П’єзоелектричний акселерометр

П'єзоелектричний акселерометр, що містить чутливий елемент із п'єзоелектричного матеріалу, інерційні маси, пружний елемент у вигляді розрізного кільця, основу і стійку, який відрізняється тим, що стійка виконана у вигляді циліндра, чутливий елемент виконаний у вигляді порожнистого п'єзокерамічного циліндра, встановленого на основі, інерційні маси виконані у вигляді сегментів порожнистого циліндра, які розташовані на СТІЙЦІ рівномірно по окружності, і число сегментів вибрано парним Винахід належить до вимірювальної техніки, зокрема, до приладів для вимірювання ЛІНІЙНИХ та вібраційних прискорень Відомий п'єзоелектричний акселерометр, який містить один чи декілька п1єзоелементів, 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, 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 В сб "Пьезоэлектрические материалы и преобразователи", изд Ростовского Университета, 1976, стр 161-163, см также а с СССР №472567 Б И , 1975, №34) Недоліком цього акселерометра є порівняно складність конструкції і значна поперечна чутливість Відомий п'єзоелектричний акселерометр з фірмовою маркою "Delta Shear", що виготовляється фірмою "Bruel & Kjer" (Данія), який містить чутливий елемент у вигляді трьох пластин, три інерцій них маси, пружний елемент у вигляді розрізного кільця, 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) Вказаний акселерометр найбільш близький до того, який заявляється, по технічній сутності і вибраний в якості прототипу Недоліком цього акселерометра є порівняно велика поперечна чутливість, що виникає через кругову асиметрію конструкції акселерометра (див рис 2,13 стр 39 того ж посилання) і порівняно складну конструкцію В основу винаходу поставлена задача удосконалення п'єзоелектричного акселерометра шляхом зміни форми стійки, чутливого елемента, інерційних мас та вибору числа інерційних мас Це дозволяє зменшити бічну чутливість акселерометра, а також значно спростити його конструкцію Акселерометр, що пропонується, містять чутливі елементи з п'єзоелектричного матеріалу, інерційні маси, упругий елемент у вигляді розрізного кільця, основу і стійку ВІДМІННІСТЬ запропонованого акселерометра від прототипу полягає втому, що стійка виконана у вигляді циліндра, чутливий елемент виконаний у вигляді порожнистого п' єзокерамічного циліндра, встановленого на основі, інерційні маси виконані у ю о ю 45705 вигляді сегментів поржнистого циліндра, які розташовані на СТІЙЦІ рівномірно по окружності, і число сегментів вибрано парним Кожна з вказаних ВІДМІННИХ ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного результату Технічним результатом винаходу є спрощення конструкції і зменшення бокової чутливості акселерометра Експериментально встановлено (див приведений нижче приклад реалізації винаходу), що саме така форма стійки, чутливого елемента, інерційних мас і такий вибір числа інерційних мас спрощує конструкцію і зменшує поперечну чутливість Винахід пояснюється кресленням, де - на фіг показаний варіант конструкції акселерометра, що пропонується Акселерометр, що пропонується, містить чутливий елемент 1 із п'єзоелектричного матеріалу, інерційні маси 2, пружний елемент 3 у вигляді розрізного кільця, основу 4 і стійку 5 Стійка 5 виконана у вигляді циліндра, чутливий елемент 1 виконаний у вигляді порожнистого п'єзокерамічного циліндра, встановленого на основі 4 у вигляді диска, інерційні маси 2 виконані у вигляді сегментів п порожнистого циліндра, а число сегментів вибрано парним Акселерометр працює наступним чином Під ДІЄЮ прискорення, що вимірюється, вздовж ВІСІ сегменти прагнуть зміститися відносно зовнішньої частини циліндра, утворюючи при цьому на межі між ними механічні напруги Це призводить до появи на поверхнях циліндра електричних зарядів і, ВІДПОВІДНО, електричної напруги, по величині якої можна судити про значення прискорення, що вимірюється Під ВПЛИВОМ поперечних прискорень (тобто під кутом до ВІСІ циліндра) попарно розташовані сегменти утворюють на циліндрі електричні заряди протилежного знака, які компенсуються Таким чином, вдається 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 Приклад конкретного застосування Був виготовлений акселерометр із діаметром стійки 10мм (матеріал стійки -латунь Л63), а також із чутливим елементом у вигляді полого циліндра з ЗОВНІШНІМ діаметром 15 і внутрішнім - 10мм, виконаним із п'єзокераміки ЦТС-19, чотирма інерційними масами у вигляді сегментів полого циліндра з ЗОВНІШНІМ діаметром 18 і внутрішнім - 15мм, ви сота всіх перечіслених елементів конструкції 30мм Електроди підключалися до підсилювача марки 2650 фірми "Bruel & Kjer" Акселерометр встановлювався на вібростенд марки 4805 фірми "Bruel & Kjer" і піддався впливові вібрації вздовж 2 ВІСІ циліндра з прискоренням, рівним 1д (9,81м/с ), на частоті 100Гц Чутливість уздовж ВІСІ для розробленого аксе2 лерометра складала 42мВ/м/с Поперечна чутливість для розробленого акселерометра - менше 2 0,1мВ/м/с Для прототипу ВІДПОВІДНО 8МВ/М/С 2 І 0,8м В/м/с2 Таким чином, поперечна чутливість акселерометра, що пропонується, значно зменшена, а його конструкція спрощена 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