Линейный акселерометр

Изобретение относится к измерительной технике. Акселерометр содержит кремниевую подложку, на которую нанесен пьезоэлектрический слой, например, из окиси цинка в виде прямоугольной вытянутой дорожки. С обеих сторон пьезоэлектрической дорожки и в ее середине установлены встречно-штыревые электроды. На центральный электрод подается электрический импульс, который распространяется со скоростью звука от центрального электрода к внешним. Одновременно под действием внешнего линейного ускорения акустическая волна ускоряется или замедляется в зависимости от направления векторов скорости звука и действующего внешнего линейного ускорения. При отсутствии ускорения импульс от центрального электрода к внешним приходит одновременно, при действии ускорения - в разное время. Разность времен прохождения мерных участков акустической волной прямо пропорциональна действующему ускорению. Изобретение обеспечивает повышение точности измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для создания датчиков линейных ускорений.

Известен микромеханический датчик линейных ускорений [1], который содержит чувствительный элемент маятникого типа из монокремния и тензорезисторы на поверхностных акустических волнах (ПАВ), размещенные на упругом подвесе маятника.

Недостатком известного датчика является температурная нестабильность нулевого сигнала и коэффициента крутизны статической характеристики из-за сильной зависимости характеристик преобразователей на ПАВ от температуры.

Наиболее близким к заявляемому изобретению может служить акселерометр на ПАВ, содержащий подложку из монокремния, на которой сформирован пьезоэлектрический слой в виде вытянутой прямоугольной дорожки [2].

Недостатком данного акселерометра на ПАВ является низкая точность и надежность вследствие сложности устройства, в котором необходимо иметь подвижный узел в виде маятника и электронный блок, выявляющий перемещения маятника.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности акселерометра.

Технический результат - повышение точности измерений. Этот технический результат достигается тем, что в акселерометр введены три одинаковых встречно-штыревых электрода, первый и второй из которых размещены по краям пьезоэлектрического слоя, а третий - в его середине, одновибратор, выход которого соединен с третьим встречно-штыревым электродом, первый и второй приемники ультразвукового сигнала и управляющее устройство, входы первого и второго приемников ультразвукового сигнала соединены, соответственно, с первым и вторым встречно-штыревыми электродами, выходы приемников соединены с первым и вторым входами управляющего устройства, а выход управляющего устройства соединен со входом одновибратора.

К существенному отличию заявленного устройства, по сравнению с известным, относится то, что оно реализуется без подвижного узла с исключением упругих подвесов, которые обычно вносят основные погрешности.

Предлагаемый линейный акселерометр иллюстрируется чертежом. Акселерометр содержит подложку 1 из монокремния, одинаковые первый и второй встречно-штыревые электроды 2, 3, третий встречно-штыревой электрод 4, пьезоэлектрический слой 5, первый и второй приемники ультразвукового сигнала 6 и 7, управляющее устройство 8 и одновибратор 9.

На подложке 1 из монокремния нанесен пьезоэлектрический слой 5, например из окиси цинка, в виде прямоугольной вытянутой дорожки. На обоих концах пьезоэлектрической дорожки установлены первый и второй встречно-штыревые электроды 2 и 5. Аналогичный третий встречно-штыревой электрод 4 установлен в средине пьезоэлектрического слоя. Встречно-штыревой электрод 4 соединен с выходом одновибратора 9, а вход одновибратора 9 соединен с выходом управляющего устройства 8. Выходы первого и второго встречно-штыревых электродов 2 и 3 соединены, соответственно, с первым и вторым входами управляющего устройства 8.

На встречно-штыревой электрод 4 подается электрический импульс от одновибратора 9, который распространяется от него со скоростью звука к первому и второму встречно-штыревым электродам 2 и 3, которые соединены с первым и вторым приемниками 6 и 7 акустического давления. Одновременно под действием внешнего линейного ускорения акустическая волна ускоряется или замедляется в зависимости от направления векторов скорости звука и действующего внешнего линейного ускорения. Так, при совпадении векторов скорости звука и внешнего линейного ускорения время прохождения мерного участка определяется зависимостью:

где L - длина мерного участка, определяемая как расстояние между электродом 4 и встречно-штыревыми электродами 2,3; а - скорость распространения звука в пьезоэлектрической подложке; x ¨ - внешнее линейное ускорение.

