Пьезоэлектрический акселерометр

 

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР , содержащий чувствительный элемент в виде металлического диска с прикрепленным к нему пье оэлементом и инерционный элемент, отличающийся . тем, что, с целью увеличения вибропрочности и расширения частотного диапазона, инерционный элемент выполнен в виде диска с равномерно распределенными по его периметру выступами, контактирующими с пьезоэлементом, а между пьезо-..;И инерционным элементами установлена распорная шайба. (Л с ел 00

ÄÄSUÄÄ 1 1 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН уд) G 01 Р 15 09

1 . ;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЗ (21) 3367185/18-10 (22) 11.12.81 (46) 30.04.83. Бюл. 9 16 (72)- В.К.Александров и В.Е.Евдокимов (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. N.È.Калинина (53) 531.768 (088.8) (56) 1. Пеллинец В.С. Пьезодатчики ускорения с предварительным поджатием. Изв. ВуЗов.-"Приборостроение", 1965, М 1, с. 7-9.

2. Цеханский К.Р. и др. Вибронзмерительные преобразователи для исследования динамических характеристик моделей атомных реакторов.

Вибрационная техника. N., ИДНТП, 1977, с. 63-67 (прототип). (54)(57) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕ

РОИЕТР, содержащий чувствительный элемент в виде металлического диска с прикрепленным к нему пьезоэлементом и инерционный элемент, о т л ич а ю шийся .тем, что, с целью увеличения вибропрочности и расширения частотного диапазона, инерци онный элемент выполнен в виде диска с равномерно распределенными по

его периметру выступами, контактирующими с пьезоэлементом, а между пьезо- .и инерционным элементами установлена распорная шайба.

1 015311

Изобретение относится к технике измерения параметров вибраций на различных объектах с малыми вибрационными смещениями, где требуется большой коэффициент преобразования датчика .и высокая вибропрочность, В этой области приборостроения совершенство пьезоакселерометра и возможность его применения определяются как коэффициентом преобразо- 10 вания, так и вибропрочностью, т.е. сохранением работоспособности датчиком после кратковременного действия ускорения, значительно превышающего его рабочий диапазон, и ударов ° 15

Кроме этого, к пьезоакселерометру предъявляется ряд других важных требований: малые габариты и масса, широкий частотный и температурный диапазоны. а 20

Известны конструкции пьезодатчиков, в которых для повышения вибропрочности, расширения температурного диапазона и упрощения технологии сборки широко применяются безклееное соединение инерционной массы и пьЕзожлемента. В подобных конструкциях инерционный элемент поджат к пьезоэлементу дополнительным упругим элементом и корпусом $1) .

Однако существующие пьезоакселерометры с.поджатием имеют сравнительно низкий коэффициент преобразования.

Наиболее близкой к предлагаемому пьезоакселерометру является конструк- З5 ция,содержащая чувствительный эле- . мент в виде металлического диска с прикрепленным к нему пьезоэлементом и инерционный элемент (2).

Однако при направлении вектора 40 ускорения по оси дисков пьезоэлемент испытывает деформацию сложного изгиба. Такая конструкция имеет более высокий коэффициент преобразования при небольшой инерционной массе, íî 45 не обеспечивает достаточно высокой вибропрочности.

Цель изобретейия — увеличение вибропрочности, расширение частотного диапазона.

Поставленная цель достигается ! тем, что в известной конструкции пьезоакселерометра, содержащей чувствительный элемент в виде металлическеro диска с прикрепленным к нему пьезоэлементом и инерционный элемент 55

) последний выполнен и ниде диска с равномерно распределенными по его периметру выступами, контактирующими с пьезоэлементом, а между пьезои инерционным элементами установлена 60 распорная шайба..

Действующие на инерционный элемент силы инерции приводят к изгибу пьезоэлектрического диска, на поверхности которого в результате поперечного пьезоэффекта возникает заряд.

На чертеже изображен пьезоакселерометр, общий вид.

Пьезоакселерометр имеет металлический диск 1, выполненный заодно со стойкой и установленный на основании корпуса 2, диск 3 из пьезокерамики, инерционный элемент s виде диска 4 с выступами 5.

Инерционный элемент 4, пьезокерамический 3 и металлический 1 диски крепятся к корпусу 2 прижимным винтом б с шайбой 7. Выступы 5 на инерционном элементе 4 обеспечивают касание пьезокерамического диска 3 по периметру. Между дисками 4 и 3 расположена распорная фторопластовая шайба 8. Сила поджатия инерционного элемента регулируется винтом 6.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии ускорения, направленного по оси дисков, возникает сила инерции, приводящая к сдожному изгибу всех трех дисков. Отрыв выступон 5 инерционного элемента 4 от пьезопластины 3 исключается предварительным его поджатием винтом 6.

Отличие предлагаемой конструкции от известной заключается н том, что в конструкцию введен третий металлический диск 4 с выступами 5, выполняющий роль инерционного элемента.

Введение элемента 4 позволило повысить вибропрочность конструкции и расширить частотный и температурный диапазоны пьезоакселерометра с одновременным упрощением конструкции и технологии сборки. Повышение Нибропрочности достигается более высокой степенью симметричности инерционного элемента (он выполняется в отличии от стержневой конструкции как единое целое в виде металлического диска/, что снижает чувстнительностьк поперечным составляющим ускорения, отсутствием клеевого соединения пьезокерамического диска 3 и диска 1 упpyroro подкрепления, крепление конструктивных элементон 1, 3 и 4 путем поджатия их винтом б, что понышает изломостойкость конструкции при действии больших поперечных составляющих ускорения (инерционный элемент крепится силами трения и может сместиться в поперечном сечении) . Как известно, датчики с предварительным поджатием пьезоэлемента при кратковременных ударах не выходят из строя подобно клееным. Отсутствие клеевого соединения расширяет температурный диапазон работы преобразователя, упрощает технологию его сборки. Размещенная между дисками 4 и 3 распорная фторопластовая шайба 8 осуществляет демпфирование конструкции. Благодаря этому происходит как расши1015311 где M„ — масса инерционного элемента в прототйпе и предлагаемой конструкции, М2 — приведенная масса поджимающего винта, K - приведенная, жесткость пьезоэлемента и диска упругого подкрепления, К - приведенная жесткость под2 жимающего винта, К вЂ” приведенная жесткость, диска инерционного элемента и распорной шайбы.

При соответствующем Выборе масс и жесткостей прочность конструкции, определяемая коэффициентом N, может быть повышена в 10-20 раэ.

Предлагае. ый пьеэоакселерометр предназначен для измерений параметрЬв низкочастотных 0,1-5000 Гц вибраций

2О :изделий машиностроения и энергетики, рение частотного диапазона, так и повьаиение вибропрочности преобразователя. Коэффициент преобразования и значение верхнего предела измерения при заданных геометрических размерах могут быть изменены путем выбора материала инерционного элемента, плотность которого может быть в 2,5-5 раз выше плотности материала диска упругого подкрепления.

ПределЬно допустимое ускорение

S gy для предлагаемого устройства в М раз превосходит предельно допустимое ускорение S для прототипа.

При этом Й= всю

К (3(2+K,+(Мъ/МаЪ(З)

К„К21К К э+К К ь

Заказ 3200/42 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н.Мараховская

Редактор Е.Папп Техред М.Тепер КорректорО.Ъилак