Пьезоэлектрический акселерометр Советский патент 1982 года по МПК G01P15/09 

(5) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройст вам для измерения вибраций, и может быть использовано при измерении вибро перегрузок на изделиях современной техники при многократном и длительном кспользовании. Известные пьезоэлектрические акселерометры, содержащие -чувствительный элемент, выполненный целиком из пьезоматериала (пьезоэлектрическое тело) и электроды, обладают малым ресурсом работы и невысокими точностными характеристиками из-за низкой прочности чувствительного элемента при воздействии на него объемной широ кополосной вибрации больших уровней в наиболее опасном для него (поперечном) направлении 1I и 2J. Низкая прочность этих акселеромет ров объясняется тем, что пьезоэлектри ческое тело выполнено с перемычками между основанием и ине.ционнэй массой. Образующиеся при выполнении перемымек выемки для нанесения электро дов снижают точностные характеристики акселерометра. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является- акселерометр, состоящий из пьезоэлектрического тела (чувствительного элемента) , имеющего форму пустотелого цилиндра с дном, на торце поверхности которого методом вжигания нанесены две пары электродов. Электроды на нижнем торце разделены изолирующей кольцевой канавкой, обращенной к месту крепления 13 Однако этот акселерометр имеет малый ресурс работы в условиях действия объемной вибрации большой интенсивно ти, что объясняется низкой прочностью чувствительного элемента к действию поперечных ускорений по верхней кромке дна цилиндра из-за прямоугольного сечения профиля его боковой стенки. Как известно, у цилиндра с таким профилем стенки сечение вдоль кромки дна испытывает максимальные напря жения, которые приводят к разрушению по этому сечению.. Кроме того, так как электроды чувстйительного элемента соединены последовательно и расстояние между крайней парой электродов достаточно существенно, собственная емкость акселерометра составляет очень небольшую величину (пф). Это не дает возмо ности получить ощутимую чувствительность при работе в реальных условиях эксплуатации с длинной кабельной линией и стандартной аппаратурой и, следовательно, существенно снижает помехозащищенность и точностные характеристики акселерометра. Цель изобретения - увеличение per сурса работы. Поставленная цель достигается тем что в пьезоэлектрическом акселерометре, содержащем чувствительный элемент, выполненный из пьезоматериала в виде цилиндра с дном, и электроды, стенка цилиндрической части чувствительного элемента выполнена переменной толщины за счет того, что в цилиндре выполена выборка в виде усеченно го конуса,большее основание которого расположено в плоскости верхнего торца цилиндра, а в дне - отверстие, ось которого совпадает с осью цилиндра, причем электроды нанесены на внешней .и внутренней поверхностях чувствител ного элемента. На фиг. 1 схематично изображен акселерометр, общий вид; на фиг. 2 чувствительный элемент, сечение А-А. Акселерометр состоит из основания 1, на котором винтом 2 укреплен чувст вительный элемент (пьезоэлектрическое тело) 3 выполненный в виде цилиндра 4 с дном, имеющим отверстие 5- Внутренние стенки 6 чувствительного элемента имеют коническую форму, расширяющуюся к дну с некоторым углом наклона. Электроды 7 в чувствительном элементе выполнены на внешней и внутренней стенках цилиндра. Съем сигнала осуществляется с выведенных на торце цилиндра контактных дорожек через токосгемное кольцо 8. .на кабель 9Предложенный чувствительный элемент позволяет значительно (в 200 250 раз) увеличить ресурс работы, в 8 - 10 раз повысить прочность акселерометра к воздействию вибраций и ударов большой интенсивности. Выполнение электродов на внешней и внутренней стенках цилиндра позвог ляет значительно повысить емкость на несколько порядков. Благодаря тому, что активный слой чувствительного элемента, расположенный в его цилиндрической части, не имеет прямого контакта с основанием, резко снижается чувствительность акселерометра к деформации, перепадам температур и другим внешним воздействиям. Все это значительно повышает помехозащищенность и точность акселеро- метра. Формула изобретения Пьезоэлектрический.акселерометр, содержащий чувствительный элемент с электродами, выполненный из пьезоматериала в виде цилиндра с дном, о тличающийся тем, что, с целью повышения вибропрочности акселерометра, в цилиндре выполнена выборка в виде усеченного конуса, большее основание которого расположено в плоскости верхнего торца цилиндра, а в днеотверстие, ось которого совпадает с осью цилиндра., причем электроды нанесены на внешней и внутренней поверхностях чувствительного элемента. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 472587, кл. О 01 Р 15/09, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 472588, кл. }01 Р 15/09, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР № 477348, кл. а 01 Р 15/09, 1973 (прототип).