При несовпадении векторов скорости звука и внешнего линейного ускорения время прохождения мерного участка определяется зависимостью:

Из формул (1) и (2) величина линейного ускорения определяется в следующем виде:

При отсутствии ускорения импульс от центрального электрода к внешним приходит одновременно, при действии ускорения - в разное время.

Анализ аналогов показывает, что предлагаемое решение соответствует критерию «новизна», технический результат, достигаемый совокупностью признаков, свидетельствует о соответствии критерию «изобретательский уровень», лабораторные испытания свидетельствуют о промышленной применимости.

Источники информации

1. Патент России, №2126161, МПК G01P 15/13, опубл. 10.02.1999.

2. Паршин В.А., Харитонов В.И. Особенности технологии мультисенсорных датчиков с нелегированными упругими подвесами // Датчики и системы. 2002. №2. С.22-24.

Линейный акселерометр, содержащий подложку из монокремния, на которой сформирован пьезоэлектрический слой в виде вытянутой прямоугольной дорожки, отличающийся тем, что в акселерометр введены три одинаковых встречно-штыревых электрода, первый и второй из которых размещены по краям пьезоэлектрического слоя, а третий - в его середине, одновибратор, выход которого соединен с третьим встречно-штыревым электродом, первый и второй приемники ультразвукового сигнала и управляющее устройство, входы первого и второго приемников ультразвукового сигнала соединены, соответственно, с первым и вторым встречно-штыревыми электродами, выходы приемников соединены с первым и вторым входами управляющего устройства, а выход управляющего устройства соединен со входом одновибратора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для измерения линейных ускорений и может быть использовано для одновременного измерения ускорений вдоль трех взаимно перпендикулярных осей.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения линейного ускорения. Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения состоит из двух каналов приемо-передачи оптического излучения и чувствительного элемента, включающего два устройства ориентации оптического излучения, выполненные из кварцевого стекла в форме параллелепипеда, частично покрытые зеркальным напылением, и устройство поглощения оптического излучения, которое консольно закреплено через прокладки между устройствами ориентации оптического излучения и выполнено в виде балки из светопоглощающего материала с грузом, закрепленным на ее конце.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к акселерометрам, предназначенным для измерения малых ускорений. Акселерометр содержит ячейку из двух параллельно установленных поляроидов с чувствительным элементом между ними, выполненным из прозрачного тензочувствительного материала - полиуретана, имеющего форму клина.

