Акселерометр пьезоэлектрического типа

Скачать

Приборы, служащие для измерения ускорений - акселерометры. Выбор пьезоэлектрического материала. Форма инерционной массы, ее влияние на характеристики датчика. Описание конструкции акселерометра. Выбор электрической схемы. Выходное напряжение усилителя.

Размер: 43,8 K
Тип: курсовая работа
Категория: Коммуникации и связь
Скачать

Другие файлы:

Особенности пьезоэлектрического эффекта
Характеристика пьезоэлектрического эффекта. Изучение кристаллической структуры эффекта: модельное рассмотрение, деформации кристаллов. Физический меха...

Расчет параметров пьезоэлектрического преобразователя
Определение напряжения холостого хода пьезоэлектрического преобразователя. Расчет напряжения холостого хода пьезоэлектрического преобразователя для де...

Преобразователь нового типа Yokogawa EJA430А и основные компоненты датчика
Применение устройств для измерения давления, основанных на принципе пьезоэлектрического преобразования. Принцип получения сигнала. Характеристика устр...

Скважинные гравиметрические наблюдения
Понятие и значение скважинных гравиметрических наблюдений. Акселерометр как прибор, измеряющий проекцию кажущегося ускорения. Принцип работы и области...

Модернизация магнитоэлектрического милливольтметра
Порядок расчета основных характеристик милливольтметра, изменение его компоновки и взаимодействия функционально и конструктивно необходимых элементов....


Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

По естественной входной величине прибора методы измерения параметров движения могут быть разбиты на две группы.

К первой группе относятся методы, основанные на осуществлении непосредственного контакта между движущимся объектом и системой, принятой за неподвижную. Приборы, основанные на этом методе, называются контактными. К этой группе относятся все устройства, предназначенные для измерения параметров относительного движения.

Ко второй группе относятся методы, не требующие осуществления непосредственного контакта с неподвижной системой отсчета. Приборы, реализующие этот метод, называются инерционными. Естественной входной величиной таких приборов может быть только сила инерции, воспринимаемая корпусом датчика, с которым связана собственная (подвижная) система отсчета.

Это свойство приборов для измерения параметров движения, т.е. способность реагировать или на взаимное перемещение, или на силу инерции, нашло свое отражение в их структуре. Так как основные параметры механического движения - перемещение, скорость и ускорение - связаны между собой простейшими дифференциальными зависимостями, то обычно прибор для измерения какого-либо параметра имеет предварительный преобразователь, реагирующий на другой параметр, легче поддающийся измерению, а искомая величина получается путем применения операционных звеньев в цепи дальнейшего преобразования (в датчике, измерительной цепи или указателе).

Выбор структурной схемы и элементов прибора для измерении параметров механического движения определяется не столько самим параметром, сколько диапазоном его изменения, как по амплитуде, так и по частоте. Величины параметров механического движения, с которыми приходится сталкиваться в науке и технике, можно примерно разбить на несколько диапазонов. Так, при измерении ускорений приходится иметь дело с весьма большими (1000-200 000 м/с2), средними (1-200 м/с2), малыми (ниже 1 м/с2) и весьма малыми (до 10-5 м/с2) значениями измеряемого параметра.

В курсовом проекте в качестве первичного преобразователя акселерометра применяется пьезоэлектрический преобразователь. Выбор пьезоэлектрического преобразователя обусловлен его доступностью, невысокой стоимостью, наличием у пьезоэлектрика хороших механических свойств. Акселерометры пьезоэлектрического типа компактны, конструктивно просты, имеют малые габариты, надежны в работе, пригодны для измерения быстроменяющихся величин. К недостаткам относятся необходимость обеспечения полной герметичности прибора, кабельный эффект, возможность отрыва инерционной массы при измерении больших импульсных ускорений знакопеременного характера при работе прибора на растяжение, малая выходная мощность пьезоэлектрического преобразователя.

Патентный обзор

В процессе разработки курсового проекта был произведен патентный поиск. В результате проделанной работы найдено несколько патентов за последние 10 лет.

1821649 - Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий монтажное основание, чувствительный изгибный элемент и электрические выводы для подключения акселерометра. Отличающийся тем, что на монтажном основании сьемно закреплены герметичный полый защитный корпус и поперечно плоскости основания через диэлектрическую теплозащитную втулку осевая опора под чувствительный изгибный элемент, который введен, но внутреннюю полость корпуса и выполнен в виде нижней токосъемной панели и верхней одной или нескольких пар полиморфных пьсзоэлемснтов, насаженных на опоре в ее поперечной плоскости с верхним поджимным ограничителем положения пар, при этом каждая насаженная на опору пара полиморфных пьелоэлементов выполнена в виде дисков и установленной между ними клеммы, включающей концентрично установленные на опоре втулки, одну - внутреннюю диэлектрическую, и вторую - наружную, электросоединительную распорную, причем токосъемная панель электрически связана с клеммой каждой пары полиморфных пьезоэлементов и с выводами акселерометра, установленными в защитном экране, дополнительно закрепленном на основании.

