ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР Советский патент 1996 года по МПК G01P15/09 

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано при измерении параметров ударов и вибраций при высоких температурах.

Целью изобретения является повышение чувствительности при сохранении технологичности конструкции акселерометра.

На фиг.1 схематически изображен предлагаемый пьезоэлектрический акселерометр, разрез; на фиг.2 схематически показана конструкция единого цельного пьезокерамического тела.

Пьезоэлектрический акселерометр состоит из корпуса 1 с крышкой 2, шпильки 3, гайки 4, пьезокерамического тела 5 и кабеля 6. Пьезокерамическое тело имеет внутренние горизонтальные электроды 7 и 8 и вертикальные коммутирующие электроды 9 и 10. Крепление пьезокерамического тела в корпусе осуществляется путем поджатия с помощью крышки 2 и шпильки 3 с гайкой 4. Возможные направления измеряемого ускорения показаны стрелками.

Акселерометр работает следующим образом.

При воздействии ускорения на рабочую поверхность акселерометра последнее передается на пьезокерамическое тело, поскольку между корпусом и частью пьезокерамического тела, ограниченного цилиндрической поверхностью А, обеспечен механический контакт. При этом в остальной части пьезокерамического тела, в том числе и в области А-Б, представляющей собой цилиндрический чувствительный элемент, возникает сдвиговое напряжение. Поскольку пьезокерамическое тело поляризовано вертикально в цилиндре, образованном цилиндрическими поверхностями А и Б, возникает разность потенциалов, которая по внутренним электродам 7 и 8 передается на коммутирующие вертикальные электроды 9 и 10 и далее на кабель 6. В соответствии с выполняемыми функциями часть пьезокерамического тела, ограниченная цилиндрической поверхностью А, является основанием, часть, ограниченная цилиндрическими поверхностями А и Б (где происходит генерация сигнала), является чувствительным элементом, а оставшаяся часть пьезокерамического тела инерционной массой.

Выполнение элементов конструкции акселерометра: основания, чувствительного элемента и инерционной массы в виде единого цельного пьезокерамического тела ведет к повышению механической прочности, а следовательно, и к надежности акселерометра. Кроме того, отсутствие разнородных по температурным и механическим свойствам материалов увеличивает в 2-3 раза рабочий температурный диапазон акселерометра и позволяет получить во всем диапазоне температур высокую линейность амплитудно-частотных характеристик, что и обеспечивает высокую точность измерения с помощью предлагаемого акселерометра. Предлагаемое техническое решение при современном развитии керамической технологии является более технологичным, т.к. изготовление единого цельного пьезокерамического тела устраняет необходимость тщательной высокоточной механической обработки поверхностей основания, чувствительного элемента и инерционной массы и дальнейшей их индивидуальной подгонки, что является необходимым для обеспечения метрологических эксплуатационных характеристик аналогичных акселерометров. Изготовление акселерометров по изобретению позволит увеличить идентичность их параметров при массовом выпуске благодаря изготовлению трех элементов акселерометра в виде единого цельного пьезокерамического тела и однородной равномерной поляризации чувствительного элемента, что обеспечивается наличием горизонтальных электропроводящих слоев в объеме пьезокерамического тела, выполняющих при поляризации роль эквипотенциальных поверхностей.

Повышение точности измерения достигается за счет повышения чувствительности акселерометра при выполнении следующих условий. Размеры чувствительного элемента, количество проводящих горизонтальных слоев и расстояние между ними должно удовлетворять такому соотношению
5 7 na 10 12b где а расстояние между слоями;
b толщина чувствительного элемента;
n число проводящих слоев;
na высота чувствительного элемента.

Так, при < 5 происходит значительное уменьшение емкости и чувствительности акселерометра, а при > 7 уменьшается технологичность изготовления при незначительном увеличении (по сравнению с оптимальными) значений емкости и чувствительности. При na > 10b происходит уменьшение емкости и чувствительности акселерометра, а также искажение сдвиговой деформации. При na > 12b не происходит заметного увеличения параметров акселерометра при уменьшении технологичности изготовления и увеличения габаритных размеров пьезокерамического тела, а следовательно, и акселерометра в целом.

Изобретение может быть использовано при измерении параметров ударов и вибраций при высоких температурах. Цель изобретения - повышение чувствительности при сохранении технологичности конструкции акселерометра. В соответствии с выполняемыми функциями часть пьезокерамического тела, ограниченная цилиндрической поверхностью А, является основанием, часть, ограниченная поверхностью А и Б, является чувствительным элементом, а оставшаяся часть - инерционной массой. Цель изобретения достигается за счет повышения чувствительности устройства. Размеры чувствительного элемента, количество проводящих горизонтальных слоев и расстояние между ними должны удовлетворять определенным соотношениям, приведенным в описании. 2 ил.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий корпус, расположенные в нем выполненные в виде единого цельного пьезокерамического тела чувствительный элемент, основание чувствительного элемента и инерционную массу, а также электроды чувствительного элемента, образованные параллельными электропроводными слоями, находящимися непосредственно внутри пьезокерамического тела, ориентированными перпендикулярно оси поляризации чувствительного элемента и электрически соединенными параллельно, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности при сохранении технологичности конструкции акселерометра, размеры чувствительного элемента, количество токопроводящего слоев и расстояние между ними удовлетворяют следующим соотношениям
b/a=5 - 7, na - 12b,
где a - расстояние между слоями;
b - толщина чувствительного элемента;
n - число токопроводящих слоев;
na - высота чувствительного элемента.