П’єзоелектричний перетворювач прискорень

Изобретение относится к п ь е э о - • электрическим акселерометрам для измерения виброускорений. Целью изоб ретения я в л я е т с я повышение чувствительности устройства. Эта цель достиг а е т с я введением дополнительного акселерометра, содержащего пьезозлемент 5 и инерционную массу 6 и установлен-1ного на инерционном теле 3 . При в о з действии виброускорения э л е к т р и ч е с кие заряды возникают на пьеэоэлемент а х 2 и 5 пьезопреобразователя и дополнительного акселерометра. Сигнал с этих пьезоэлементов поступает через усилители 7 , 1 3 и динамический корректор 17 на пьезоэлемент 4 преобразователя ускорения, 1 и л . 1 451602 Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к пьезоэлектрическим акселерометрам для измерения вибрационных ускорений. Цель изобретения - повышение чувствительности устройства. На чертеже представлена блок-схема пьезоэлектрического преобразователя ускорений. 10 Пьезоэлектрический преобразователь ускорения содержит корпус 1, на к о тором размещен первый пьезоэлемент 2 , выполненный в виде двух шайб, с о е диненных электрически параллельно 15 и механически последовательно. Направление поляризации совпадает с осью первичного преобразователя, а на плоских торцах шайб нанесены проводящие обкладки» Одна пара одноимен20 ных обладок шайб соединена с электродом, а другая пара - с инерционным телом 3 и корпусом 1. Второй пьезоэлемент 4 выполнен в виде кольца, высота которого точно равна высоте па- 25 к е т а из двух шайб и электрода первого пьезоэлемента 2, что обеспечивае т с я совместным шлифованием при и з готовлении. Направление поляризации радиальное, обкладки выполнены на 30 наружной и внутренней поверхности кольца. Наружная обкладка электрически соединена с корпусом 1 а На инерционном теле 3 установлены дополнительный акселерометр, содержащий пьеэоэлемент 5 , выполненный аналогично пье* 35 зоэлементу 2 , и жестко связанную с ним инерционную массу 6, Элементы 1, 3 и 6 электрически соединены между собой. Первый пьезоэлемент 2 через электрод соединен со входом согласу- 40 ющего усилителя 7, выход которого соединен с первым контактом 8 переключателя на два положения 9, входом инвертирующего усилителя 10 и входом 45 электрического дифференциатора 11• Выход инвертирующего усилителя 10 связан со вторым контактом 12 переключателя , Дополнительный пьезоэлемент 5 через электрод соединен со входом согласующего усилителя 13, вы- 50 ход которого соединен со входом масштабного усилителя 14, Выход масштабного усилителя 14, перекидной контакт 15 переключателя, а также выход элект рического дифференциатора 11 соедине- 55 ны со входами сумматора 16, причем выход сумматора 16 соединен посредством электрода с внутренней обкладкой второго пьезоэлемента 4 . Масштабный усилитель 14» переключатель 9, инвертирующий усилитель 10, электрический дифференциатор 11 и сумматор 16 обраэуют динамический корректор 17, Пьезоэлектрический преобразователь ускорения работает следующим образом. При воздействии измеряемого у с к о рения инерционное тело 3 давит на . первый пьезоэлемент 2, В результате на электродах первого пьеэоэлемента 2 возникают заряды, создающие э л е к т рическое напряжение сигнала ускорения на входе согласующего усилителя 7. С выхода согласующего усилителя 7 сигнал поступает на вход электрического дифференциатора 11 и далее на вход сумматора 16. Если перекидной контакт 15 переключателя соединен с первым контактом 8 переключателя, то сигнал поступает также на вход сумматора 16. При воздействии измеряемого ускорения инерционная масса 6 также давит на пьезоэлемент 5i При этом, на* электродах пьезоэлемента 5 возникают заряды, создающие э л е к т р и ческое напряжение сигнала ускорения движения инерционной массы 6. Сигнал с электродов пьезоэлемента 5 поступает последовательно на согласующий усилитель 13, и далее на масштабный усилитель J4 с регулируемым коэффициентом усиления. Сигнал с выхода масштабного усилителя 14 поступает на вход сумматора 16. Сумматор 16 производит суммирование сигналов, так что его выходной сигнал равен алгебраической сумме входных сигнал о в . Сигнал с выхода сумматора 16 в виде электрического напряжения поступает на обкладки второго пьезоэлемента А. Под действием электрического поля.возникающего во втором пьезоэлеменге 4, возникает в результате усилие,отталкивающее инерционное тело 3 от корпуса 1 и частично уравновешивающее инерционное усилие, вызванное внешним ускорением, В результате первый пьезоэлемент 2 разгружается. Такое взаимодействие эквивалентно увеличению жесткости механической системы первичного преобразователя. Наличие в составе напряжения, поступающего от сумматора 16, компоненты, пропорциональной производной сигнала, поступающего с электрического дифференциатора 11 приводит к эквивалентному J 1A< увеличению коэффициента демпфирователя приводит к расширению частотнония системы. При этом,напряжение на го диапазона в области высоких часвтором пьеэоэлементе 4 будет тем тот, и к снижению чувствительности больше, чем выше частота измерительпреобразователя. Уменьшение жесткости ного ускорения. Наличие в составе механический системы преобразователя напряжения, поступающего от сумматоприводит к сдвигу частотного диапазора 16, компонентны, пропорциональной на в область низких частот, и к посигналу, поступающему с масшат,бного вышению чувствительности преобразоваусилителя 14 приводит к эквивалентЮ теля. Увеличение коэффициента демпфиному увеличению массы инерционного рования снижает колебательность мехатела 3, Если перекидной контакт 15 нической системы преобразователя и переключателя соединен со вторым консглаживает области резонанса на амптактом 12 переключателя, то сигнал с литудно-частотной характеристике. выхода согласующего усилителя 7 пос- 15 Увеличениел-инерционной массы приводит тупает на вход сумматора 16, пройдя к повышению чувствительности преобрапредварительно через инвертирующий зователя и сдвигу частотного диапаусилитель 10, который осуществляет зона в область низких частот, изменение фазы сигнала на !80 , При ' этом, на выходе сумматора 16 создает- 2 о ф ° Р м У л а и з о б р е т е н и я ся напряжение такой полярности t при которой деформация второго пьезоэлеПьезоэлектрический преобразовамента 4 увеличивает давление на пертель ускорений по авт, ев, № 794539, вый пьезоэлемент 2» Такое взаимоо т л и ч а ю щ и й с я тем, что, действие эквивалентно уменьшению 25 с целью повышения чувствительности, жесткости механической системы перв него введены дополнительный акселевичного преобразователя. Действие рометр, содержащий пьезоэлемент и электрического дифференциатора 11, инерционную массу и установленный как и в первом случае приводит к на инерционном теле, а также послеувеличению коэффициента демпфирова30 довательно подключенные к выходу дония системы, а действие масштабного полнительного акселерометра согласуюусилителя 14 приводит к эффекту экщий н масштабный усилители, причем вивалентного увеличения массы инервыход масштабного усилителя связан ционного тела 3, Увеличение жесткосс дополнительным суммирующим входом ти механической системы преобразовадинамического корректора. Редактор И.Сегляник Составитель К.Лукомский Техред А.Кравчук Корректор С.Шекмар , Заказ^ 7073/42 Тираж 788 Подписное В И П Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР НИИ 113035, Москва, Ж-35, Раушская н а б . , д . 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г . Ужгород, ул. Проектная, 4