Пьезоэлектрический преобразователь ускорений

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 9) 01 4 С 01 Р 15/09 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНМ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ствидости 95/24-10. Б ар анов ский ьство СССР /08 1977ЕОБРАЗОВА- к пьезо- для(57) Изобретение отноэлектрическим акселеризмерения виброускоре ситсяометрамний. Ц б(61) 79453 (21) 42553 (22) 03,06 (46),15.0 (72) В.Д.Ш (53) 531. (56) Авто У 794539,ретения является повышение чувтельности устройства. Эта цельгается введением дополнительного акселерометра, содержащего пьезоэлемент5 и инерционную массу 6 и установленного на инерционном теле 3, При воздействии виброускорения электрические заряды возникают на пьезоэлементах 2 и 5 пьезопреобразователя идополнительного акселерометра. Сигнал с этих пьезоэлементов поступаетчерез усилители 7,13 и динамическийкорректор 17 на пьезоэлемент 4 преобразователя ускорения1 ил .Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к пьезоэлектрическим акселерометрам для измерения вибрационных ускорений,5Цель изобретения - повышение чувствительности устройства.На чертсже представлена блок-схема пьезоэлектрического преобразователя ускорений. 10Пьез оэлектрический преобр азов атель ускорения содержит корпус 1, на котором размещен первый пьезоэлемент 2, выполненный в виде двух шайб, соединенных электрически параллельно 5 и механически последовательно, Направление поляризации совпадает с осью первичного преобразователя, а на плоских торцах шайб нанесены проводящие обкладки. Одна пара одноимен ных обладок шайб соединена с электродом, а другая пара - с инерционным телом 3 и корпусом 1, Второй пьезоэлемент 4 выполнен в виде кольца, высота которого точно равна высоте па кета из двух шайб и электрода первого пьезоэлемента 2, что обеспечивается совместным шлифованием при изготовлении. Направление поляризации радиальное обкладки выполнены на наружной и внутренней поверхности кольца. Наружная обкладка электрически соединейа с корпусом 1. На инерционном теле 3 установлены дополнительный акселерометр, содержащий пьезоэлемент 5, выполненный аналогично пьезоэлементу 2, и жестко связанную с ним инерционную массу б. Элементы 1, 3 и 6 электрически соединены между собой, Первый пьезоэлемент 2 через электрод соединен со входом согласующего усилителя 7, выход которого соединен с первым контактом 8 переключателя на два положения 9, входом инвертирующего усилителя 10 и входом электрического дифференциатора 11. Выход инвертирующего усилителя 10 связан со вторым контактом 12 переключателя, Дополнительный пьезоэлемент 5 через электрод соединен со входом согласующего усилителя 13, выход которого соединен со входом масштабного усилителя 4. Выход масштабного усилителя 14, перекидной контакт 15 переключателя, а также выход элект 55 рического дифференциатора 11 соединены со входами сумматора 16, причем выход сумматора 16 соединен посредством электрода с внутренней обкладкой второго пьезоэлемента 4. Масштабный усилитель 14, переключатель 9, инвертирующий усилитель 10, электрический дифференциатор 11 и сумматор 16 образуют динамический корректор 17,Пьезоэлектрический преобразователь ускорения работает следукщим образом.При воздействии измеряемого ускорения инерционное тело 3 давит на, первый пьезоэлемент 2. В результате на электродах первого пьезоэлемента 2 возникают заряды, создающие электрическое напряжение сигнала ускорения на входе согласующего .усилителя 7. С выхода согласующего усилителя 7 сигнал поступает на вход электрического дифференциатора 11 и далее на вход сумматора 16. Если перекидной контакт 15 переключателя соединен с первым контактом 8 переключателя, то сигнал поступает также на вход сумматора 16. При воздействии измеряемого ускорения инерционная масса 6 также давит на пьезоэлемент 5, При этом, на электродах пьезоэлемента 5 возникают заряды, создающие электрическое напряжение сигнала ускорения движения инерционной массы 6. Сигнал с электродов пьезоэлемента 5 поступает последовательно на согласующий усилитель 13, и далее на масштабный усилитель 14 с регулируемым коэффициентом усиления. Сигнал с выхода масштабного усилителя 14 поступает на вход сумматора 16, Сумматор 16 производит суммирование сигналов, так что его выходной сигнал равен алгебраической сумме входных сигналов. Сигнал с выхода сумматора 16 в виде электрического напряжения поступает на обкладки второго пьезоэлемента 4. Под действием электрического по-, ля возникающего во втором пьезоэлементе 4, возникает в результате усилие, отталкиваичее инерционное тело 3 от корпуса 1 и частично уравновешивающее инерционное усилие, вызванное внешним ускорением. В результате первый пьезоэлемент 2 разгружается, Такое взаимодейгтвие эквивалентно увеличению жесткости механической системы первичного преобразователя. Наличие в составе напряжения, поступающего от сумматора 16, компоненты, пропорциональной производной сигнала, посту- пающего с электрического дифференциатора 11 приводит к эквивалентномуФормула изобретения Пьезоэлектрический преобр азов атель ускорений по автсв. В 794539, о т л н ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены дополнительный акселерометр, содержащий пьезоэлемент и инерционную массу и установленный на инерционном теле, а также последовательно подключенные к выходу дополнительного акселерометра согласующий и масштабный усилители, причем выход масштабного усилителя связан с дополнительным суммирующим входом динамического корректора. Составитель К,ЛукомскийТехред А.Кравчук Редактор И. Сегляник Корректор СЛекмар,.Заказ 7073(42 Тираж 788 Подписно е г ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4(5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 31"6 увеличению коэффициента демпфирования системы. При этомнапряжение на втором пьезоэлементе 4 будет тем больше, чем выше частота измерительного ускорения. Наличие в составе напряжения, поступающего от сумматора 16, компоненты, пропорциональной сигналу, поступающему с масшатбного усилителя 14 приводит к эквивалентному увеличению массы инерционного тела 3. Если перекидной контакт 15 переключателя соединен со вторым контактом 12 переключателя, то сигнал с выхода согласующего усилителя 7 пос тупает на вход сумматора 16, пройдя предварительно через инвертирующий усилитель 10, который осуществляет изменение фазы сигнала на 180 . При этом, на выходе сумматора 16 создает О ся напряжение такой полярности, при которой деформация второго пьезоэлемента 4 увеличивает давление на первый пьезоэлемент 2. Такое взаимодействие эквивалентно уменьшению 2 Б жесткости механической системы первичного преобразователя. Действие электрического дифференциатора 11, как и в нервом случае приводит к увеличению коэффициента демпфирования системы, а действие масштабного усилителя 14 приводит к эффекту эквивалентного увеличения массы инерционного тела 3. Увеличение жесткости мехатыческой системы преобразова 024теля приводит к расширению частотного диапазона в области высоких частот, и к снижению чувствительностипреобразователя, Уменьшение жесткостимеханический системы преобразователяприводит к сдвигу частотного диапазона в область низких частот, и к повышению чувствительности преобразователя. Увеличение коэффициента демпфирования снижает колебательность механической системк преобразователя исглаживает области резонанса на амплитудно-частотной характеристике,Увеличениегинерционной массы приводитк повышению чувствительности преобразователя и сдвигу частотного диапазона в область низких частот,