Пьезоэлектрический акселерометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) П) д)С 01 Р 15/О13,.; ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ометра,тся по на инерционн правлению тело 3 смещае той силы за сч аемых элементо сом. Эту же де и пьезоэлемент ет цефорв, раздвимации изги гаемых кон формаци ы. Угол быть 40 спытываю при верши конуса може -лы, 2 ил,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Горьковский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт им. В.П.Чкалова (72) Б.С.Поликарпов и Л.А.Шибаева (53) 531.768(088,8)(56) 1. Гик Л.Д. Измерение вибраций, Сибирское отделениеНовосибирск;Наука, 1972, с,189-95.2Авторское свидетельство СССР У 1023241, кл. С О Р 15/08, 1980.3. Авторское свидетельство СССР Ф 706784, кл. С 01 Р 15/09, 1978. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР(57)Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить коэффициент преобразования и точность воспроизведения измеряемого процесса. Инерционное тепло 3 од -ним концом упруго связано с корпусом 1 акселерометра, на другом егоконце выполнены продольные сквозныепрорези 6 и центральное отверстие,ось которого совпадает с осью конуса 5, закрепленного на основании 4.На внешней поверхности инерционноготела между прорезями, на упругихизгибаемых элементах размещены пьезоэлементы 8При возникновенииинерционной силы, направленной сверху вниз вдоль оси акселесущности к предлагаемому является пьезоэлектрический акселерометр, со- щ держащий корпус, соединенный с основанием, инерционное тело упругосаединенное одним концом с корпусом и пьезоэлементом 13,Пьезоэлементы выполнены в виде пластин и совмещают в себе упругий элемент и преобразователь механической энергии в электрическую, Упругое соединение инерционного тела с корпусом выполнено в виде продольнодеформируемой упругой металлической связи, деформациями которой определяются деформации продольно-чувствительного пьезоэлектрического элемента. Известный акселерометр имеет достаточно высокие прочностные и динамические характеристики, однако он имеет следующие недостатки: низкий отИзобретение относится к измери;ельнай технике и может быть испольэовано в акселерометрах, предназначенных для исследования ускорений,вызванных однократными или повторяющимися ударными воздействиями.Известен пьезоэлектрический акселерометр, содержащий основание, металлический упругий элемент в видеконсольной пластины или мембраны,инерционное тело и укрепленные наупругом элементе изгибно-чувствительные пьезоэлементы Ц .Акселерометры с изгибаемым упругим элементом имеют большой коэффициент преобразования, но невысокуюударную прочность, позволяющую измерять незначительные ускорения и требующие особо бережного обращенияс ними в работе. Кроме того, этотакселерометр имеет малый коэффициентзатухания, что способствует проявлению переходных процессов и увеличивает влияние побочных неизмеряемыхколебаний,Известен также пьезоэлектрическийакселерометр, содержащий основаниеЦилиндрической формы с укрепленным внем кольцевым пьезоэлементом, чувствительным к сдвиговым деформациям,Внутри пьезоэлемента размещено инерционное тело 12 .Недостатками данного акселерометра являются невысокая уцарная прочность, ограничивающая диапазон измеряемых ускорений, и чувствительностьк случайным перегрузкам.Наиболее близким па технической 10О30 цосв гельный уровень снимаемого сигнала т.е. низкий коэФфициент преобразования, требуется применение элек тронной усилительной аппаратуры, цедостаточно точное воспроизведение измеряемого процесса, вызванное влиянием собственных высокочастотных и неизмеряемых колебаний и чначительной поперечной чувствительностью устройства, технологическая сложность изготовления из-за высокой точностисопряжения упругого и пьезоэлектрического элементов.Целью изобретения является повышение коэффициента преобразования и точности воспроизведения измеряемогопроцесса за счет снижения влияниясобственных высокочастотных и неиэмеряемых колебаний и снижения поперечной чувствительности.На фиг.1 схематично изображенпредлагаемый пьезоэлектрический акселерометр; на фиг.2 - разрез А-А нафиг.1,Пьезоэлектрический акселерометрсодержит корпус 1 и соединенное сним с помощью пружины 2 инерционноетело 3, основание 4 и укреплеццыйна нем (пайкой или запрессовывацием)конус 5 из твердого сплава с углом6при его вершине, равным 40 - 60Инерционное тело 3 с помощью пружины 2 поджато к конусу 5 и снабженопродольными сквозными прорезями 6на свободном конце, выполненнымина части ега длины, и центральнымотверстием, ось которого совпадаетс осью конического элемента 5. Прорези 6 образуют на свободном концеинерционного тела 3 упругие иэгибаемые элементы 7. На обработанных боковых поверхностях инерционного тела 3 между прорезями 6, т.е. на упругих изгибаемых элементах 7, прикреплены (наклеены) изгцбно-чувствительные пьезоэлементы 8, выполненные в виде пьезокерамических пластини соединенные параллельно.Пьезоэлектрический акселерометрработает следующим образом.При возникновении инерционной силы, направленной сверху вниз вдольоси пьезаакселерометра, инерционное тело 3 смещается по направлению этой силы за счет изгибной деформации упругих изгибаемых элементов 7, раздвигаемых конусом 5,Вместе с упругими иэгибаемыми элеэлемента; Заказ 1010/56Подписное ВНИИПИТираж 778 ментами 7 изгибную деформацию получают и пьезоэлементы 8.Все необходимые параметры акселерометра выбирают из выражений(з) и,э, макси,э п.эсобственная частота колебаний пьеэоакселерометра; количество изгибаемых элементов инерционного тела; Гиэ - модуль упругости материала изгибаемого элемента инерционного тела;момент инерции сечения изгибаемого элемента инерционного тела;масса инерционного тела; .длина изгибаемого элемента инерционного тела (прорезии);момент сопротивления сечения изгибаемого элемента инерционного тела;половина угла нри вершинеконического элемента;максимальное измеряемоеускорение;допускаемое напряжение приизгибе материала изгибаемого элемента;момент сопротивления сечения иэгибаемого элемента инерционного тела;максимальное напряжение, возникающее в изгибаемом элементе при действии максимально допустимого ускоремакстолшина пьезоэлемента;высота сечения, изгибаемого Г пэ - модуль упругости материалачэ иэгибаемого элемента и пьезоэлемента соответственно. Формула изобретения Пьезоэлектрический акселерометр/,содержащий корпус, соединенный с основанием, инерционное тело, упруго 10 соециненное одним концом с корпусоми пьезоэлементом, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повыше ния коэффициента преобразования иточности воспроизведения измеряемогопроцесса, он снабжен закрепленным навнутренней поверхности основанияжестким конусом, инерционное тело состороны свободного конца выполненона части длины с продольными сквозными прорезями и центральным отверстием, ось которого совпадает с осьюконуса,.а пьезоэлементы размещены навнешней поверхности инерционного тела между прорезями и соединены па 25 раллельно, причем толщина пьезоэлемента выбрана по формулеЮп,пэ иэ максопэгде п - толщина пьезоэлемента;Зо и - высота сечения изгибаемогоэлемента инерционного тела,образованного прорезями;/п - допускаемое напряжениепри изгибе материала35 пьезоэлемента;. максо- максимальное напряжение,возникающее в изгибаемомэлементе инерционного телапри действии максимально40 допустимого ускорения;Епэ - модуль упругости материалапьезоэлемента;Ги. - модуль упругости материалаинерционн го тела.2, Ккселерометр по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что угол привершине конуса равен 40-60. Филиал ППП "Патент",г.ужгород, ул.Проектная, 4