Пьезоэлектрический преобразователь ускорений

 

Изобретение относится к пьезоэлектрическим акселерометрам для измерения виброускорений. Целью изобретения является повышение чувствительности устройства. Эта цель доститается введением дополнительного акселерометра , содержащего пьезоэлемент 5 и инерционную массу 6 и установленного на инерционном теле 3. При воздействии виброускорения электрические заряды возникают на пьезоэлемеитах 2 и 5 пьезопреобразователя и дополнительного акселерометра. Сигнал с зтих пьезоэлементов поступает через усилители 7,13 и динамический корректор 17 на пьезоэлемент 4 преобразователя ускорения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1 2 А2 (19) (11) (5D 4 С 01 Р 15/09

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 794539 (21) 4255395/24-10 (22) 03.06.87 (46) .15.01.89. Бюл. У 2 (72) В.Д.Шурубкин и А.А.Барановский (53) 531.768 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 794539, кл. С 01 P 15/08, 1977. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСКОРЕНИЙ (57) Изобретение относится к пьезоэлектрическим акселерометрам для измерения виброускорений. Целью иэобретения является повьштение чувствительности устройства. Эта цель достигается введением дополнительного акселерометра, содержап(его пьезоэлемент

5 и инерционную массу 6 и установлен ного на инерционном теле 3, При воздействии виброускорения электрические заряды возникают на пьезоэлементах 2 и 5 пьезопреобразователя и дополнительного акселерометра. Сигнал с этих пьезоэлементов поступает через усилители 7,13 и динамический корректор 17 на пьезоэлемент 4 преобр аз ов ателя у с ко р ения ° 1 ил .

145 i 602

Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к пьезоэлектрическим акселерометрам для измерения вибрационных ускорений, 5

Цель изобретения — повышение чувствительности устройства.

На чертсже представлена блок-схема пьезоэлектрического преобразователя ускорений. 10

Пьез оэлектрический преобр as ователь ускорения содержит корпус 1, на кот ор ом р as мещен первый лье з оэлемент

2, выполненный в виде двух шайб, соединенных электрически параллельно и механически последовательно, Нап равление поляризации совпадает с осью первичного преобразователя, а на плоских торцах шайб нанесены проводящие обкладки. Одна пара одноименных 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- 25 кета из двух шайб и электрода первого пьезоэлемента 2, что обеспечивается совместным шлифованием при изготовлении. Направление поляризации радиальное обкладки выполнены на 30 наружной и внутренней поверхности кольца. Наружная обкладка электрически соединена с корпусом 1. На инерционном теле 3 установлены дополнительный акселерометр, содержащий пьезоэлемент 5, выполненный аналогично пьезоэлементу 2, и жестко связанную с ним инерционную массу 6. Элементы 1, 3 и 6 электрически соединены между собой. Первый пьезоэлемент 2 через 40 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

l5 переключателя, а также выход элект55 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 поля возникающего во втором пьезоэлемен1 те 4, возникает в результате усилие, отталкиваи ее инерционное тело 3 от корпус а 1 и ч астично ур ав нов ешив ающе е 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 ll приводит к эквивалентному

Формула из о брет ения

Пь ез оэл ек три ческий преобр as ов атель ускорений по авт ° св. Р 794539, о т л н ч а ю шийся 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.Лукомский

Техред А.Кравчук

Редактор И. Сегляник

Корректор С.Шекмар, .Заказ 7073/42 Тираж 788 Подписно е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

14 16 увеличению коэффициента демпфирования системы. При этом напряжение 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 поступает на вход сумматора 16, пройдя предварительно через инвертирующий усилитель 10, который осуществляет изменение фазы сигнала на 180 . При этом, на выходе сумматора 16 создает- 20 ся напряжение такой полярности, при которой деформация второго пьезоэлемента 4 увеличивает давление на первый пьезоэлемент 2. Такое взаимодействие эквивалентно уменьшению 25 жесткости механической системы первичного преобраз ователя. Действие электрического дифференциатора 11, как и в нервом случае приводит к увеличению коэффициента демпфирова- 30 ния системы, а действие масштабного усилителя 14 приводит к эффекту эквивалентного увеличения массы инерционного тела 3. Увеличение жесткости меха ыческой системы преобразова02

4 теля приводит к расширению частотного диапазона в области высоких частот, и к снижению чувствительности преобразователя. Уменьшение жесткости механический системы преобразователя приводит к сдвигу частотного диапазона в область низких частот, и к повышению чувствительности преобразователя. Увеличение коэффициента демпфирования снижает колебательность механической системы преобразователя и сглаживает области резонанса на амплитудно-частотной характеристике, Увеличениегинерционной массы приводит к повышению чувствительности преобразователя и сдвигу частотного диапазона в область низких частот,