Пьезоэлектрический преобразователь ускорения Советский патент 1980 года по МПК G01P15/08 

1

Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к акселерометрам с пьезоэлектрическими преобразователями.

Известные акселерометры с пьезоэлектрическими преобразователями имеют неравномерную амплитудно-частотную характеристику с сильно выраженным резонансом, что при измерении быстроменяющихся ускорений приводит к значительным динамическим погрешностям. При измерении медленно меняющихся в широком диапазоне ускорений с одновременным требованием высокой чувствительности для перекрытия всего диапазона измеряемых ускорений приходится прибегать к использованию набора из нескольких пьезопреобразователей

1-3.

Наиболее близкое к изобретению техническое решение-акселерометр 3, содержащий консольно закрепленный в корпусе пьезоэлемент с электродами, инерционную массу, присоединенную к свободному концу пьезоэлемента, и усилитель, связанный с электродами.

Это устройство из-за сильно выраженной резонансной характеристики имеет ограниченный частотный диапазон измеряемых ускорений.

Цель изобретения - повышение динамической точности пьезоэлектрического преобразователя ускорений.

Указанная цель достигается тем, что в него введено корректирующее звено, включенное между выходом усилителя и дополнительными электродами, закрепленными на ньезоэлементе.

На фиг. 1 показан предлагаемый преобразователь; на фиг. 2-то же, вариант.

Преобразователь содержит корпус 1, пьезоэлемент 2, инерционную массу 3, основные электроды 4, 5, дополнительные компенсационные электроды 6, 7, усилитель 8 и корректирующее звено 9 обратной связи.

Корректирующее звено представляет собой, например, соединенные входными цепями дифференцирующую цепочку и инвертирующий усилитель, выходы которых подключены на соответствующие, входы сумматора.

В другом варианте устройства (фиг. 2) трубчатый пьезоэлемент 1, закрепленный в корпусе 2, имеет один сплошной цилиндрический внутренний электрод 3, являющийся общим для расположенных снаружи симметрично основного электрода 4 и компенсационного 5. Для уцрощения графической части на фиг. 2 не показаны инерционная масса, усилитель и корректирующее

звено обратной связи.

Пьезоэлектрический преобразователь ускорения работает следующим образом.

При появлении ускорения (фиг. 1) инерционное усилие от инерционной массы 3 сжимает (растягивает) пьезоэлемент 2. Вследствие поперечного пьезоэффекта на электродах 4 и 5 возникают электрические заряды, создающие напряжение на входе усилителя 8. Усиленный усилителем 8 сигнал через корректирующее звено обратной связи 9 поступает на дополнительные корректирующие электроды б и 7 пьезоэлемента 2. Между электродами 6 и 7 возникает электрическое поле, которое вследствие обратного пьезоэффекта обеспечивает удлинение (сжатие) пьезоэлемента 2, реализуя тем самым отрицательную обратную связь.

В результате при указанном выще корректирующем звене происходит как бы повыщение механической жесткости пьезоэлемента, и увеличение его собственной частоты (при соответствующем снижении коэффициента преобразования) и осуществляется дополнительное демпфирование пьезоэлемента. Корректирующее звено может быть выполнено многодиапазонным с различным функциональным набором корректирующих цепей и возможностью переключения измерительного преобразователя в целом на наиболее выгодный, с точки зрения точностных параметров, реяшм работы.

Таким образом, происходит коррекция амплитудно-частотной характеристики первичного преобразователя и следовательно повыщение динамической точности, а также создаются условия для расщирения рабочего диапазона частот измеряемых ускорений и улучшения динамических характеристик всего измерительного преобразователя в целом.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь ускорения, содержащий консольно закрепленный в корпусе пьезоэлемент с электродами, иперциопную массу, присоединенную к свободному концу пьезоэлемента, усилитель, связанный с электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической точности, в него введено корректирующее звено, включенное между выходом усилителя и дополнительными электродами, закрепленными на пьезоэлементе. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 116713, кл. G 01Р 15/08, 1957.

2.Авторское свидетельство СССР № 119690, кл. G 01Р 15/08, 1958.

3.Гик Л. Д. Измерение вибраций. «Наука, Новосибирск, 1972, с. 189, 195 (прототип) .