П’єзоелектричний акселерометр

П'єзоелектричний акселерометр, що містить монолітний чутливий елемент із п'єзокерамічного матеріалу з аморфними і поляризованими зонами, а також електродами, що нанесені на поверхню поляризованих зон чутливого елемента, який відрізняється тим, що чутливий елемент виконаний у вигляді порожнистого п'єзокерамічного циліндра з ЗОВНІШНІМ виступом у вигляді циліндричної труби, чутливий елемент встановлений на основі з циліндричним виступом, причому електроди нанесені на циліндричні поверхні циліндричної труби 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 В 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 значна 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 Крім того, при розміщенні електродів на циліндричних поверхнях чутливого елемента вдається збільшити чутливість акселерометра в робочому напрямку 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 полого п'єзокерамічного циліндра з ЗОВНІШНІМ виступом у вигляді циліндричної труби, чутливий елемент встановлений на ос 00 (О 46298 нові з циліндричним виступом, причому електроди нанесені на циліндричні поверхні циліндричної труби Кожна з вказаних ВІДМІННИХ ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного результату Технічним результатом винаходу є спрощення конструкції і зменшення поперечної чутливості акселерометра Експериментальне встановлено (див приведений нижче приклад реалізації винаходу), що саме така форма реалізації чутливого елемента, а також розміщення 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 з виступом у вигляді циліндричної труби 2, виконаний із п'єзокерамічного матеріалу, який містить аморфну З і поляризовану 4 зони, а також електродами 5, б, що нанесені на циліндричні поверхні циліндричної труби 2 Чутливий елемент встановлений на основі 7 із циліндричним виступом 8 Акселерометр працює наступним чином Під ДІЄЮ прискорення, яке вимірюється, вздовж ВІСІ чутливого елемента 1 зовнішня область поляризованої зони 4 прагне зміститися відносно внутрішньої, утворюючи при цьому на межі між ними механічні напруги Це призводить до появи на електродах 5, 6 поляризованих зон 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) внутрішня і зовнішня області циліндричної труби 2, при взаємодії з циліндричним виступом 8 основи 7, утворюють елек ФІГ. тричні 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 5, 6 на циліндричних поверхнях циліндричної труби 1 вісьова (робоча) чутливість акселерометра залежить від ширини циліндричної труби і збільшується порівняно з прототипом (див Кудряшов Э А и др Поперечные пьезоэлементы для датчиков силы и давления Приборы и системы управления, 1989, № 9, стр 9 См также аналог 2 - акселерометр "Bruel & Kjer") Приклад конкретного застосування Був виготовлений акселерометр із циліндричним п'єзоелементом із ЗОВНІШНІМ діаметром 10, внутрішнім -5, висотаю 15, з ЗОВНІШНІМ діаметром виступу 20мм із п'єзокераміки ЦТС-19 Електроди були нанесені на циліндричні поверхні циліндричної труби Електроди підключалися 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 Ід (9,81м/с2), на частоті 100Гц Чутливість уздовж ВІСІ для розробленого акселерометра складала 82мВ/м/с2 Поперечна чутливість для розробленого акселерометра - менше 3,8мВ/м/с2 Для прототипу ВІДПОВІДНО 2бмВ/м/с2 і 18м В/м/с2 Таким чином, поперечна чутливість акселерометра, що пропонується, зменшена, а його конструкція спрощена До того" ж збільшена робоча чутливість акселерометра, що пропонується 46298 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