SU918857A1 - Пьезоэлектрический акселерометр - Google Patents

Description

Союз Советских Социалистических Республик	О ПИ С А Н И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ	ш, 918857
Я®	(61) Дополнительное к авт. свид-ву -	т
	(22)Заявлено 09.01.80 (21) 2867586/18-10	(51 )М. Кл!
	с присоединением заявки №	.G 01 Р 15/09
|ЬсударсткняыЙ комитет	(23)Пркоритет « .’
СССР
по демм изобретений	Опубликовано 07.04.82. Бюллетень № 13	(53)УДК 53U768
к открытий	Дата опубликования описания 07.0402	(088.8)

(72) Авторы изобретения

Н. Л.Закс и В.И.Зархин (71) Заявитель

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение относится к измерению· параметров движения, в частности к пьезоэлектрическим акселерометрам, и может быть использовано для измерения параметров вибраций.

Известны пьезоэлектрические аксе- ⁵ лерометры с пьезоэлементами, установленными между инерционной массой и корпусом (1) и [2].

Известные акселерометры имеют относительно низкую чувствительность и подвержены влиянию боковых ускорений. Пьезоэлектрические акселерометры с консольными чувствительными элементами обладают относительно низкой ударной прочностью и ограниченным ¹ частотным диапазоном работы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является акселерометр, содержащий закрепленный в корпусе посредством стержня чувствительный элемент, выполненный в виде инерционной массы, размещенной по периферии плоской {мембраны,. пьезоэлектрического элемента, установленного на мембране·, центральная часть которой жестко скреплена со стержнем [3].

Цель изобретения - повышение чувствительности акселерометра.

Для достижения цели в акселерометре инерционная масса выполнена в виде двух полых соосных цилиндров, имеющих равные по толщине стенки и расположенных с противоположных сторон мембраны, причем, по крайней мере, один из цилиндров является пьезч* элементом, а толщина мембраны t связана со средним радиусом пьезоэлемента Rep и толщиной сА стенки цилиндра соотношением t < S 3Rppd4 · . На фиг. 1 представлена упрощенная конструктивная схема пьезоэлектрического акселерометра; на фиг. 2 - вариант акселерометра с двумя пьезоэлементами.

Акселерометр содержит основание 1, инерционную массу в виде двух ци*

91 линдров 2 и 3, установленных на противоположных с^хоронах мембраны 4 из упругого материала и жестко скрепленных с ней торцами. Мембрана 4 жестко связана по центру с основанием. Основание 1, в зависимости от способа закрепления на объекте измерения, может быть выполнено либо сплошным (фиг. 1), либо в виде цилиндрической трубки (фиг.· 2), соосно установленной с цилиндрами 2 и 3. Цилиндр 2 выполнен из п.ьезокерамики. Акселерометр снабжен защитным кожухом 5.

Акселерометр работает следующим об>/ 4 рометра при увеличении его чувствительности .

На фиг. 2 представлена упрощенная конструктивная схема акселерометра, в которой инерционная масса выполнена целиком из пьезокерамики и состоит из двух пьезокерамических цилиндров/ Симметрично закрепленных на обоих сторонах мембраны, выполненной, например, из титана.

Кроме повышения чувствительности при измерении ускорения, конструкция чувствительного элемента позволяет уменьшить массу и габариты предлагаемого акселерометра.

разом.

При наличии ускорения W (фиг.2) происходит симметричный изгиб мембраны 4 за счет возникновения инерционной силы, нормальной к поверхности мембраны и равномерно распределенной по площади контура ее закрепления. Поскольку внешний контур мембраны 4 жестко связан с торцами цилиндров 2 и 3, то он лишен возможности поворота при изгибе мембраны, т.е. мембрану 4 можно рассматривать как жестко защемленную по внешнему контуру, а действие инерционной силы - распределенной по этому контуру .

Изгиб мембраны приводит к возникновению в цилиндре дополнительных механических напряжений, которые максимальны на границе соединения цилиндра с мембраной и уменьшаются по высоте цилиндра.

В конструкции акселерометра соотношение геометрических параметров мембраны 4 и цилиндров 2, 3, обусловливает значительное превышение тангенциальных напряжений б Τ' (фиг. 2) в пьезоэлементе над нормальными^, что и обеспечивает увеличение чувствительности при измерении ускорений.

Для этого толщина мембраны t выбирается из условия t < где

Rtp - средний радиус цилиндра 3, 0^ - толщина стенки цилиндра.