Изобретение относится к пьезоэлектрическим датчикам и может быть использовано, в частности, в системах диагностики автомобиля и системах автосигнализации. Сущность: датчик включает пьезоэлектрическое рабочее тело и систему регистрации.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению параметров механических колебаний в широкой полосе частот. Изобретение может быть использовано для измерения волновых параметров механических колебаний различных объектов в строительстве, машиностроении, акустике и т.д.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения параметров удара на стендах и может быть использовано при исследовании ударного взаимодействия тел.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения пиковых ударных ускорений. Пьезоэлектрический датчик ударного ускорения содержит корпус, во внутренней полости которого закреплена опора, имеющая выступы в средней части, равноудаленные от сторон корпуса, на каждом из которых закреплены при помощи промежуточного клеевого слоя пьезоэлемент и инерционная масса.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к акселерометрам. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к технике высокоточных измерений, и может быть использовано для измерения перемещений и вибраций.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерительным элементам линейного ускорения. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для вибродиагностики технологического оборудования. Вибродатчик с элементом цифровой калибровки выполнен в виде металлического корпуса с фланцем для крепления на контролируемом объекте. Внутри корпуса датчика размещены первичный пьезокерамический преобразователь и электронная схема сопряжения первичного преобразователя. При этом в состав электронной схемы тракта усиления сигнала включен цифровой потенциометр, позволяющий вернуть коэффициент преобразования датчика к начальному значению. Потенциометр управляется от внешнего блока эталонных импульсов, подаваемых через технологический разъем в корпусе датчика при калибровке в режиме задания на испытательном вибростенде образцовых значений виброскорости на базовой частоте и фиксации выходного сигнала датчика на штатной нагрузке блока регистрации. Технический результат заключается в поддержании паспортных характеристик вибродатчика в течение всего срока эксплуатации. 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается линейного микроакселерометра с оптической системой. Микроакселерометр включает в себя корпус, две инерционные массы на упругих подвесах, два датчика положения, два компенсационных преобразователя. Датчики положения выполнены в виде двух пар монохроматических излучателей с различным спектром излучения и двух фотоприемников с цветоделением, имеющих не менее двух выходов спектральных диапазонов. Излучатели расположены над инерционной массой, а фотоприемники размещены в корпусе соосно с фотоприемниками. Монохроматические излучатели снабжены ограничителями светового потока. Технический результат заключается в повышении точности измерений и упрощении конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров ускорения в виброметрии, сейсмологии и акустики. Пьезоэлектрический акселерометр содержит предусилитель и концентрично расположенные кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пары пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пары пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями пары кольцевых пьезоэлектрических секторов, имеющих различную поляризацию, причем электроды подключены к предусилителю, при этом в него 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 предуселители выполнены дифференциальными, а сектора пар второго кольцевого пьезочувствительного элемента имеют одинаковую поляризацию, причем три пары первого и второго кольцевых пьезочувствительных элементов через электроды подключены к входам трех соответствующих дифференциальных усилителей. Технический результат - измерение трех компонент вектора ускорения. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров ускорения в виброметрии, сейсмологии и акустики. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является измерение трех компонент вектора ускорения с помощью пьезоакселерометра, работающего на деформации сдвига. Известный однокомпонентный пьезоакселерометр содержит предусилитель и концентрично расположенные кольцевые инерционную массу, корпус и пьезочувствительный элемент в виде трех пьезоэлектрических секторов, один из которых выполнен с осевой поляризацией, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов, причем электроды подключены к предусилителю, введены второй и третий предусилители, при этом второй и третий пьезоэлектрические сектора выполнены с радиальной поляризацией и подключены ко второму и третьему предусилителям. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в сейсмоприемных устройствах. Предложен сложенный маятник, который может быть реализован в виде монолитного маятника, который не расположен в вертикальной конфигурации, т.е. повернутый на 90°, либо в направлении по часовой стрелке, либо против часовой стрелки. В частности, вариант такого вертикального сложенного маятника в монолитной конфигурации представляет более компактную реализацию, охарактеризованную высоким разделением вертикальной степени свободы от других степеней свободы. Технический результат - достижение оптимальной механической добротности устройства. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к метрологии. Пьезоэлектрический преобразователь содержит ортогональную систему из четырех однокомпонентных вибропреобразователей. Ось чувствительности четвертого преобразователя проходит через центр ортогональной системы координат и ориентирована относительно каждой из осей под заданными углами и образует с осями три некомпланарные и неколлинеарные пространственные косоугольные системы координат. Ось чувствительности четвертого преобразователя предпочтительно совмещена с плоскостью, проходящей через вертикальную ось и биссектрису угла между горизонтальными осями ортогональной системы координат и ориентирована под острым углом к вертикальной оси. Корпус преобразователя содержит разъем и элементы крепления. Контроль работоспособности преобразователя предполагает определение значений проекций ортогонального и косоугольного пространственного вектора вибрации объекта, которые приводят к ортогональной системе координат. Затем определяют модули вектора вибрации, их суммируют и определяют среднее значение. Вычисляют отклонение вибрации от среднего значения, сравнивают эти отклонения c заданным отклонением и определяют работоспособность преобразователя. Технический результат - получение объективной информации о функционировании устройства. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл.

