Пьезоэлектрический акселерометр

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении динамических процессов в машинах и механизмах. Сущность изобретения: акселерометр содержит основание со стойкой, перпендикулярной основанию, сдвиговый пьезопреобразователь и инерционный элемент, расположенные симметрично относительно стойки и жестко соединенные с ней. инерционный элемент и обращенная к нему поверхность основания выполнены наклоненными к периферии основания. Оптимальные значения угла наклона к посадочной плоскости акселерометра находятся в интервале 15-45°. 1 э.п. ф-лы. 1 ил.

сок)з соя то их

СОЦИАЛИСТИЧ1- СКИХ

РЕ СГ1УБЛИК (51)5 G 01 Р 15/09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4826827/10 (22) 17.05,90 (46) 07.09,92. Бюл. N..33 (71) Научно-исследовательский институт измерительной техники (72) M.È. Субботин и Б.Н. Голыженков (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР (57) Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении динамических процессов в машинах и механизмах. СущI

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению вибрационных и ударных ускорений.

Пьезоэлектрические акселерометры подвергаются во время эксплуатации различным внешним воздействиям, поэтому их конструкция должна обеспечивать устойчивость (малую дополнительную погрешность измерения) и прочность (способность неразрушения) к этим воздействиям.

Наиболее устойчивы к тепловым и механическим воздействиям акселерометры со сдвиговым пьезопреобразователем (1). В таких акселерометрах измеряемое ускорение вызывает сдвиговую деформацию пьезопреобразователя, в то время как паразитные воздействия вызывают главным образом растяжение-сжатие, в результате чего ложный сигнал от них (а. следовательно. и дополнительная погрешность) оказывается малым.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому яоляе1ся пьезоэлектрический акселерометр. описанный в (2). Он содержит основание со стойкой, перпенди Ы 1760465 А1 ность изобретения: акселерометр содержит основание со стойкой, перпендикулярной основанию, сдвиговый пьезопреобразователь и инерционный элемент, расположенные симметрично относительно стойки и жестко соединенные с ней. инерционный элемент и обращенная к нему поверхность основания выполнены наклоненными к периферии основания. Оптимальные значения угла наклона к посадочной плоскости акселерометра находятся в интервале 15 — 45 . 1 э.п. ф-лы. 1 ил. кулярной основанию, преобразователь, работающий на сдвиг, и инерционный элемент, расположенные симметрично относительно стойки и жестко соединенные с ней. Измерительная ось акселерометра совпадает с осью стойки, а осевое сечение инерционного элемента является прямоугольником. Неизмеряемые механические и тепловые воздействия передаются от основания к пьеэопреобразователю через нижнюю часть стойки, вызывая ее симметричное растяжение-сжатие, убывающее с расстоянием до основания. Эта деформация стойки почти не приводит к сдвиговой деформации преобразователя, вследствие чего паразитный сигнал акселерометра почти отсутствует. Поэтому сдвиговые акселерометры этого вида имеют самые малые дополнительные погрешности при воздействии внешних влияющих факторов. Известно несколько конструктивных разновидностей сдвиговых пьезоэлектрических акселерометров, отличающийся числом и формой составных частей преобразователя и инерционного элемента

1760465 (21. Однако высокая помехоустойчивость та- Как видно из чертежа, при даннои конкого акселерометра сочета .т ается с низкой фигурации инерционного элемента его вибропрочностью, о у л ь об словленной относи- центр инерции лежит ближе к посадочной телы1О малой собственной частотой в на- поверхности, нежели приотсутствиинаклоенди уля рном 5 на (а=0), Поэтому изгибающий момент при измерительной оси (" поперечная собствен- действии поперечного ускорения оказываная частота ). еальные ви

"). Р В вибрационные и ется меньшим, что при неизме1п1ых массе ессы имеют несколько про- инерционного элемента и размерах стойки странственных составляющих, возбуждаю- эквивалентно увеличению жестк ткости на изщих колебания чувствительного элемента 10 гиб, т.е. увеличению поперечной собственакселерометра во всех направлениях. Для ной частоты.

