Пьезоэлектрический акселерометр Советский патент 1982 года по МПК G01P15/09 

(5) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение относится к технике измерения параметров вибраций на разт личных объектах с низкочастотными вибрационными смещениями, где требуется большой коэффициент преобразования датчика.

В этой области приборостроения совершенство пьезоакселерометра в значительной степени определяется коэффициентом преобразования по заряду, определяющим его пригодность для измерения параметров движения объекта.

Кроме того, к пьезоакселерометру предъявляются ряд других важных требований: малые габариты и масса, широкий частотный диапазон, прочность и надежность.

Известны конструкции пьезоакселерометров, имеющие нечувтсвительный элемент на изгиб, выполненный в виде консольно закрепленной в опоре металлической пластины и склеенной с ней пьезоэлектрической пластиной.

на торцовых гранях которых закреплен груз С l}.

Основным недостатком такой конструкции является нерациональное распределение жесткости вдоль упругого подкрепления и пьезопластины, что приводит к понижению коэффициента преобразования.

Нерациональное распределение жесткости вдоль консоли проявляется в

to том, что керамические пластины в любом сечении оказываются недогруженными до предельного допустимого напряжения.

«5

Наиболее близким к предлагаемому является пьезоакселерометр, содержащий консольно закрепленный чувствительный элемент в виде двух прямоугольных пьезопластин, разделенных

20 металлической пластиной упругого подключения постоянной толщины, и закрепленного на торцовых гранях пластин инерционного груза С2. Однако данная конструкция не поз|рляет повысить коэффициент преобразования по заряду, так как в ней реализован известный способ перераспределения жесткости консоли, предполагающий линейное уменьшение генерируемого заряда. Цель изобретения - увеличение коэффициента преобразования пьезракселерометра. Поставленная цель достигается тем что в конструкции пьезоакселерометра упругое подкрепление выполнено а фор ме равнобедренного т1|Ьеугольника с ос нованием, защемленным в опоре, и высотой, обеспечивающей постоянное по длине пьезопластин механическое напряжение изгибу. На фиг. 1 представлена схема пьез акселерометра; на фиг. 2 - разрез А-А на ({мг. 1; на фиг. 3 - эпюра напряжений. Пьезоакселеромётр содержит металлическую пластину 1 упругогоподкреп ления, пьезопластин 2 и инерционный груз 3. Закон изменения ширины, пластины уп ругого подкрепления определяется соотношениемPU - x)h- 4ыГбрЗ 1-, А , .( где СОрЗ механическое напряжени предела пропорциональности материала пьезопластин;t - длина крнсоли; % N толщина пьезокерамйчес кой иметаллической пластин; Р - сила инерции; :) - половина ширины пласти в зоне защемления; , 2. модули упругости; . h« - - h h, -i.; « i -Vz-f Пластина, удовлетворяющая данному соотношению (I) размеров, .имеет форму равнобедренного треугольника с ос нованием, защемленным в опоре (фиг.2 Принципиальное отличие предлагаемой конструкции Рт известной заключа ется в том, что изменение в соответствии с формулой (1) ширины пластины упругого подкрепления позволяет создать зону постоянного механического апряжения по длине пьезопластины. пюра напряжения в предлагаемой контрукции в пьезопластинах вдоль оси показана на фиг.3 (непрерывная лиия) . Длина X. участка постоянного еханического напряжения (фиг.З) ычисляется из следующего соотношеия при условии (Г- LGfiJ const, - Pth - 1Ph Ширина пьезопластин, a следоваельно площадь электродов не уменьшатся. В результате этого имеет место поышение коэффициента преобразования атчика по заряду. Если выражение для коэффициента реобразования по заряду в известной онструкции имеет вид: . , M(h hz)d3 21 + Е Z при 2b 2b b 6/x- О 6pJ . то в предлагаемой конструкции se ф(х + е). Использование предлагаемой конструкции пьезоакселерометра обеспечивает по сравнению с известными конструкциями следующие преимущества: возможность повышения коэффициента преобразования по заряду без увеличения массы и габаритов, а также уменьшения частоты первого резонанса и прочности; рациональное использование механических свойств пьезопластин за счет создания зоны постоянного механическогр напряжения, не превышающего предельно допустимого значения; рациональное использование электрических свойств пьезопластин за счет получения зоны равномерно распределенного электрического заряда, пропорционального измеряемой величине, что значительно повысит, технический уровень датчика пьезоакселерометра. Полости между пьезРпластинами, пластиной упругого подкрепления и грузом заполняются клеем (КЗОО, ВК20, ВКАО), что улучшает монолитность конструкции, увеличивает ее прочность и надежность. Кроме того, введение клея увеличивает затухание и, таким обрезом, позволяет расширить . частотный диапазон измерений на 2030%. Формула изобретения Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий консольно закрепленный чувствительный элемент в виде двух прямоугольных пьезопластин, разделен ных металлической пластиной упругого подкрепления постоянной толщины, и закрепленного на торцовых гранях пла тин инерционного груза, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения коэффициента преобразования пьезоакселерометра, упругое подкрепление выполнено в форме равнобедренл

1

фуг. g ного треугольника с основанием, защемленным в опоре, и высотой, обеспечивающей постоянное по длине пьезопластин механическое напряжение изгибу. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 Р 15/09, 25.09.63. 2.Синани И. Б. Из опыта конструирования пьезоэлектрических приборов для изменения вибрации. Л., ЛДНТП ТЭб, с. 15-16 (прототип).