Акселерометр Советский патент 1985 года по МПК G01P15/09 

Изобретение относится к технике виброизмерения, а именно к акселерометрам для измерения виброускорений. Известны акселерометры с пьезоэлектрическим чувствительным элемен том, на который воздействует инерционный груз. Электрический потенциал (или заряд), возникающий на электродах чувствительного элемента, в таких акселерометрах пропорционален инерционной силе, определяемой как произведение массы инерционного груза на измеряемое виброускорение от движения инерционного груза в направлении оси измерения, т.е. F т-а l . Для этих акселерометров (при одном и тбм же материале пьезоэлемента) чувствительность, т.е. величина заряда, приходящегося на единицу виброускорения, пропорциональна мас се инерционного груза. Таким образо при создании высокочувствительных акселерометров приходится мериться с большой массой всего акселерометр в которой основную долю занимает ма са инерционного груза, что является недостатком таких акселерометров. Конструктивно инерционный груз, чувствительный пьезоэлемент и корпу (основание) акселерометра скреплены каким-либо клеевым компаундом, либо сжаты между собой предварительно на пряженной при сборке акселерометра пружиной. Известны также акселерометры, со держащие расположенные в корпусе пьезоэлемент и поджатый пружиной инерционный груз С21. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ак селерометр, содержащий корпус с рас ложенными в нем инерционньм элемент ji полым пьезоэлементом в форме тела вращения, на внутренней и наружной боковых поверхностях которого установлены электроды з. Для повышения чувствительности увеличивают массу инерционного элемепта, что является недостатком известного акселерометра. Цель изобретения - повышение чув ствительности акселерометра. Указанная цель достигается тем, что в акселерометре, содержащем корпус с расположенными в нем инерционным элементом и полым пьезоэлементом в форме тела вращения, на нутренней и наружной боковых поверхостях которого установлены электроы, во внутренней полости корпуса ыполнено два отсека, соединенных ежду собой цилиндрическим отверстим с размещенным в нем уплотненным оршнем, в одном из отсеков размещен редварительно поджатый инерционный лемент, жестко соединенный с поршем, а в другом расположен пьезоэлеент, при этом внутренняя полость ьезоэлемента заполнена неэлектропроодящей жидкостью. Внутренняя полость пьезоэлемента заполнена кремнийорганической жидкостью. На чертеже изображен предложенный акселерометр.. / Акселерометр состоит из корпуса, образованного основанием 1, стаканом 2 и крьшкой 3. В корпусе в стакан 2 вставлен чувствительньй пьезоэлемент 4 в виде полого цилиндра. На внешней цилиндрической поверхности пьезоэлемента, например, вожжен серебряный электрод 5, а на внутренней цилиндрической поверхности такой же электрод 6. Электрод 5 электрически соединен со стаканом корпуса, в котором укреплен штепсельный разъем 7, к контакту которого соединительным проводником 8 присоединен внутренний электрод 6. Каналы, по которым пропущен проводник, заполнены клеящим компаундом и гидравлически уплотнены. С инерционньгм грузом 9 скреплен поршень .10, помещенный в цилиндрическое отверстие 11. Поршень уплотнен упругим элементом 12, выполненным, например, в виде кольца из резины, которое размещено в кольцевых выточках соответственно на поршне и в цилиндрическом отверстии. Внутренняя полость чувствительного пьезоэлемента заполнена неэлектропроводящим веществом, которое способно передавать гидростатическое давление равномерно во все стороны. Инерционный груз 9 поджат предварительно напряженной пружиной 13, что осуществляется при сборке крьшки 3 со стаканом 2. Заполнение внутренней полости чувствительного пьезоэлемента осуществляется через отверстие 14, которое после заполнения уплотняется винтом 15 с конусным концом, садящимся в конусную заточку. Акселерометр кре3

пят к испытуемому объекту резьбовым хвостовиком 16.

Акселерометр работает следующим образом.

При колебаниях, направленных

вдоль оси х-х акселерометра, инерционный груз 9 создает инерционную силу F, которая, будучи отнесена к площади поршня S,, определяет дав ление d F/Sn во внутренней полост чувствительного пьезоэлемента 4. Это давление равномерно передается на внутреннюю поверхность пьезоэлемента. Заряд, возникающий на поверх костях пьезоэлемента, пропорционален механическому напряжению в пьезоэлементе, т.е. силе, отнесенной к площади поверхности пьезоэлемента поскольку в предлагаемом акселерометре повышение чувствительности пропорционально отношению площади внутренней поверхности пьезоэлемента 4 к площади поршня 10.. Увеличение площади поверхности пьезоэлемента увеличивает его собственную емкость, последняя увеличивает чувствительность акселерометра.

8904

Таким образом, увеличение отношения площади поверхности пьезоэлемента к .площади поршня 10 увеличивает чувствительность акселерометра путем повьш1е1НИЯ механического напряжения в пьезоэлементе и его собственной электрической емкости. Заряды, возникающие на поверхностях пьезоэлемента, через электроды 5 и 6 подводятся к штепсельному разъему 7 и далее по соединительному кабелю к усилителю (не показаны) электрических сигналов. Так как абсолютная величина деформации пьезоэлемента весьма мала (микрометры), перемещения поршня 10 в цилиндрическом отверстии 11 весьма малы. В связи с этим, деформации упругого элемента 12 также малы и эта деталь акселерометра всегда может быть сконструирована так, что она будет работать в упругой области с исчезающе малыми пластическими деформациями.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с базовым объектом обладает большей чувствительностью при меньшей массе и позволяет измерять вибрацию нового класса объектов

1. АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащи корпус с расположенными в нем инер.ционным элементом и полым пьезоэлесд OD со uneiwi iKaSunsJii ас1Па 9-iffitty oMHiminv пикщхоУрая&аяеи ментом в форме тела вращения, на внутренней и наружной боковых поверхностях которого установлены электроды, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, во внутренней полости корпуса выполнено два отсека, соединенных между собой цилиндрическим отверстием с размещенным в нем уплотненным поршнем, в одном из отсеков размещен предварительно поджатый инерционный элемент, жестко соединенный с поршнем, а в другом расположен пьезоэлемент, при этом внутренняя полость пьезоэлемента заполнена неэлектропроводящей жидкостью. 2. Акселерометр по п. 1, о т л и чающийся тем, что внутренняя полость пьезоэлемента заполнена кремнийорганической жидкостью.