Пьезоэлектрический виброакселерометр Советский патент 1976 года по МПК G01H1/00 G01P15/08 

1

Изобретение относится к области измерительной техники.

Известные пьезоэлектрические виброакселерометры, содержап ие чувствительный пьезоэлемент, вмонтированный между основанием и инерционной массой и подключенный через кабели к индикатору, не во всех случаях обеспечивают одновременное измерение виброускорений по трем осям координат и имеют невысокие точность и чувствительность измерений.

Для обеспечения одновременного измерения виброускорений по трем осям координат с повышением точности и чувствительности в предлагаемом виброакселерометре чувствительный элемент выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, из кристалла, матрица пьезоэлектрических постоянных которого имеет следующий вид:

ООООdi5 О

ОООd24 ОО

dsi d32 dsa ООО

причем полярная ось кристалла перпендикулярна к плоскости крепления.

На фиг. 1 показан общий вид виброакселерометра (символами X, Y, Z обозначены оси и грани пьезоэлемента, две параллельные грани и перпендикулярная к ним ось обозначены

одним и тем же символом); на фиг. 2 - блоксхема его включения.

Виброакселерометр содержит пьезоэлемент 1, расположенный между основанием 2 и инерционной массой 3 и представляющий собой прямоугольный параллелепипед с металлизированными гранями, которые попарно подключены через выводы 4, 5, 6 (фиг. 2) и предварительные усилители 7, 8, 9 к нагрузочным кабелям 10, И, 12 и далее к индикаторам 13, 14 и 15.

Пьезоэлемент 1 выполнен из кристалла, матрица пьезоэлектрических постоянных которого имеет вид

0ОООdi5 О

ОООd24 ОО

dsi d32 dss ООО

При этом некоторые из неравных нулю пьезоэлектрических постоянных этой матрицы dai, йз2, das, d24, dis могут быть равны между собой.

Класс материалов с указанной выше матрицей пьезоэлектрических постоянных достаточно широк и для выбора материала с повышенной чувствительностью (чувствительность виброакселерометра определяется отношением пьезоэлектрической постоянной d к диэлектрической проницаемости е материала) можно воспользоваться следующей таблицей:

Полярная ось пьезоэлемента 1 перпендикулярна к плоскости крепления. Предварительные усилители 7, 8 и 9 (либо по напряжению, либо по заряду) выполнены па основе полевого транзистора и расположены на корпусе виброакселерометра или вблизи него.

При измерении вибрации вдоль оси Z в кристалле возникает деформация растяжения - сжатия в том же направлении, при этом срабатывает пьезоэлектрическая постоянная d и заряды появляются лишь на гранях Z. В случае вибрации в направлении оси X возникает деформация сдвига в плоскости XZ, срабатывает пьезоэлектрическая постоянная dis, и заряды возникают только на гранях X. При вибрации в направлении оси Y возникает деформация сдвига в плоскости YZ, срабатывает пьезоэлектрическая постоянная 24, и заряды возникают только па гранях У.

Так как в направлениях осей X или У не создается деформация растяжения-сжатия, то пьезоэлектрические постоянные dsi и dz2 кристалла в работе виброакселерометра участия не принимают. Если вибрация направлена произвольно в пространстве, то с помощью трех пьезомодулей (, cfis, 24), работающих одновременно, можно получить три проекции этой вибрации на оси X, У и Z.

Таким образом, использование в кристалле трех пьезоэлектрических постоянных /зз, di5, позволяет точно определить вектор виброускорения в данной точке пространства при минимуме паразитной чувствительности.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический виброакселерометр, содержащий чувствительный пьезоэлемент, вмонтированный между основанием и инерционной массой и подключенный через кабели к индикатору, отличающийся тем, что, с целью обеспечения одновременного измерения виброускорений по трем осям координат с повышением точности и чувствительности измерений, в нем чувствительный элемент выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда из кристалла, матрица пьезоэлектрических постоянных которого имеет следующий вид:

ООООdi5 О

ОООd24 ОО

dsi d32 dsa ООО

причем полярная ось кристалла перпендикулярна к плоскости крепления.