RU2559867C1

RU2559867C1 - Accelerometer

Info

Publication number: RU2559867C1
Application number: RU2014119556/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Зюзин; Игорь Петрович Исаенков; Николай Вячеславович Краснописцев; Виталий Николаевич Некрасов
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-08-20

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: accelerometer includes a preliminary amplifier and the following annular components that are located concentrically: an inertia mass, a housing and the first piezosensitive element with axial polarisation in the form of piezoelectric sectors that do not contact each other, and electrodes contacting the side surfaces of the piezoelectric sectors, with that, the annular housing is made from conductive material with possible contact to the side surfaces of the annular piezoelectric sectors; with that, electrodes are electrically connected in-parallel and connected to the preliminary amplifier. It includes the second and the third preliminary amplifiers, as well as the second annular piezosensitive element installed above the first annular piezosensitive element and made in the form of two pairs of radially polarised sectors provided with electrodes contacting to the side surfaces of the sectors. Both sectors of the pair are installed in the centre symmetrically with opposite polarisation, connected through electrodes in-parallel and to the second and the third preliminary amplifiers.

EFFECT: enlarging scope of application of an accelerometer.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров ускорения в виброметрии, сейсмологии и акустике.The invention relates to the field of measurement technology and can be used to measure acceleration parameters in vibrometry, seismology and acoustics.

Известен трехкомпонентный акселерометр, содержащий корпус, который закреплен на базовом основании и закрыт колпачком. Корпус выполнен из металла в форме трехгранной пирамиды с тремя ортогональными плоскостями, на каждой из которых консольно закреплены по одному пьезоэлектрическому чувствительному элементу. Чувствительные элементы выполнены в виде пьезоэлектрических или биморфных пластин. (Патент №2383025, Кл. G01P 15/09, 2010 г.)Known three-component accelerometer containing a housing that is mounted on a base base and is closed by a cap. The body is made of metal in the form of a trihedral pyramid with three orthogonal planes, on each of which one piezoelectric sensitive element is cantilevered. Sensitive elements are made in the form of piezoelectric or bimorph plates. (Patent No. 2383025, Cl. G01P 15/09, 2010)

Недостатком трехкомпонентного акселерометра является его нечувствительность к высоким частотам из-за консольного закрепления чувствительных элементов.The disadvantage of a three-component accelerometer is its insensitivity to high frequencies due to the cantilever fixing of sensitive elements.

Наиболее близким по конструкции, совпадающим по характеру работы с заявленным, является однокомпонентный акселерометр, принятый за прототип предлагаемого трехкомпонентного акселерометра.The closest in design, matching the nature of the work with the claimed, is a one-component accelerometer, adopted for the prototype of the proposed three-component accelerometer.

Прототип содержит предусилитель и концентрично расположенные кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями кольцевых пьезоэлектрических секторов, причем электроды электрически соединены параллельно и подключены к предусилителю. (Патент №2098831, Кл. G01P 15/09, 1998 г.)The prototype contains a preamplifier and concentrically arranged ring inertial mass, a housing and a first piezosensitive element with axial polarization in the form of piezoelectric sectors that are not in contact with each other, and electrodes in contact with the side surfaces of the piezoelectric sectors, while the ring body is made of electrically conductive material with the possibility of contacting with the lateral surfaces of the annular piezoelectric sectors, the electrodes being electrically connected in parallel and connected us to the preamplifier. (Patent No. 2098831, Cl. G01P 15/09, 1998)

Недостатком прототипа является ограниченность его применения для измерения одной компоненты ускорения.The disadvantage of the prototype is the limitations of its use for measuring one component of the acceleration.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение возможности измерения трех компонент ускорения.The technical result obtained from the implementation of the invention is the ability to measure the three components of acceleration.

Данный технический результат достигается за счет того, что в известный акселерометр, содержащий предусилитель и концентрично расположенные, кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями кольцевых пьезоэлектрических секторов, причем электроды электрически соединены параллельно и подключены к предусилителю, дополнительно введены второй и третий предуселители, а также второй кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над первым кольцевым пьезочувствительным элементом и выполненный в виде двух пар радиально поляризованных секторов, снабженных электродами, контактирующими с боковыми поверхностями секторов, при этом оба сектора пары установлены центрально симметрично с противоположной поляризацией, соединены через электроды параллельно и подключены ко второму и третьему предусилителям.This technical result is achieved due to the fact that in a known accelerometer containing a preamplifier and concentrically arranged, annular inertial mass, a housing and a first piezosensitive element with axial polarization in the form of piezoelectric sectors not in contact with each other, and electrodes in contact with the side surfaces of the piezoelectric sectors, while the annular body is made of electrically conductive material with the ability to contact with the side surfaces of the annular piezoelectric sectors, the electrodes being electrically connected in parallel and connected to the preamplifier, the second and third preamplifiers, as well as the second annular piezosensitive element mounted above the first annular piezosensitive element and made in the form of two pairs of radially polarized sectors equipped with electrodes in contact with the side surfaces, are additionally introduced sectors, while both sectors of the pair are installed centrally symmetrically with opposite polarization, connected through the electrodes of the parallel separately and connected to the second and third preamplifiers.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 - представлена конструктивная схема акселерометра; на фиг. 2 - его электронная схема.In FIG. 1 - presents a structural diagram of an accelerometer; in FIG. 2 - its electronic circuit.

