Пьезоэлектрический акселерометр

 

Использование: при измерении параметров механических колебаний. Сущность изобретения: пьезоэлектрический акселерометр содержит корпус, пьезопреобразователь и согласующую схему, расположенные в корпусе, предусилитель, регистратор и источник питания, при этом предусилитель разделен на две части, одна из которых расположена в корпусе акселерометра и содержит каскад усиления, а другая часть предусилителя расположена вне корпуса и содержит согласующий резистор 7 и разделительный конденсатор 8, схема согласования выполнена в виде биполярного транзистора, а каскад усиления содержит три резистора и полевой транзистор 4, затвор которого соединен с первыми выводами резисторов 2 и 3, вторые выводы которых соединены с пьезопреобразователем 1, исток полевого транзистора 4 соединен с первым выводом резистора 5 и с коллектором биполярного транзистора 6, второй вывод резистора 5 соединен со вторым резистором 3, пьезопреобразователем 1 и через двухпроводную линию связи с общим выводом источника питания и регистратора, сток полевого транзистора 4 соединен с базой биполярного транзистора 6, эмиттер которого через двухпроводную линию связи соединен с первым выводом согласующего резистора 7 и первым выводом разделительного конденсатора 8, второй вывод которого подключен к регистратору, второй вывод согласующего резистора 7 подключен к источнику питания. 1 ил.

Изобретение касается измерения параметров механических колебаний.

Известно устройство для контроля формы ударного импульса [1] содержащее последовательно соединенные пьезопреобразователь, предусилитель, фильтр, усилитель, блок регистрации с индикатором, блок питания, а также дополнительный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, двухуровневую схему сравнения и схему сигнализации.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции.

Наиболее близким техническим решением является датчик вибрации со встроенным усилителем [2] содержащий корпус, пьезоопребразователь и согласующую схему, расположенные в корпусе, предусилитель, регистратор, источник питания.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, низкая температурная стабильность и точность измерений.

Все недостатки обусловлены тем, что предусилитель и схема согласования являются независимыми частями, что не позволяет улучшить работоспособность акселерометра путем изменения параметров элементов схемы согласования.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, уменьшение габаритных размеров, повышение температурной стабильности и точности измерений.

Указанный результат достигается тем, что пьезоэлектрический акселерометр содержит корпус, пьезопреобразователь и согласующую схему, расположенные в корпусе, предусилитель регистратор и источник питания, при этом предусилитель выполнен в виде двух частей, одна из которых размещена в корпусе и включает каскад усиления, а другая часть расположена вне корпуса и содержит согласующий резистор и разделительный конденсатор, при этом схема согласования выполнена в виде биполярного транзистора, а каскад усиления содержит три резистора и полевой транзистор, затвор которого соединен с первыми выводами двух резисторов, вторые выводы которых соединены с пьезопреобразователем, исток полевого транзистора соединен с первым выводом третьего резистора и с коллектором биполярного транзистора, второй вывод третьего резистора соединен с вторым выводом второго резистора и пьезопреобразователем и через двухпроводную линию связи с общим выводом источника питания и регистратота, сток полевого транзистора соединен с базой биполярного транзистора, эмиттер которого через двухпроводную линию связи соединен с первым выводом согласующего резистора и первым выводом разделительного конденсатора, второй вывод которого подключен к регистратору, второй вывод согласующего резистора подключен к источнику питания.

Повышение температурной стабильности достигается тем, что наличие согласующего резистора, расположенного во второй части предусилителя, который определяет режим работы и коэффициент усиления предусилителя, позволяет располагать этот резистор в нормальных условиях, при этом сам акселерометр может находиться в диапазоне температур от -40 до +125^oC, что приводит к повышению температурной стабильности пьезоакселерометра в целом.

Повышение точности измерения ускорения достигается за счет нормализации чувствительности, то есть приведения ее к определенному числу. Нормализованная чувствительность достигается тем, что согласующий резистор второй части схемы, определяющий коэффициент усиления предусилителя, подстраивается до необходимого номинала.

На чертеже изображен пьезоэлектрический акселерометр.

Пьезоэлектрический акселерометр содержит пьезопреобразователь 1, соединенный с первым выводом токоограничивающего резистора 2 и первым выводом потенциалозадающего резистора 3. Второй вывод резистора 2 соединен с вторым выводом резистора 3 и затвором полевого транзистора 4. Исток транзистора 4 соединен первым выводом резистора 5 и коллектором транзистора 6. Сток полевого транзистора 4 соединен с базой транзистора 6. Второй вывод резистора 5 соединен с пьезопреобразователем 1, первым выводом резистора 3 и через линию связи с общим выводом источника питания и регистратора (не показано). Эмиттер транзистора 6 через линию соединен с первым выводом согласующего резистора 7 и первым выводом разделительного конденсатора 8, второй вывод которого подключен к регистратору. Второй вывод резистора 7 подключен к источнику питания.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии на акселерометр виброускорения на пьезопреобразователе 1 возникает заряд, который через резистор 2 поступает на затвор транзистора 4, где он усиливается. Для обеспечения необходимого режима работы транзистора 4 служат резисторы 3 и 5. Резистор 3 определяет входное сопротивление предусилителя и потенциал на затворе транзистора 4, резистор 5 определяет коэффициент усиления. Усиленный сигнал поступает на базу транзистора 6, являющегося эмиттерным повторителем. Далее сигнал, пропорциональный измеряемому ускорению, через линию связи и разделительный конденсатор 8 поступает на регистратор.

Возможно изготовление первой части схемы по гибридной технологии.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический акселерометр, содержащий корпус, пьезопреобразователь и согласующую схему, расположенные в корпусе предусилитель, регистратор и источник питания, отличающийся тем, что предусилитель выполнен в виде двух частей, одна из которых размещена в корпусе и включает каскад усиления, а другая часть вне корпуса и включает согласующий резистор и разделительный конденсатор, при этом схема согласования выполнена в виде биполярного транзистора, а каскад усиления состоит из трех резисторов и полевого транзистора, затвор которого соединен с первыми выводами двух резисторов, вторые выводы которых соединены с пьезопреобразователем, исток полевого транзистора соединен с первым выводом третьего резистора и с коллектором биполярного транзистора, второй вывод третьего резистора соединен с вторым выводом второго резистора, с пьезопреобразователем и через двухпроводную линию связи с общим выводом источника питания и регистратора, сток полевого транзистора соединен с базой биполярного транзистора, эмиттер которого через двухпроводную линию связи соединен с первым выводом согласующего резистора и первым выводом разделительного конденсатора, второй вывод которого подключен к регистратору, а второй вывод согласующего резистора к источнику питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1