Форма верхней поверхности основаромера необходимо чтобыускорениенача- ния, повторяющая наклон инерционного

1 стоте любого резонанса не превосходило элемента, выбранасцельюсохранениядли1/30 статического значения допустимого и 15 ны стойки и жесткости основания. этот резонанс не попадал в рабочий диапа- Оценка эффективности заявляемого зон частот. Поперечнал собс1венная часто- технического решения произведена на прита тем выше, чем меньше масса мере конструкции одного из наиболее соинерционного элемента и больше изгибная вершенных современных акселерометров жесткость стойки. Но уменьшение массы 20 7701 — 1000 фирмы Эндвеко, выполнен11ого приводит к потере чувствительности, а уве- по конструктивной схеме, приведенной в личение жесткости (достигаемое уменьше- . f2). Поперечную собственнуючастоту вэтом нием длины или увеличением толщины случае рассчитывают поформуле стойки) — к изменению характера деформа(1) г Г ции стойки при воздействии на основание, 2-, 2 1 щ ! Е, 1, п1 — и а, изгибная жесткость и вателЯ и в конечном счете Увели ению . масса стойк соответственно; грешности акселерометра. Значения

Хо — наименьший корень уравнения жесткости в известных конструкциях соот1 ветствуют компромиссу между этими проти- 30 — (1+chx cos х) — x(sin х chx — cosx shx)— оречивь и реб ваниями беспечивают 2 значения поперечной собственной частоты, (2) в 3-4 раза меньше основной, то есть соот- где n — отношение масс ерционного элеветствующие верхней границе частотного и, 35 мента и стойки; диапазона или попадающие в него. Таким 3 и ции инерционного элемента к длине стойки; ность приводит к снижению не толь о на- г — отношение расстоя я от конца дежности, но и реального диапазона частот, стойки до центра масс ине и с нерционного элеЦелью изобретения является повышеличе 40 МВнта к Длине стОЙки. ние надежности и точности путем увеличеРасчет был выполнен для двухсекционИИЯ вибРопРочности акселВРометРа, го

3та цель достигается тем, что в известраллелепипеда с отношением толщины к ном акселерометре, содержащем основаине, равном 1/2, и длиной, равной восьми

4г длинам стойки. Эти значения близки к реоснованию, сдвиговый пьезопреобразова- 45

4 и

=0; 30; 45" соответственно. Подстановка жес1 ко соединенные с ней, торцевая поверxHocTb инерционного элемента и n0Depx ность основания обращенные друг к другу 50 л " 1 68 . 1 88 где число в индексе соответствует значе-. нию угла а в градусах. Таким образом, увеНа чертеже изображен разрез предла- ни У бственной частоты личение поперечной со ственной частоты

68 — 88 с соответственным увеличением вибропрочности. а также сдвигом асчетом (1 — основание,2 — стойка, 3 — пье- . личением ви поперечного резонанса за пределы рабочезопреобразователь, 4 — инерционный элемент, а — гол наклона инерционного го Диапазона частот. мент, а — угол наклона

Положительный эффект настоящего элемента к посадочной плоскости). Измеритехнического решения достигается теоретительная ось показана стрелкой.

1760465

Формула изобретения

Составитель Т.Макарова

Редактор С.Никольская Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор Л.Лукач

Заказ 3184 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 чески при любых значениях угла а из интервала 0-90 . Однако практически при а<

<(15-20 ) эффект очень мал (увеличение поперечной собственной частоты не превосходит единиц процентов). С другой стороны, увеличение Q сверх (45 — 50 ) приводит к заметному снижению поперечной жесткости основания и увеличению высоты акселерометра. Поэтому оптимальные значения угла а заключены в интервале 15 — 45 .

Технический эффект изобретения заключается в повышении надежности сдвигового акселерометра, расширении области его применения и уменьшения частотной погрешности при измерении реальных вибрационных и ударных процессов.

1. Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий основание со стойкой, перпен5 дикулярной основанию, сдвиговый пьезопреобразователь и инерционный элемент, расположенные симметрично относительно стойки и жестко соединенные с ней, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения

10 надежности и точности путем увеличения вибропрочности, торцевая поверхность инерционного элемента и поверхность основания, обращенные одна к другой, выполнены под наклоном к периферии основания.

15 2. Акселерометр поп.1, отл ич а ю щий с я тем, что угол наклона составляет 15 — 45 к посадочной плоскости основания.