П’єзоелектричний акселерометр

П'єзоелектричний акселерометр, що містить чутливий елемент, який виконаний у вигляді біморфного елемента, що складається з п'єзоелемента і металевої мембрани, інерційної маси, яка закріплена на біморфному елементі, корпус, який відрізняється тим, що акселерометр обладнаний другим біморфним елементом, біморфні елементи закріплені в корпусі по твірній, інерційна маса розміщена між біморфними елементами і прикріплена до них з боку металевих мембран, п'єзоелементи закріплені на мембранах різнополярними електродами і з'єднані паралельно 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, що містить чутливий елемент, який виконаний у вигляді біморфного елемента, що складається з п'єзоелемента і металевої мембрани, інерційної маси, яка закріплена на біморфному елементі, корпус (див а с СССР № 634493, Б И , 1978, № 43) Вказаний акселерометр найбільш близький до того, який заявляється, по технічній сутності і вибраний як прототип Недоліком цього акселерометра є значна поперечна чутливість і вузький частотний діапазон В основу винаходу поставлена задача удосконалення п'єзоелектричного акселерометра шляхом введення другого біморфного елемента і закріплення біморфних елементів у корпусі по твірній Це дозволяє зменшити поперечну чутливість акселерометра, а також розширити частотний діа пазон Акселерометр, що пропонується, містить чутливий елемент, який виконаний у вигляді біморфного елемента, що складається з п'єзоелемента і металевої мембрани, інерційної маси, яка закріплена на біморфному елементі, корпус ВІДМІННІСТЬ акселерометра, що пропонується, від прототипу полягає в тому, що акселерометр обладнаний другим біморфним елементом, біморфні елементи закріплені в корпусі по твірній, інерційна маса розміщена між біморфними елементами і прикріплена до них з боку металевих мембран, п'єзоелементи закріплені на мембранах різнополярними електродами і з'єднані паралельно Кожна з вказаних ВІДМІННИХ ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного результату Технічним результатом винаходу є зменшення поперечної чутливості акселерометра і розширення частотного діапазону Експериментальне встановлено (див приведений нижче приклад реалізації винаходу), що введення другого біморфного елемента і закріплення біморфних елементів у корпусі по твірній зменшує поперечну чутливість, розширює частотний діапазон Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг 1 показаний варіант конструкції акселерометра, що пропонується, - на фіг 2 показана схема з'єднання п'єзоеле 00 (О (О 46268 розширює робочий діапазон частот Крім того, використання двох біморфних елементів, відповідне розташування і з'єднання п'єзоелементів підвищує осьову чутливість Приклад конкретного застосування Був виготовлений акселерометр із двома біморфними елементами, кожний із який складається з пластини діаметром 20 і товщиною 0,3мм із пів твердої латуні Л63 і п'єзоелемента діаметром 15 і товщиною 0,3мм із п'єзокераміки ЦТС-19, які попарно з'єднані за допомогою сплаву Розе, інерційної маси, яка виконана у вигляді циліндра з діаметром 10 і висотою 6мм, та закріплена між біморфних елементів з боку металевих мембран також за допомогою сплаву Розе Електроди підключалися до підсилювача марки 2650 фірми "Bruel & Kjer" Акселерометр встановлювався на вібростенд марки 4805 фірми "Bruel & Kjer" і піддався впливові вібрації вздовж псі циліндра з прискоренням, рівним 1д (9,81м/с2), на частоті 100Гц Чутливість уздовж осі для розробленого акселерометра складала 18мВ/м/с2 Поперечна чутливість для розробленого акселерометра - менше ментів, на фіг 3 показані діаграми спрямованості прототипу і акселерометра, що пропонується Акселерометра, що пропонується (фиг 1) містить чутливий елемент у вигляді двох біморфних елементів, що складаються з металевих мембран 1, 2 і п'єзоелементів 3, 4, інерційну масу 5, яка розміщена між біморфними елементами і прикріплена до них з боку металевих пластин, а також корпус в, у якому біморфні елементи закріплюються по твірній П'єзоелементи закріплені на мембранах із боку електродів протилежної полярності П'єзоелементи з'єднані паралельно (фіг 2) Акселерометр працює наступним чином При впливі прискорення, що вимірюється, на запропонований акселерометр аксіально на п'єзоелементах внаслідок їхньої деформації виникають електричні заряди і, ВІДПОВІДНО, електрична напруга, по величині якої можна судити про значення прискорення, що вимірюється При впливі прискорення в поперечному напрямку, заряди, які виникають на п'єзоелементах протилежного знака і компенсуються Таким чином, вдається зменшити поперечну чутливість (крива 2, фіг 3) Для прототипу - крива 1, фіг З Примітка Принцип дії п'єзоелектричних акселерометрів є класикою і докладно описаний у підручниках, наприклад, у кн Электрические измерения неэлектрических величин - Л Энергия, 1975 -С 272-283 Закріплення біморфних елементів по твірній, а також використання двох біморфних елементів, підвищує резонансну частоту всієї системи, тобто 0,1мВ/м/с2 Для прототипу ВІДПОВІДНО 12МВ/М/С 2 І 6,6м В/м/с2 Резонансна частота прототипу - 7,2, акселерометра, що заявляється - 9,6кГц Таким чином, поперечна чутливість акселерометра, що пропонується, значно зменшена До того ж збільшена чутливість вздовж осі і резонансна частота ґ \ + 1 .,-1 1 1 1 L— IJ J ФІГ. 1 Фіг. 2 3Q 330 300 Фіг. З 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