возможность его применения определяются как коэффициентом преобразования, так и вибропрочностью, т.е. сохранением работоспособности датчи ком после кратковременного действия ускорения, значительно превышающего его рабочий диапазон, и ударов. Кроме этого, к пьезоакселеромет ру предъявляется ряд других важных требований: малые габариты и масса широкий частотный и температурный диапазоны. Известны конструкции пьезодатчиков, в которых для повышения вибр прочности, расширения температурног диапазона и упрощения технологии сборки широко применяются безкяеевое соединение инерционной массы и пьбзо.алемеита. В подобных констру циях инерционный элемент поджат к пьезоэле1,енту дополнительным упру гим элементом и корпусом С Однако существующие пьезоакселе рометры с поджатием имеют сравнител но низкий коэффициент преобразования. Наиболее близкой k предлагаемому пьезоакселерометру явл-яется констру ция, содержащая чувствительный элемент в виде металлического диска с прикрепленным к нему пьезоэлементом и инерционный элемент 2. Однако при направлении вектора ускорения по оси дисков пьезоэлемен испытывает деформацию сложного изгиба. Такая конструкция имеет более высокий коэффициент преобразования при небольшой инерционной массе, но не обеспечивает достаточно высокой вибропрочности. Цель изобретения - увеличение ви ропрочности, расширение частотного диапазона. Поставленная цель достигается тем, что в известной конструкции пьезоакселерометра, содержащей чувс вительный элемент в виде металлического диска с прикрепленным к нем пьезоэлементом и инерционный элемен последний выполнен в виде диска с равномерно распределенными по его периметру выступами, контактирующим с пьезоэлементом, а между пьезои инерционным элементами установлен распорная шайба.. Действующие на инерционный элемент силы инерции приводят к изгибу пьезоэлектрического диска, на поверхности которого в результате поперечного пьезоэффекта возникает заряд. На чертеже изображен пьезоакселерометр, общий ВИД. Пьёзоакселерометр имеет метгшлический диск 1, выполненный заодно со стойкой и установленный на основании корпуса 2, диск 3 из пьезокерамики, инерционный элемент в виде диска 4 с выступами 5. Инерционный элемент 4, пьезокерамический 3 и металлический 1 диски крепятся к корпусу 2 прижимным винтом 6 с шайбой 7. Выступы 5 на инерционном элементе 4 обеспечивают касание пьезокерамического диска 3 по периметру. Между дисками 4 и 3 .расположена распорная фторопластовая шайба 8. Сила поджатияинерционного элемента регулируется винтом 6. Устройство работает следующим образом. При воздействии ускорения, направленного по оси дисков, возникает сила инерции, приводящая к сложному изгибу всех трех дисков. Отрыв выступов 5 инерционного элемента 4 от пьезопластины 3 исключается предварительным его поджатием винтом 6. Отличие предлагаемой конструкций от известной заключается в том, что в конструкцию введен третий металлический диск 4 с выступами 5, выполняющий роль инерционного элемента. Введение элемента 4 позволило повысить вибропрочность конструкции и расширить частотный и температурный диапазоны пьезоакселерометра с од- . новременным упрощением конструкции и технологии сборки. Повышение йибррпрочности достигается более высокой . степенью симметричности инерционного элемента (он выполняется в отличии от стержневой конструкции как единое целое в виде металлического . диска/, что снижает чувствительностьк поперечным составляющим ускорения, отсутствием клеевого соединения пьезокерамического диска 3 и диска 1 упругого подкрепления, крепление конструктивных элементов 1, 3 и 4 путем поджатия их винтом 6, что повышает изломостойкость конструкции при действии больших поперечных составляющих ускорения (инерционный элемент крепится силами трения и может сместиться в поперечном сечении). Как известно, датчики с предварительным оджатием пьезоэлемента при кратко- временных ударах не выходят из строя одобно клееным. Отсутствие клеевого соединения расширяет температурный иапазон работы преобразователя, упрощает технологию его сборки. Размеенная между дисками 4 и 3 распорная фторопластовая шайба 8 осущестляет демпфирование конструкции. Блаодаря этому происходит как расширение частотного диапазона, так и повышение вибропрочности преобразователя. Коэффициент преобразования и значение верхнего предела измерения при заданных геометрических размерах могут быть изменены путем выбора материала инерционного элемента , плотность которого может быть в 2,5-5 раз выше плотности материала диска упругого подкрепления.

Предельно допустимое ускорение ЗщаУа. - предлагаемого устройства в N раз превосходит предельно допустимое ускорение Sy для прототипа.

При этом Цг .NVj

. .SvdQIl;, MS

м. ML K..(WI/M)KI)

,9 - K KI+KIK K K;

где M - масса инерционного элементе в npOTOTime и предлагаемой конструкции/

M- приведенная масса поджимающего винта/

n, приведенная, жесткость пьезо элемента и диска упругого подкрепления/

K« приведенная жесткость поджимающего винта; К - приведенная жесткость чдиска

инерционного элемента и рас. порной шайбы.

.При соответствутмдем Ьыборе масс и жесткостей прочность конструкции, 5 определяемая коэффициентом N, может быть повышена в 10-20 раз.

Предлагае шй пьезоакселерометр предназначен для измерений парг1метрЬв

низкочастотных 0,1-5000 Гц вибраций| 0 Изделий машиностроения и энергетики

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий чувствительный элемент в виде металлического диска с прикрепленным к нему пье оэлементом и инерционный элемент, отличающийся . тем, что, с целью увеличения вибропрочности и расширения частотного диапазона, инерционный элемент выполнен в виде диска с равномерно распределенными по его периметру выступами, контактирующими с пьезоэлементом, а между пьезо-..;И инерционным элементами установлена распорная шайба. (Л с ел 00