Пьезоэлектрический акселерометр

 

ОПИСАИИЕ

И 3 О Б Р Е ТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЙЛЬСХВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«»706784

ВИД Р„ „:. (pg, (53)М. Кл.2

6 01 Р 15/08 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) ЗаявЛено 310778 (2>) 2653578/18-10 с присовдиненйем ааявкн М (23) Приорйтет " -

Государственный комитет

СССР по делам " изобретений и открытий

Опубликован© 301279, Бюллетень М48

Дата опублйкоеаниия описаиия 30l 279

Ф (53) >4К5 31. 768 (088,8) (72) Авторы изобретения .

И.С.Ьабер и В.С.Пеллинец (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОИЕТР

1,;;::-, .. ".,;:. - ;-:..2

Изобретение относится к- области го и частотного диайазойов измеряемых: измерительной техники и может быть ускорЕний. использовано для создания высокоточ-", Указанная цель достигается тем

Р ных, стабильных и надежных измери- что узел поджатия .выполнен в виде тельных пьезоэлектрических акселеро- предварительно напряженного стержня

5 метров с широким амплитудным и час - переменного сечейия с упругим участтотным диапазоном, в частности,Мя" " ком, жеатко связанного с основанием и образцовых преобразователей. „ .-,--:: :":,- инерционным .телом. При этом отношение известны пьезоэлектрические аксе- 1 площади поперечиогО сечения неупруго лерометры с предварительным поджа- ro и упругого участков стержня нахоО тием чувствительного элемейта и йнер- боится s йределах - - » 3 — 6 фу ционного тела к основанию. Однако эти Ha чертеже. изображен предлагаежй акселерометры сложны по конструкции, . пьезоэлектрический акселерометр. дороги в изготовлении и имеют плохие" динам ч кие характеристики, - 15 Акселерометр 1содернит основание

l и инерционное тело 2, нижняя часть

Наиболее близким к предлагаемЬму — которого выполнена B виде осесимметпо технической сущности является йье- ричного стержня 3, эалрессованного зоэлектрический акселерометр, содержа-, в оснбвание 1. В средней части стерщий основание с расположенным на нем щ" жень 3 содержит упругий участок— чувствительным элементом, ийерцион- утончение 4 ° К основанию 1 с помощью ным телом и узлом предварительного — :: стержйя 3 поджаты 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- " 2j "ментов 5 (из пьезокварца или из пьезониженную точность, недостаточную на- керамики) и металлического электрода дежность и нестабильность. его харак- 6 для съема зарядов. теристик во времени. Зая анное усилйе предварительного

Целью изобретения является повн- поджатия кбнтролируется при сборке шение точности расширения амплитудно-3р преобразователя по значению выходно-., 706784 го 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 (утончение 4 стержня .3) подвергается деформации растяжения.

- При напряжении 8 в упругом участ-. ке 4 меньше допускаемого (о М. оп ) из закона Гука следует 10 е6 (1) где Š— модуль упругости материала стержня (- )

Й

6 — относительное удлинение.

Так как j e б = — ы g -- — (P) е е где И вЂ” соответствующее силе Г удлинение упругого участка стержня (м); длина упругого участка стерж 2() ня (м), то выражение (1) примет следук@ий

ВИД, Е е

Отсюда определяются параметры упругого участка стержня (отношение площади поперечного сечения к длине)

8„

e = e E 4)

s- c — "- —. (5)

8. Е где С= — заданная жесткость упругого участка находится из услови я прочности где Р— заданное усилие предварительного поджатия (Н);

m — эффективная масса (кг); . а щ,,— максимальйое. измеряемое 4д ускорение (м/с ) r б. „ - допускаемое напряжение на растяжение для материала стержня (Н/м ) .

Для обеспечения высокой линейности преобразователя жесткость неупругого участк6 стержня, а также жесткость ь заделки с тержня должны быть эначительйо больше жесткости упругого участка. Исходя из этого площадь поперечного сечения неупругой части S стержня 3 в несколько раз больше площади поперечного сечения упругой части S> стержня, т,е. Вз (з 6) н (У)

Работает предлагаемяй акселерометр следующим образом.

Под воздействием ускорения, направленного по оси акселерометра, инерционное тело 2 создает усилие (растяжение или сжатие), приложенное к чувствительному элементу.

Вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта на пьезоэлементах 5 возникает заряд Q, который снимается с электрода 6 и основания 1. Заряд

Q пропорционален измеряемому ускорению

Q-- rn.à д, п,(8) .где Й я — пьезоэлектрический модуль (для кварца);

m — эффективная масса (кг) .

В предлагаемом акселерометре эффективная масса равна

„,„+ С9) где m — масса инерционного тела

mC — часть массы стержня (масса участка стержня выше упру- гого участка) .

Формула изобретения

1. Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий основание с расположенными на нем чувствительным элементом, инерционным телом и узлом предварительного поджатия инерционного тела и чувствительного элемента к основанию, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения амплитудного и частотного диапазонов измеряемых ускорений, в нем узел поджатия выполнен в виде предварительно напряженного стержня переменного сечения с упругим участком, жестко связанного с основанием и инерционным телом.

2. Акселерометр по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что отношение площади поперечного сечения неупругого В и упругого S> участков стержня находится пределах

Н

706784

Составйтель Н.Мараховская

Редактор В.девятов Техред!Н.Ковалева Корректор Г, Решетник

Ю ЭМю м В

Эаказ 8215/39 Тираж 1073 Подписное

ЦНИИПИ 1 осударотвеййого комитета СССР " по делам йзобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4