П’єзоелектричний акселерометр

П'єзоелектричний акселерометр, що містить циліндричний монолітний чутливий елемент із п'єзокерамічного матеріалу з аморфними і поляризованими зонами, а також електроди, що нанесені на поверхню поляризованих зон чутливого елемента, який відрізняється тим, що чутливий елемент виконаний у вигляді порожнистого п'єзокерамічного циліндра, встановленого на основі з циліндричним виступом, поляризована зона розташована в ЗОВНІШНІЙ частині циліндра, а електроди розміщені на торцевих поверхнях поляризованої зони Винахід належить до вимірювальної техніки, зокрема, до приладів для вимірювання ЛІНІЙНИХ та вібраційних прискорень Відомий п'єзоелектричний акселерометр, який містить один чи декілька п'єзоелементів, інерційну масу, основу (див Электрические измерения неэлектрических величин Л Энергия, 1975, стр 283, рис 11,9) Недоліком цього акселерометра є порівняно невелика чутливість, а також значна поперечна чутливість Відомий п'єзоелектричний акселерометр з фірмовою маркою "Delta Shear", що виготовляється фірмою "Bruel & Kjer" (Данія), який містить три п' єзоелемента, три інерційних маси, пружний елемент, стійку та основу (див Пьезоэлектрические акселерометры и пред усилители, Справочник по теории и эксплуатации, "Bruel & Kjer" 2850 Нэрум, Дания, 1987, рис 2,1 стр 16, рис 2,5 стр 28) Недоліком цього акселерометра є велика поперечна чутливість, що виникає через кругову асиметрію конструкції акселерометра (див рис 2,13 стр 39 того ж посилання) Відомий п'єзоелектричний акселерометр, що містить монолітний чутливий елемент із п'єзоелектричного матеріалу з аморфними і поляризованими зонами, а також з електродами, що нанесені на поверхню поляризованих зон чутливого елемента (див Янчич В В , Крамаров О П , Кравцов Б А Монолитные пьезоэлектрические виброизмерительные преобразователи У сб "Пьезоэлектриче ские материалы и преобразователи", изд Ростовского Университета, 1976, стр 161-163, см также а с СССР №472567 Б И , 1975, №34) Вказаний акселерометр найбільш близький до того, який заявляється, по технічній сутності і вибраний в якості прототипу Недоліком цього акселерометра є порівняно складна конструкція і сначна поперечна чутливість В основу винаходу поставлена задача удосконалення п'єзоелектричного акселерометра шляхом зміни форми монолітного чутливого елемента і поляризованих зон, топографії розміщення електродів, а також використання основи з виступом, на якому встановлений п'єзоелемент Це дозволяє спростити конструкцію і зменшити поперечну чутливість акселерометра Акселерометр, що пропонується, містить монолітний чутливий елемент із п'єзокерамічного матеріалу з аморфними і поляризованими зонами, а також електроди, що нанесені на поверхню поляризованих зон чутливого елемента ВІДМІННІСТЬ запропонованого акселерометра від прототипу полягає в тому, що чутливий елемент виконаний у вигляді порожнистого п'єзокерамічного циліндра, який встановлений на основі з циліндричним виступом, поляризована зона розташована у ЗОВНІШНІЙ частині циліндра, а електроди розташовані на торцевих поверхнях поляризованої зони Кожна з вказаних ВІДМІННИХ ознак є необхід о ю 45702 ною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного результату Технічним результатом винаходу є спрощення конструкції і зменшення поперечної чутливості акселерометра Експериментально встановлено (див приведений нижче приклад реалізації винаходу), що саме така форма реалізації чутливого елемента, розташування аморфної і поляризованої зон і електродів спрощує конструкцію і зменшує поперечну чутливість Винахід пояснюється кресленням, де - на фіг показаний варіант конструкції акселерометра, що-пропонується Акселерометр, що пропонується, містить циліндричний монолітний чутливий елемент 1, виконаний із п'єзокерамічного матеріалу з аморфною 2 і поляризованою 3 зонами, а також електродами 4, 5, що нанесені на торцеві поверхні поляризованої зони чутливого елемента Поляризована зона З розташована у ЗОВНІШНІЙ частині циліндра Чутливий елемент встановлений на основі 6 із циліндричним виступом 7 Акселерометр працює наступним чином Під ДІЄЮ прискорення, яке вимірюється, вздовж ВІСІ чутливого елемента 1 поляризована зона 3 прагне зміститися відносно аморфної зони 2, утворюючи при цьому на межі між ними механічні напруги Це призводить до появи на електродах 4, 5 поляризованої зони електричних зарядів і ВІДПОВІДНО, електричної напруги, по величині якої можна судити про прискорення, яке вимірюється Під ВПЛИВОМ поперечних прискорень (тобто під кутом 90° до ВІСІ циліндра) поляризована зона по обидва боки ВІСІ циліндра утворює електричні заряди протилежного знака, і ці заряди компенсуються Таким чином, вдалося зменшити поперечну чутливість Примітка Принцип дії п'єзоелектричних акселерометрів є класикою і докладно описаний у підручниках, наприклад, у кн Электрические измерения неэлектрических величин, Л , Энергия, 1975, стр 272-283 При розміщенні електродів 4, 5 на торцевих поверхнях циліндра чутливість акселерометра залежить тільки від п'єзомодуля п'єзокерамічного матеріалу, який застосовувався Приклад конкретного застосування Був виготовлений акселерометр із циліндричним п'єзоелементом із ЗОВНІШНІМ діаметром 15, внутрішнім -5 і висотою 8мм із п'єзокераміки ЦТС19 На торцевих поверхнях циліндра були нанесені електроди у вигляді кільця з внутрішнім діаметром 10мм Акселерометр підключався до підсилювача марки 2650 фірми "Bruel & Kjer" Акселерометр встановлювався на вібростенд марки 4805 фірми "Bruel & Kjer" і піддався впливові вібрації вздовж ВІСІ циліндра з прискоренням, рівним 1д (9,81м/с2), на частоті 100Гц Чутливість уздовж ВІСІ для розробленого акселерометра складала 36мВ/м/с2 Поперечна чутливість для розробленого акселерометра - менше 2 3,1мВ/м/с 2 Для прототипу ВІДПОВІДНО 26МВ/М/С І 18м В/м/с2 Таким чином, конструкція акселерометра, що пропонується, спрощена, а поперечна чутливість значно зменшена ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71