Акселерометр, содержит концентрично расположенные кольцевые инерционную массу 1, корпус 2 и пьезочувствительный элемент 3 с осевой поляризацией в виде пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом (на фиг. 1 - один сектор).The accelerometer contains a concentrically arranged annular inertial mass 1, a housing 2 and a piezosensitive element 3 with axial polarization in the form of piezoelectric sectors that are not in contact with each other (in Fig. 1 - one sector).

Имеется также кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над пьезочувствительным элементом 3 и выполненный в виде двух пар радиально поляризованных секторов 4₁ 4₂ и 5₁ 5₂. Оба сектора 4₁ 4₂ и 5₁ 5₂ пары установлены центрально-симметрично с противоположной поляризацией.There is also an annular piezosensitive element mounted above the piezosensitive element 3 and made in the form of two pairs of radially polarized sectors 4 ₁ 4 ₂ and 5 ₁ 5 ₂ . Both sectors 4 ₁ 4 ₂ and 5 ₁ 5 ₂ pairs are installed centrally symmetrically with opposite polarization.

Акселерометр включает в себя электроды 6, 7, контактирующие с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов 3, 4, 5. Причем электроды электрически соединены параллельно и подключены к трем предусилителям 8, 9, 10 по количеству измеряемых компонентов х, у, z ускорения (фиг. 2).The accelerometer includes electrodes 6, 7 in contact with the side surfaces of the piezoelectric sectors 3, 4, 5. Moreover, the electrodes are electrically connected in parallel and connected to three preamplifiers 8, 9, 10 by the number of measured components x, y, z acceleration (Fig. 2 )

Конкретное выполнение электродов 6, 7 в акселерометре является ноу-хау заявителя.The specific implementation of the electrodes 6, 7 in the accelerometer is the know-how of the applicant.

Кольцевой корпус 2 выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями кольцевых пьезоэлектрических секторов 3, 4, 5.The annular body 2 is made of an electrically conductive material with the possibility of contacting with the side surfaces of the annular piezoelectric sectors 3, 4, 5.

Акселерометр работает следующим образом.The accelerometer works as follows.

Закрепляют корпус акселерометра на исследуемом изделии (элементы крепления акселерометра не приведены).The accelerometer case is fixed on the test product (accelerometer mounting elements are not shown).

При колебаниях корпуса 2 в среде вдоль осей x, y, z на пьезоэлементы 3, 4, 5 действует сила инерции, деформирующая пьезоэлементы. На выходах пьезоэлементов появляются напряжения U_x, U_y, U_z, пропорциональные измеряемым компонентам вектора ускорения.With vibrations of the housing 2 in the medium along the x, y, z axes, the inertia force acting on the piezoelectric elements acts on the piezoelectric elements 3, 4, 5. At the outputs of the piezoelectric elements appear voltage U _x , U _y , U _z proportional to the measured components of the acceleration vector.

Таким образом, область применения акселерометра, работающего на деформации сдвига, расширена на случай измерения параметров вектора ускорения. Этим достигается поставленный технический результат.Thus, the scope of the accelerometer operating on shear strain is expanded to the case of measuring the parameters of the acceleration vector. This achieves the set technical result.

Claims

An accelerometer containing a preamplifier and concentrically arranged, annular inertial mass, a housing and a first piezosensitive element with axial polarization in the form of piezoelectric sectors that are not in contact with each other, and electrodes in contact with the side surfaces of the piezoelectric sectors, while the ring body is made of an electrically conductive material with the ability to contact with the side surfaces of the annular piezoelectric sectors, and the electrodes are electrically connected in parallel and connected to the preamplifier, characterized in that the second and third preamplifiers are inserted into it, as well as a second annular piezosensitive element mounted above the first annular piezosensitive element and made in the form of two pairs of radially polarized sectors, equipped with electrodes in contact with the side surfaces of the sectors, both sectors of the pair are mounted centrally symmetrically with opposite polarization, connected in parallel through the electrodes and connected to the second and third preamplifiers.