Пьезоэлектрический акселерометр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЙЛЬСУВУ Свез СоветскихСоциалистическихРеспублик пц 706784 ФЯЯ );.,)цу,Ъ к(22) Заявяено 310778 (21) 2653578/18-10с присоедийейием заявки йо(23) Приорйтет " Государственный комитет СССР по делам " изобретений и открытий(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОИЕТР1 ,.. -,;:,;-.:,.2Изобретение относится к- областиго и частотного диайазойов измеряемых:измерительной техники и может быть ускорений,использовано для создания высокоточ-"Указанная цель достигается темРных, стабильных и надежных измери-что узел поджатия выполнен в видетельных пьезоэлектрических акселеро- предварительно напряженного стержня5метров с широким амплитудным и час- переменного сечейия с уйругим участтотным диапазоном, в частности,Мя" ком, жеатко связанного с основанием иобразцовых преобразователей. :,;.-, в :; инерционным .телом. При этом отношениеИзвестны пьезоэлектрические аксе плоЩаДи поперечиогО сечения неупруго- лерометры с предварительным поджа-го и упругого участков стержня нахоОтием чувствительного элемейта и йнер-датски в пределах 3 - бфу 1ционного тела к основанию. Однако эти :На чертеже, изображен предлагаежйакселерометры сложны по конструкции,. пьезоэлектрический акселерометр. дороги в изготовлении и имеют плохие"динамические характеристики, .- 15 Акселерометр 1 содеркит основание1 и инерционное тело 2, нижняя частьНаиболее близким к предлагаемому в " которого выполнена в виде осесимметпо технической сущности является йье- ричного стержня 3, эалрессованного зоэлектрический акселерометр, содержа-, воснование 1. В средней части стерщий основание с расположенным на нем"щжень"3 содержит упругий участок - чувствительным элементом, ийерцион- Утончение 4К основанию 1 с помощью ным телом и узлом предварительногО - : " стержйя 3 подкаты с заданным усилием поджатия инерционного тела и чувстви- инерционное тело 2 и чувствительный тельного элемента к основанию. ",элемент, состоящий из двух пьезоэле,Известный преобразователь имеет по "ментов 5 (из пьезокварца или из пьезониженную точность, недостаточную на- керамики) и металлического электрода дежность и нестабильность его харак- б для съема зарядов . теристик во времени, Заданное усилйе предварительногоЦелью изобретения является повн- поджатия кбнтролируется при сборке шение точности расширения амплитудно-ЗО преобразователя по значению, выходного сигнала с пьезоэлементов 5, измеряемого с помощью вольтметра;В отличие от известного акселерометра, в котором упругий элемент подвергается деформации изгиба, в предлагаемой конструкции упругий элемент 5 (утончение 4 стержня .3) подвергается деформации растяжения.При напряжении Й в упругом участ- ке 4 меньше допускаемого (8 СВАоя ) из закона Гука Следует 10е 6 (1) где Е - модуль упрчгости материаластержня ( -)Й6 - относительное удлинение.Так как ) , ЬЮ 15ф: ы = - .е егде И - соответствующее силе Г удлинение упругого участкастержня (м);- длина упругого участка стерж ня (м),то выражение (1) примет следукцийЕ =Е 9),8 ЕОтсюда определяются параметры упругого участка стержня (отношение площади поперечного сечения к длине)Ре =дек Ж- "- -(5)Я Егде С= - заданная жесткость упругого участка находитсяиз условия прочности где Рзаданное усилие предварительного поджатия (Н);в - эффективная масса (кг); .а щ,; максимальйое. измеряемое 40ускорение (м/с ) 1В, , - допускаемое напряжение нарастяжение для материаластержня (Н/мф)Для обеспечения высокой линейности преобразователя жесткость неупругого участк 6 стержня, а также жесткость заделки стержня должны быть эначительйо больше жесткости упругого участка. Исходя из этого площадь поперечного сечения неупругой части Ян стержня 3 в несколько раз больше площади поперечного сечения упругой части Бу стержня, т,е,в, (з-в)я(т).Работает предлагаемяй акселерометр следующим образом.Под воздействием ускорения, направ. ленного по оси акселерометра, инерционное тело 2 создает усилие (растяжение или сжатие), приложенное к чувствительному элементу.Вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта на пьезоэлементах 5 возникает заряд Я, который снимается с электрода 6 и основания 1. Заряд 0пропорционален измеряемому ускорению(для кварца);в - эффективная масса (кг), В предлагаемом акселерометре эффективная масса равна" т= е,+ С 9) где вш, - масса инерционного телашС - часть массы стержня (массаучастка стержня выше упру-гого участка) .Формула изобретения1, Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий основание с расположенными на нем чувствительным элементом, инерционным телом и узломпредварительного поджатия инерционного тела и чувствительного элементак основанию, отличающийсятем, что, с целью повышения точностии расширения амплитудного и частотного диапазонов измеряемых ускорений,в нем узел поджатия выполнен в видепредварительно напряженного стержняпеременного сечения с упругим участком, жестко связанного с основаниеми инерционным телом,2, Акселерометр по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что отношениеплощади поперечного сечения неупругого 8 и упругого Я участков стержня находится вбпределахн 5юСоставйтель Н.Мараховскаяв Техред,Ц.Ковалева КорректорГ,РешетЕЕЮееюфвютвВТираж 1073 Подписноеи Государствейного комитета сссРделам йзобретений и открытий