Пьезоэлектрический акселерометр Советский патент 1982 года по МПК G01P15/09 

..I;. ,- ,; Т1зобретение относится к измерению параметров движения, в частности к пьезоэлектрическим акселерометрам, и может быть использовано для измерения параметров вибраций. Известны пьезоэлектрические акселерометры с пьезоэлементами, установ ленными между инерционной массой и корпусом tl и 2}. Известные aкce lepoмetpы имеют относительно низкую чувствительностгь и подвержены влиянию боковых ускорений. Пьезоэлектрические акселерометры с консольными чувствительными элементами обладают относительно низ кой ударной прочностью и ограниченны частотным диапазоном работы. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является акселерометр, содержащий закрепленный в корпусе посредством стержня чувствительный элемент, выполненный в виде инерционной массы, размещенной по периферии плоской мембраны, пьезоэлектрического элемента, установленного на мембране-, центральная часть которой жестко скреплена со стержнем 3. Цель изобретения - повышение чувствительности акселерометра. Для достижения цели в акселерометре инерционная масса выполнена в виде двух полых соосных цилиндров, имеющих равные по толщине стенки и расположенных с противоположных сторон мембраны, причем, по крайней мере, один из цилиндров является nbeaq элементом, а толщина мембраны t связана со средним радиусом пьезоэлемента RCP и толщиной ff стенки цилиндра соотношением t S . На фиг. 1 представлена упрощенная конструктивная схема пьезоэлектрического акселерометра; на фиг. 2 - вариант а.кселерометра с двумя пьезозлементами. Акселерометр содержит основание 1, инерционную массу в виде двух ци3линдров 2 и 3, установленных на про тивоположных с оронах мембраны 4 из упругого материала и жестко скрепленных с ней торцами. Мембрана j жестко связана по центру с основани ем. Основание 1, в зависимости от способа закрепления на объекте измерения, может быть выполнено либо сплошным (фиг. 1), либо в виде цилиндрической трубки (фиг.- 2), соосно установленной с цилиндрами 2 и 3 Цилиндр 2 выполнен из п.ьезокерамики Акселерометр снабжен защитным кожухом 5. Акселерометр работает следующим о разом. При налимий ускорения W (фиг.2) происходит симметричный изгиб мембраны t за счет возникновения инерционной силы, нормальной к поверхности мембраны и равномерно распределенной по площади контура ее закрепления. Поскольку внешний контур мембраны Ц жестко связан с торцами цилиндров 2 и 3, то он лишен возможности поворота при изгибе мембраны, т.е. мембрану k можно рассматривать как жестко защемленную по внеш.нему контуру, а действие инерционной силы - распределенной по этому контуру. Изги мембраны приводит к возникновению в цилиндре дополнительных ме ханических напряжений, которые макси мальны на границе соединения цилиндра с мембраной и уменьшаются по высоте цилиндра. В конструкции акселерометра соотношение геометрических параметров мембраны t и цилиндров 2, 3, обусловливает значительное превышение тангенциальных напряжений С (фиг. 2) в пьезоэлементе над нормальными, что и обеспечивает увеличение чувствительности при измерении ускорений. Для этого толщина мембраны t выбирается из условия t ., где RCP - средний радиус цилиндра 3, (f - толщина стенки цилиндра. Минимальная же толщина мембраны ограничена ее прочностью и резонансной частотой, которая должна быть выше рабочей частоты акселерометра. Уменьшая толщину мембраны, возможно уменьшить инерционную массу акселе574рометра при увеличении его чувствительности . На фиг. 2 представлена упрощенная конструктивная схема акселерометра, в которой инерционная масса выполнена целиком из пьезокерамики и состоит из двух Г1ьезокерамических цилиндров, (Симметрично закрепленных на обоих сторонах мембраны, выполненной, например, из титана. Кроме повышения чувствительности при измерении ускорения, конструкция чувствительного элемента позволяет уменьшить массу и габариты предлагаемого акселерометра. Формула изобретения Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий закрепленный в корпусе посредством стержня чувствительный элемент, выполненный в виде инерционной массы, размещеннрй по периферии плоской мембраны, пьезоэлектрического элемента, установленного на мембране, центральная часть которой жестко скреплена со стержнем, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности акселерометра, инерционная масса выполнена в виде двух полых соосных цилиндров, имеющих равные по толщине стенки и расположенных с противоположных сторон мембраны, причем, по крайней мере, один из цилиндров является пьезоэлементом, а толщина мембраны t сеязана со средним раиусом пьёзоэлемента Rj.p и толщиной of стенки цилиндра соотношением f3Rap Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Гик Л.Д. Измерение вибраций. овосибирск, Наука, 1972, с. 18990. 2.Приборы и системы для измереия вибрации, шума и удара. Кн. Ь. од ред. В.В Клюева. М. ,Машиностроеие. 1978, с. 51. .. 3.Иориш Ю.И. Вйброметрия . Гос. аучтехиздат машиностроительной лиературы. М., 19бЗ, с. 5б9, фиг.1. 3 Р (прототип).

.