SU1250956A1 - Sensing element of piezoelectric accelerometer - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерител м параметров движени , в частности к датчикам вибрационных и ударных ускорений. Целью изобретени   вл етс  повьшение динамической точности измерени  виброускорений. Устройство содержит упругий диск 1 с центральным 2 и периферийными 3 выступами, над которыми размещены пластина 4 упругого подкреплени  с пьезоэлектрическим преобразователем 5. При наличии виброускорени  на упругий диск 1 действуют со стороны частей 6 и 7 инерционного элемента знакопеременные силы, вызывающие изменение изгиба пластины 4 упругого подкреплени  пьезоэлектрического преобразовател  5, на электродах которого возникают зар ды, соответствующие величине и знаку измер емого ускорени . При деформации демпфирующего элемента возникают силы, уменьшающие резонансный пик и динамические погрешности устройства. Приведены соотношени , св зывающие разность высот центрального и периферийных выступов упругого диска и размеры пьезоэлектрического преоб- разовател , 2 ил. S (Л Б Б to сд о со ел ОдThe invention relates to measuring motion parameters, in particular, vibration and shock acceleration sensors. The aim of the invention is to increase the dynamic accuracy of the vibration acceleration measurements. The device contains an elastic disk 1 with a central 2 and peripheral 3 protrusions, over which an elastic reinforcement plate 4 with a piezoelectric transducer 5 is placed. In the presence of vibration acceleration on the elastic disk 1, alternating forces act on the side of the inertial element from the parts 6 and 7 causing a change in the bending of the elastic plate 4 the reinforcement of the piezoelectric converter 5, on the electrodes of which there are charges corresponding to the magnitude and sign of the measured acceleration. During deformation of the damping element, forces appear that reduce the resonance peak and dynamic errors of the device. Relations between the heights of the central and peripheral protrusions of the elastic disk and the size of the piezoelectric transducer, 2 Il, are given. S (L B B to sd o soe aul

Description

Изобретение относитс  к измерению параметров движени , в частности к датчикам вибрационных и ударных ускорений.The invention relates to the measurement of motion parameters, in particular to sensors of vibration and shock accelerations.

Целью изобретени   вл етс  повы- шенне динамической точности измерени  ускорени .The aim of the invention is to improve the dynamic accuracy of the acceleration measurement.

На фиг. 1 и 2 представлена упрощенна  конструктивна  схема чувствительного элемента пьезоэлектричес- кого акселерометра.FIG. 1 and 2 a simplified structural diagram of the sensitive element of a piezoelectric accelerometer is shown.

Устройство содержит упругий диск 1 с центральным 2 и периферийными 3 выступами, пластину упругого подкреплени  4, пьезоэлектрический преоб- разователь 5, закрепленный на пластине 4, например, с помощью кле , и расположенные по периметру дискаThe device contains an elastic disk 1 with a central 2 and peripheral 3 protrusions, a plate of elastic reinforcement 4, a piezoelectric transducer 5 mounted on the plate 4, for example, using glue, and located along the perimeter of the disk

Iчасти инерционного элемента,Part of the inertial element

кажда  из которых состоит дл  удоб- ства сборки из двух частей 6 и 7, соединенных между собой, например, винтом 8. Части инерционного элемента помещены в материал демпфирующего элемента 9. В корпусе пьезоэлект- рического акселерометра чувствительный элемент устанавливаетс  на ножке 0, к которой прит гиваетс  винтомeach of which consists, for convenience of assembly, of two parts 6 and 7 interconnected by, for example, a screw 8. Parts of the inertial element are placed in the material of the damping element 9. In the case of the piezoelectric accelerometer, the sensitive element is mounted on the leg 0, to which screwed in

IIчерез изол ционную шайбу 12.II through insulating washer 12.

С целью достижени  максимально- пшрокого диапазона измер емых ускорений разность высот центрального и периферийных выступов упругого диска и размеры НЭП и пластины упругого подкреплени  св заны соотношени ми: In order to achieve the maximum range of measured accelerations, the difference in heights between the central and peripheral protrusions of the elastic disk and the dimensions of the FBE and the elastic reinforcement plate are related by:

..

Е.,а-Ь„,, .E., a-b „,,.

Ьд.А Л Ei.all-nji Ь„,з Ь.дО-ЯУ B.a l ei.all-nji bn, c h.do-yau

м,, Ч..m ,, w ..

4545

де ,06-0,12 - расчетный коэффициент;de, 06-0.12 - the estimated coefficient;

С„ - радиус пьезоэлектрического преобразовател  и пластины упругого подкреплени ; Cn is the radius of the piezoelectric transducer and the elastic reinforcement plate;

- толщины пьезоэлектрического преобразовател  и пластины упругого подкреплени  i- thickness of piezoelectric transducer and elastic reinforcement plate i

п..э n.,- модули Юнга и коэффициенты Пуассона материалов пьезо- электрического преобразовател  и пластины упругого под50p.e n., are Young's moduli and Poisson’s ratios of materials of a piezoelectric transducer and an elastic sub50 plate

креплени  соответственно;mounting accordingly;

0 0

5 five

0 5 0 5

О ABOUT

00

5five

6|, - предел механической прочности материала пьезоэлектрического преобразовател  при сжатии .6 |, is the limit of the mechanical strength of the material of the piezoelectric transducer under compression.