Раскрыты способы и устройства, которые облегчают обнаружение подводных сигналов при геофизических исследованиях. Один вариант осуществления относится к преобразователю, включающему в себя консоль, соединенную с основанием. Консоль может включать в себя стержень и первую соединительную поверхность, ориентированную под углом от стержня, а основание может включать в себя вторую соединительную поверхность, ориентированную под углом от стержня и по существу параллельную первой соединительной поверхности консоли. Преобразователь может дополнительно включать в себя чувствительный материал, присоединенный между первой соединительной поверхностью консоли и второй соединительной поверхностью основания. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при изготовлении пьезоэлектрического датчика ударного ускорения для соединения его элементов, в частности - в технологии создания клеевых электропроводящих композиций. Способ склеивания элементов пьезоэлектрического датчика ударного ускорения включает создание клеевого состава путем смешивания эпоксидного клея с каучуком не менее 60% массовых долей и графитом не более 10% массовых долей с дальнейшим вводом в полученный клеевой состав токопроводящих калиброванных частиц размером 20-80 мкм с нанесением клеевого состава на поверхность. Осуществляют соединение поверхностей и вулканизацию при температуре от 100°C до 110°C. В клеевой состав вводят растворитель в соотношении от 1:10 до 1:3 от объема клеевого состава. В качестве токопроводящих частиц используют ферромагнитные частицы размером не более 10 мкм в количестве 2-10% массовых долей. В качестве калиброванных частиц используют стеклянные или полимерные микросферы. Вулканизацию проводят под давлением 0,05-0,20 МПа в течение 21-24 ч в постоянном магнитном поле с индукцией не менее 0,2 Тл, силовые линии которого перпендикулярны склеиваемым поверхностям. Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению заключается в обеспечении повышения точности и надежности измерений ударных ускорений пьезоэлектрическим датчиком в условиях интенсивного ударного ускорения при повышенной температуре и/или высокочастотных неизмеряемых воздействиях.

Изобретение относится к устройствам, измеряющим переменное ускорение, а именно к акселерометрам, которые могут быть использованы в качестве сейсмодатчиков, вибродатчиков, датчиков удара и т.д. Акселерометр состоит из n каналов, соответствующих n координатам (n=1÷3), каждый из которых содержит совокупность электронных блоков: чувствительный элемент, ориентированный осью чувствительности по присвоенной ему координате; блок обработки электрического сигнала и подачи его на выход акселерометра; вторичный блок питания для каждого из блоков обработки электрического сигнала, механически закрепленных внутри пылевлагозащищенного корпуса, при этом совокупность электронных блоков для каждого из каналов выполнена на основе заготовки однокоординатного малогабаритного акселерометра в отдельном пылевлагозащищенном корпусе. Технический результат – повышение технологичности конструкции и процесса изготовления акселерометра, а также его унификации. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к малогабаритным высокочувствительным пьезоэлектрическим акселерометрам, транспортировка и установка которых связана с большими внешними воздействиями. Акселерометр содержит корпус, инерционную массу М, пьезоэлементы, винт с пружиной, при этом инерционная масса, пьезоэлементы, винт и пружина установлены на промежуточном основании с массой m (m<0,1⋅М), связанном с основанием корпуса дополнительной пружиной, зазор между инерционной массой и корпусом - Δx, и жесткость пружины К выбираются из условия K⋅Δx<0,3⋅Gmax⋅S, где Gmax - максимально допустимые напряжения в пьезоэлементах площадью S. Технический результат – повышение стойкости малогабаритного акселерометра к большим внешним ускорениям в сочетании с высоким значением коэффициента преобразования. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Акселерометр содержит кремниевую подложку, на которую нанесен пьезоэлектрический слой, например, из окиси цинка в виде прямоугольной вытянутой дорожки. С обеих сторон пьезоэлектрической дорожки и в ее середине установлены встречно-штыревые электроды. На центральный электрод подается электрический импульс, который распространяется со скоростью звука от центрального электрода к внешним. Одновременно под действием внешнего линейного ускорения акустическая волна ускоряется или замедляется в зависимости от направления векторов скорости звука и действующего внешнего линейного ускорения. При отсутствии ускорения импульс от центрального электрода к внешним приходит одновременно, при действии ускорения - в разное время. Разность времен прохождения мерных участков акустической волной прямо пропорциональна действующему ускорению. Изобретение обеспечивает повышение точности измерений. 1 ил.

Наверх