Пьезоэлектрический акселерометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХОИИЩаПНеппРЕСПУБЛИК 09) (И 1 РЕТЕ ПИСАНИ Н АРТОРСКО СТ иаКали доваашиноСССР СС 8,А 3 СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградский ордена Ленинполитехнический институт им.М.Инина и Центральный научно-исслетельский институт технологии мстроения(56) 1. Авторское свидетельствоВ 175280, кл. 601 Р 15/09, 1962 Авторское свидетельство СМ .588497, кл. 6 .01 Р 15/09, 197(прототип).,"(54)(57). ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРО-ИЕТР, содержащий корпус и расположенную в нем пьезопластину с размещенным на ней инерционным элементоми стойку жестко .связанную с корпусом и установленную перйендикулярноего оси, о т л и ч а ю щ и й.с ятем, что, с целью повышения кбэффициента преобразования и собственнойчастоты колебаний, пьезопластина,скрепленная с металлической пласти-ной, установлена параллельно стойке,снабженной опорами, касающимися.пластины по двум противоположным краям.и по параллельной им средней линии,при этоминерционный элемент имеет10 1: Л1 - н и 2 В 1 сИзобретение относится к технике,измерения параметров вибраций наразличных объектах с малыми вибрационными смещениями, где требуетсябольшой коэффициент преобразованиядатчика.5В этой области приборостроениясовершенство пьезоакселерометра взначительной степени определяетсякоэффициентом преобразования, определяющим его.принципиальную пригодность для измерения параметров движения объекта..Кроме того, к пьезоакселерометрупреДъявляется ряд других важных требований: малые габариты и масса, 15широкий частотный диапазон, прочность и надежность.Известны конструкции пьезоакселерометров, в которых чувствительный элемент работает на изгиб и выполнен в виде плоского прямоугольного пьезоэлемента, скрепленного сметаллической пластиной и установленного на четырех опорах перпендикулярно оси измерений 1 3.25Основным недостатком такой конструкции является сравнительно малая.жесткость при большой массе инерционного элемента, что приводит к значительному снижению частоты собственных колебаний, вибрационной и ударнойпрочности.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяпьезоакселерометр, содержащий корпуси расположенную в нем пьезопластинус размещенным на ней инерционным элементом и стойку, жестко связанную скорпусом и установленную перпендикулярно его оси 2 .При направлении вектора ускорения 40перпендикулярно плоскости симметриичувствительного элемента,пьезоэлемент испытывает деформации неравномерного растяжения - сжатия и сдвига.Однако такая конструкция не позволяет существенно повысить коэффициент преобразования без увеличениямассы преобразователя, так как в основу принципа действия положен продольный пьезоэффект, вызываемый деФормацией растяжение - сжатие пьезопластины.Цельюизобретения является повы.шение коэффициента преобразования исобственной частоты колебаний,Поставленная цель достигаетсятем, что в пьезоакселерометре, содержащем корпус и расположенную внем пьезопластину с размещенным наней инерционным элементом и стойку,жестко связанную.с корпусом и установленную перпендикулярно его оси,пьезонластина, скрепленная с металлической пластиной, установленапараллельно стойке, снабженной опорами, касающимися пластины по двум 65 противоположным краям и по параллельной им средней линии, при этом инерционный элемент имеет выступа, контактирующие с каждой из половин пьезопластины по центру.Поворот инерционного элемента при воздействии ускорения приводит к изгибу пьезопластины. Возникающие в результате поперечного пьезоэффекта заряды суммируются, .На.чертеже изображен пьезоакселерометр.Пьезоакселерометр содержит пьезопластину 1, инерционный элемент 2, стойку 3, предназначенную для крепления акселерометра к изделию, жестко связанную с корпусом 4.Пьеэопластина 1 соединена с металлической пластиной 5 упругого подкрепления и установлена на шести . опорах б. Инерционный элемент 2 упруго поджат к пьезоэлементу 1 с помощью стержня 7, Соединение инерционного элемента с пьезоэлементом осуществляется с помощью двух выступов 8. Выступы 8 обеспечивают контакт инерционного элемента с пьезопластиной по линии, делящей каждую из половины пьезопластины пополам, и перпендикулярно продольной оси пластины. Силаподжатия инерционногс элемента регулируется гайкой 9.Пьезоэлектрический акселерометр работает следующим образом.При воздействии ускорения, направленного перпендикулярно плоскости, проходящей через продольную ось инерционного элемента и две средние. опоры пьезопластины, сила инерции создает поворотный момент, вызывающий поворот инерционного элемента. Инерционный элемент высту- нами воздействует на пьезопластину. Моменты возникающих при этом сил реакции компенсируют поворотный момент инерционного элемента. Отрыв одного из выступов 8 инерционного .элемента от пьезопластины исключает ся предварительным поджатием пьезопластины стержнем 7, обеспечивающим ее необходимый прогиб. Принципиальное отличие предлагаемой конструкции от известной заключается в том, что пьезопластина работает на изгиб. Возникающие при этом нормальные напряжения имеют значения, бяизкие к предельно допустимым. В результате этого имеет место повышение коэффициента преобразова" ния пьезоакселерометра. Коэффициент преобразования по заряду в предложенной конструкции определяется выражением:Заказ 2130/б 8 Тираж 871 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4. где д 1- пьезомодуль,Е - длина половины пьезопластины,Н - расстояние от поверхностипьезопластины до центратяжести инерционногоэлементаИ - масса инерционного элемента,Ь Ь+Ьг -гоп, Ь=Ь 1 + Ь 2,6.1,62- толщины пьезопластийы ипластины упругого подкрепления;г Е 1(" ")+Е , Ег21+1 1+2 Е 12.1 3 (12 .м) 32 3 ( 2 я) 2 Е ,Е г - модули упругости материалов. Если положить Е 1 Е 2, 61 Ьг, что соответствует случаю применения бн мореной пластины, то отношениекоэффициентов преобразования предлагаемой и известной конструкций при: равных массах Н равно",5 я 1 ар-,-) . (2)ф 1 1 Из выражения (2) видно, что приЬ = 0,5 мм, 1 = 10 ма, коэффициент 1 О преобразования предлагаемой конструкции в 100 больше, чем известной.В то же время при НсЪ 21 коэффициент преобразования предлагаемойконструкции превосходит коэффициент 5 преобразования пьезоакселерометра счувствительным элементом в виде пъезопластины, расположенной на четыРеопорах, нагруженной массой Н и работающей на изгиб. Частота собственных колебаний в предлагаемой кон. струкции в четыре раза выше.