Такое конструктивное решение обеспечивает равномерный осесимметричный изгиб пьезоэлемента и, как следствие, значительный запас его динамической прочности.Such a constructive solution provides a uniform axisymmetric bending of the piezoelectric element and, as a result, a significant margin of its dynamic strength.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

При наличии измер емого виброускорени  вдоль оси симметрии чувствительного элемента возникают колебани  инерционного элемента относительно корпуса акселерометра. При этом на упругий диск 1 со стороны частей 6 и 7 инерционного элемента действуют знакопеременные сипы, вызывающие осесимметричный изгиб диска 1 и через выступы 3 изменение изгиба пластины упругого подкреплени  4 пьезоэлектрического преобразовател  5 относительно их предварительного состо ни . На электродах пьезоэлектрического преобразовател  возникают зар ды, соответствующие величине и знаку измер емого ускорени . Материал демпфирующего элемента 9 при колебани х инерционного элемента деформируетс  его част ми 6 и 7 и создает противодействующие силы, пропорциональные скорости перемещени  инерционного элемента и уменьшающие резонансный пик и динамические погрешности акселерометра в целом .If there is a measured vibration acceleration along the axis of symmetry of the sensing element, oscillations of the inertial element relative to the accelerometer case occur. At the same time, alternating vultures act on the elastic disk 1 from the side of the parts 6 and 7 of the inertial element, causing axisymmetric bending of the disk 1 and changing the bending of the elastic reinforcement plate 4 of the piezoelectric transducer 5 through their protrusions through the protrusions 3. Charges appear on the electrodes of the piezoelectric transducer corresponding to the magnitude and sign of the measured acceleration. The material of the damping element 9 with oscillations of the inertial element is deformed by its parts 6 and 7 and creates opposing forces proportional to the speed of movement of the inertial element and reducing the resonant peak and the dynamic errors of the accelerometer as a whole.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Чувствйтельньй элемент пьезоэлектрического акселерометра, содержащий инерционный элемент, упругий диск с равномерно распределенными по его периферии равновысокими выступами , пластину упругого подкреплени  с закрепленным на ней пьезоэлектрическим преобразователем и демпфирующий элемент, отличающийс  тем, что, с.целью по- вьшени  динамической точности измерени  виброускорений, пластина упругого подкреплени  расположена между пьезоэлектрическим преобразователем и периферийными выступами, а упру .гий диск снабжен центральным цилиндрическим выступом, высота которого меньше разновысоких периферийных выступов на величину iVi , выбираемую из соотношенийA sensory element of a piezoelectric accelerometer, containing an inertial element, an elastic disk with uniformly high protrusions uniformly distributed along its periphery, an elastic reinforcement plate with a piezoelectric transducer fixed on it, and a damping element, different in that it is vibrated to measure the vibration accuracy of vibration. an elastic reinforcement is located between the piezoelectric transducer and the peripheral protrusions, and the elastic disk is provided with a central ring ndricheskim protrusion whose height is less uneven peripheral protrusions by an amount iVi, selected from ratios of ь J.lL 1L -Ar uLill: Ji)J.lL 1L -Ar uLill: Ji) Ё;;Ь; ъ -IE;/T -)  Ё ;; b; B -IE; / T -) где ,06-0,12 - расчетньш коэффициент ;where, 06-0,12 - the calculation coefficient; - радиус пьезоэлектрического преобразовател  и пластины упругого подкреплени J - толщины пьезоэлектрического преобразовател  и пластины упругого подкреплени , - radius of the piezoelectric transducer and the elastic reinforcement plate J - thickness of the piezoelectric transducer and the elastic reinforcement plate, .} и .} and .., .л.., .l 6. модули Юнга и коэффициенты Пуассона материалов пьезоэлектрического преобразовател  и пластины упругого подкреплени ; предел механической прочности ма10териала пьезоэлектрического преобразовател  при сжатии ,6. Young's moduli and Poisson’s ratios of piezoelectric transducer materials and elastic reinforcement plates; limit of mechanical strength of a piezoelectric converter material under compression, при этом демпфирующий элемент рас- 5 положен по периферии упругого диска и содер мт внутри себ  равномерно распределенные и установленные по обе части упругого диска части инерционного элемен - 20 та.at the same time, the damping element is located on the periphery of the elastic disk and contains inside itself evenly distributed and installed on both parts of the elastic disk part of the inertial element - 20 mt. Редактор М.КелемешEditor M.Kelemes Составитель К.Лукомский Техред М.ХоданичCompiled by K.Lukomsky Tehred M.Hodanich Заказ 4404/40 Тираж 778ПодписноеOrder 4404/40 Circulation 778 Subscription ВНИИШ Государственного комитета СССРVNIISH State Committee of the USSR по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35 Раушска  наб., д, 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35 Raushsk nab., d, 4/5 Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4 Фиг.гFigg Корректор И.ЭрдейиProof-reader I.Erdeyi