2104558 -1. Универсальный вибродатчик линейного и углового ускорения правильных компонентов вибрации, содержащих кожух и размещенные в нем пьезоэлектрические элементы, отличающийся тем, что пьезоэлектрические элементы выполнены в виде пары одинаковых электрически последовательно соединенных продольно поляризованных пьезоэлектрических пластин с электродами имеющие контакты, расположенных симметрично по обе стороны оси чувствительности и линейных ускорению между опорой, переходящим в основание, и инерционным элементом или его частями, а контактные выводы из кожуха для коммутации последовательности соединения пакетов между собой.

2. Виброметр по П.1 отличающийся тем, что введен электронный переключатель коммутации последовательного соединения пакетов между собой.

3. Виброметр по П.1 отличается тем, что в кожухе дополнительно размешен инерционные элементы, опоры переходящие в основание и расположенные между соответствующей опорой и инерционными элементом или его частями симметричные по обе стороны соответствующей оси чувствительности к линейному ускорению пары одинаковых электрически последовательно соединенных пакетов продольно поляризованных пластин с электродами, имеющие контакты, выведенные их кожуха, а также введены электронные переключатели для коммутации последовательно соединенных пакетов между собой, при этом ось чувствительности каждой пары контактов пьезоэлектрических пластин перпендикулярна осям чувствительности каждой пары пакетов пьезоэлектрических пластин перпендикулярных осям чувствительности остальных пар, а электронные переключатели обобщены или синхронизированы.

4. Виброметр по П.1 отличается тем, что пакеты пьезоэлектрических пластин соединены между собой стационарно.

3124346 - Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий основание с устройством крепления на объекте, осевой резьбовой стержень, кольцевые пьезоэлементы, расположенные на стержне, упругий элемент, инерционную массу, металлический экран и антивибрационный кабель, соединенный электрически с основанием и пьезоэлементами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы в диапазоне ударных ускорений 103 - 2 * 105 м/с2, инерционная масса с упругим элементом выполнена в виде плоской гайки, осуществляющей поджатие кольцевых пьезоэлементов к основанию, а кольцевые пьезоэлементы и гайка покрыты слоем компаунда, поверх которого нанесено токопроводящее покрытие, имеющее электрический контакт с основанием и дополнительно с гайкой.

2. Акселерометр по П.1, отличающийся тем, что сквозное горизонтальное отверстие для кабеля в основании выполнено двухступенчатым с радиальным скруглением наружного края отверстия большего диаметра, в отверстие большего диаметра встроена часть кабеля с наружной изоляционной оболочкой, предварительно покрытой компаундом, а в отверстие меньшего диаметра встроена часть кабеля только с экранирующей оплеткой, причем экранирующая оплетка имеет электрический контакт с основанием по поверхности отверстия меньшего диаметра.

3. Акселерометр по П.1,отличающиися тем, что, с целью уменьшения поперечной чувствительности, кольцевые пьезоэлементы выполнены из монокристалла кварца Х-среза с взаимно перпендикулярной ориентацией их оптических осей.

4327774 - Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий чувствительный элемент, упруго поджатый к основанию стержнем, один конец которого расположен в основании и кабель в металлической оболочке,, закрепленный в основании и соединенный с чувствительным эле« ментом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет улучшения вибропрочности и технологичности, конец стержня, размещенный в основании, выполнен утолщенным, его диаметр равен 2-3 диаметрам основной части стержня, причем утолщенный конец стержня соединен с основанием сваркой, в основании и.утолщенном конце стержня выполнено сквозное отверстие, в котором размещен кабель в металлической оболочке, кабель со стороны ввода в отверстие закреплен .во введенной втулке, имеющей длину 0,3-0,4 длины кабеля в сквозном отверстии, размещенной в основании и соединенной с ним сваркой, причем втулка имеет на торце упор, который размещен в проточке, выполненной в.основании, а в месте ввода кабеля в основание размещен введенный кожух, соединенный с основанием и имеющий выступ, внутренняя поверхность которого, выполнена в виде части сферы.

3338034 - Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий пьезоэлемент, инерционную массу, разъёмный соединительный узел, размещенный в основании, и шпильку крепления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности при измерении импульсных ускорений, неподвижная часть разъемного соединительного узла выполнена в виде размещенного в осевом отверстии основания стержня со сферической головкой, на которой выполнена фаска, изолированного от основания и соединенного через инерционную массу с электродом пьезоэлемента, а разъемная часть соединительного узла выполнена с выемкой, в которой размещена торцовая часть шпильки крепления.

.Литературный обзор

Приборы, служащие для измерения ускорений, называются акселерометрами. Эти приборы применяются при исследовании движений или вибраций частей машин, в авиации, на транспорте и т.д.

Акселерометры могут быть в зависимости от вида движения линейные или угловые; по конструкции - механические, электромеханические, оптические и другие; по назначению - измеряющие ускорения как функцию времени или пути и максимальные, измеряющие только максимальное значение ускорения.

При измерении больших ускорений обычно используются механические акселерометры; при повыше...