Минимальная же толщина мембраны ограничена ее прочностью и резонансной частотой, которая должна быть выше рабочей частоты акселерометра. Уменьшая толщину мембраны, возможно уменьшить инерционную массу акселе-

Claims (3)

1. ..I;. ,- ,; Т1зобретение относитс  к измерению параметров движени , в частности к пьезоэлектрическим акселерометрам, и может быть использовано дл  измерени  параметров вибраций. Известны пьезоэлектрические акселерометры с пьезоэлементами, установ ленными между инерционной массой и корпусом tl и 2}. Известные aкce lepoмetpы имеют относительно низкую чувствительностгь и подвержены вли нию боковых ускорений . Пьезоэлектрические акселерометры с консольными чувствительными элементами обладают относительно низ кой ударной прочностью и ограниченны частотным диапазоном работы. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  акселерометр, содержащий закрепленный в корпусе посредством стержн  чувствительный элемент, выполненный в виде инерционной массы, размещенной по периферии плоской мембраны, пьезоэлектрического элемента , установленного на мембране-, центральна  часть которой жестко скреплена со стержнем 3. Цель изобретени  - повышение чувствительности акселерометра. Дл  достижени  цели в акселерометре инерционна  масса выполнена в виде двух полых соосных цилиндров, имеющих равные по толщине стенки и расположенных с противоположных сторон мембраны, причем, по крайней мере , один из цилиндров  вл етс  nbeaq элементом, а толщина мембраны t св зана со средним радиусом пьезоэлемента RCP и толщиной ff стенки цилиндра соотношением t S . На фиг. 1 представлена упрощенна  конструктивна  схема пьезоэлектрического акселерометра; на фиг. 2 - вариант а.кселерометра с двум  пьезозлементами . Акселерометр содержит основание 1, инерционную массу в виде двух ци3 линдров 2 и 3, установленных на про тивоположных с оронах мембраны 4 из упругого материала и жестко скрепленных с ней торцами. Мембрана j жестко св зана по центру с основани ем. Основание 1, в зависимости от способа закреплени  на объекте измерени , может быть выполнено либо сплошным (фиг. 1), либо в виде цилиндрической трубки (фиг.- 2), соосно установленной с цилиндрами 2 и 3 Цилиндр 2 выполнен из п.ьезокерамики Акселерометр снабжен защитным кожухом 5. Акселерометр работает следующим о разом. При налимий ускорени  W (фиг.2) происходит симметричный изгиб мембраны t за счет возникновени  инерционной силы, нормальной к поверхности мембраны и равномерно распределенной по площади контура ее закреплени . Поскольку внешний контур мембраны Ц жестко св зан с торцами цилиндров 2 и 3, то он лишен возможности поворота при изгибе мембраны, т.е. мембрану k можно рассматривать как жестко защемленную по внеш .нему контуру, а действие инерционной силы - распределенной по этому контуру . Изги мембраны приводит к возникновению в цилиндре дополнительных ме ханических напр жений, которые макси мальны на границе соединени  цилиндра с мембраной и уменьшаютс  по высоте цилиндра. В конструкции акселерометра соотношение геометрических параметров мембраны t и цилиндров 2, 3, обусловливает значительное превышение тангенциальных напр жений С (фиг. 2) в пьезоэлементе над нормальными, что и обеспечивает увеличение чувствительности при измерении ускорений. Дл  этого толщина мембраны t выбираетс  из услови  t ., где RCP - средний радиус цилиндра 3, (f - толщина стенки цилиндра. Минимальна  же толщина мембраны ограничена ее прочностью и резонансной частотой, котора  должна быть выше рабочей частоты акселерометра. Уменьша  толщину мембраны, возможно уменьшить инерционную массу акселе574 рометра при увеличении его чувствительности . На фиг. 2 представлена упрощенна  конструктивна  схема акселерометра, в которой инерционна  масса выполнена целиком из пьезокерамики и состоит из двух Г1ьезокерамических цилиндров , (Симметрично закрепленных на обоих сторонах мембраны, выполненной, например, из титана. Кроме повышени  чувствительности при измерении ускорени , конструкци  чувствительного элемента позвол ет уменьшить массу и габариты предлагаемого акселерометра. Формула изобретени  Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий закрепленный в корпусе посредством стержн  чувствительный элемент, выполненный в виде инерционной массы, размещеннрй по периферии плоской мембраны, пьезоэлектрического элемента, установленного на мембране, центральна  часть которой жестко скреплена со стержнем, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  чувствительности акселерометра, инерционна  масса выполнена в виде двух полых соосных цилиндров, имеющих равные по толщине стенки и расположенных с противоположных сторон мембраны, причем, по крайней мере, один из цилиндров  вл етс  пьезоэлементом, а толщина мембраны t се зана со средним раиусом пьёзоэлемента Rj.p и толщиной of стенки цилиндра соотношением f3Rap Источники информации, рин тые во внимание при экспертизе 1.Гик Л.Д. Измерение вибраций. овосибирск, Наука, 1972, с. 18990 .
2. 2.Приборы и системы дл  измереи  вибрации, шума и удара. Кн. Ь. од ред. В.В Клюева. М. ,Машиностроеие . 1978, с. 51. ..
3. 3.Иориш Ю.И. Вйброметри  . Гос. аучтехиздат машиностроительной лиературы . М., 19бЗ, с. 5б9, фиг.1. 3 Р (прототип).

   .