DE1195512B

DE1195512B - Piezoelectric force converter

Info

Publication number: DE1195512B
Application number: DEE19930A
Authority: DE
Inventors: Wilson Bradley Jun; Gunnar B Bergman
Original assignee: Endevco Corp
Current assignee: Meggitt Orange County Inc
Priority date: 1959-09-15
Filing date: 1960-09-15
Publication date: 1965-06-24

Description

Piezoelektrischer Kraft-Wandler Die Erfindung bezieht sich auf piezoelektrische Kraft-Wandler mit einem ringförmigen piezoelektrischen Element, das in Richtung seiner Achse beansprucht wird.Piezoelectric Force Transducer The invention relates to piezoelectric force transducers Force transducer with a ring-shaped piezoelectric element pointing towards its axis is claimed.

Es ist bereits bekannt, piezoelektrische Elemente von Kraft-Wandlern auf Kompression oder auf Biegung zu beanspruchen. Zum Messen des Drucks im Arbeitszylinder eines Motors hat man auch bereits ein auf Kompression beanspruchtes ringförmiges piezoelektrisches Element in einer Zündkerze verwendet. It is already known to use piezoelectric elements of force transducers to stress on compression or on bending. For measuring the pressure in the working cylinder of a motor one already has an annular one that is subjected to compression piezoelectric element used in a spark plug.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen Kraft-Wandler zu schaffen, der eine besonders geringe Störanfälligkeit gegenüber nicht axialen Signalen besitzt. The invention is based on the object of a piezoelectric To create force transducers that have a particularly low susceptibility to failure has non-axial signals.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß das ringförmige piezoelektrische Element an seiner einen Mantelfläche gehalten und an der anderen Mantelfläche von achsparalleler Kraft beansprucht wird. Hierdurch erfolgt eine bisher bei piezoelektrischen Kraft-Wandlern nicht bekannte Beanspruchung des piezoelektrischen Elementes auf Scherung, die eine hohe Empfindlichkeit des Elements in der axialen Richtung der Kraftbeanspruchung, aber eine sehr geringe Empfindlichkeit quer zu dieser Richtung zur Folge hat. To solve this problem it is provided according to the invention that the annular piezoelectric element held on its one lateral surface and is stressed on the other lateral surface by axially parallel force. Through this a stress that was previously unknown in piezoelectric force transducers occurs of the piezoelectric element to shear, which has a high sensitivity of the Elements in the axial direction of the load, but a very small one Sensitivity transversely to this direction.

Es empfiehlt sich, das ringförmige piezoelektrische Element zur Erhöhung der Empfindlichkeit achsparallel zu polarisieren. Eine weitere Erhöhung der Empfindlichkeit kann erreicht werden, wenn sich das Element aus zwei oder mehr ineinandergeschichteten ringförmigen Teilelementen zusammensetzt, deren Polarisationsachsen gleichgerichtet oder abwechselnd in die eine und die entgegengesetzte Richtung ausgerichtet sind. It is best to use the ring-shaped piezoelectric element for elevation the sensitivity to polarize axially parallel. Another increase in sensitivity can be achieved when the element is made up of two or more interlayered composed of ring-shaped sub-elements, the polarization axes of which are rectified or alternately in one direction and the other.

Von besonderer Bedeutung ist die Anordnung gemäß der Erfindung bei Wandlern, die zum Messen von Beschleunigungen dienen. Derartige Wandler werden beispielsweise als Navigationshilfen in der Raumfahrt verwendet. Bei solchen Wandlern ist nach der Erfindung vorgesehen, daß das Element an seiner einen Mantelfläche eine vorzugsweise ebenfalls ringförmige Trägheitsmasse aufweist. The arrangement according to the invention is of particular importance Converters that are used to measure accelerations. Such converters are for example used as navigation aids in space travel. Such converters are after the invention provides that the element on its one lateral surface is preferably one also has annular inertial mass.

Es ist wichtig, daß die geringe Störanfälligkeit des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Wandlers nicht durch eine ungünstige Halterung des Elementes ungünstig beeinflußt wird. Es hat sich eine solche Anordnung bewährt, bei der sich das Element koaxial mit einem im wesentlichen pilzförmigen, in einen Hohlraum einsetzbaren Wandlerkörper erstreckt und mit seiner einen Mantelfläche, gegebenenfalls unter Verwendung eines Zwischengliedes, am Wandler- körper befestigt ist. Als Zwischenglied eignet sich ein im wesentlichen hülsenförmiges Tragglied, das sich koaxial mit dem Stamm des pilzförmigen Wandlerkörpers über die Höhe des piezoelektrischen Elements im Abstand vom Wandlerkörper erstreckt. Um störende Schwingungen des Wandlerkörpers zu verhüten, die zu Störsignalen quer zur Achsrichtung führen können, wird eine Anordnung bevorzugt, bei der der Hut des pilzförmigen Wandlerkörpers an der Wand des Hohlraums befestigt ist und sich der Stamm des Wandlerkörpers am Grund des Hohlraums abstützt. It is important that the low susceptibility to failure of the invention piezoelectric transducer is not unfavorable due to an unfavorable mounting of the element being affected. Such an arrangement has proven itself in which the element coaxial with a substantially mushroom-shaped transducer body which can be inserted into a cavity extends and with its one lateral surface, optionally using a Intermediate link, on the transducer body is attached. As an intermediate link is suitable a substantially sleeve-shaped support member which is coaxial with the stem of the mushroom-shaped transducer body over the height of the piezoelectric element at a distance extends from the transducer body. In order to prevent disturbing vibrations of the transducer body, which can lead to interference signals perpendicular to the axial direction, an arrangement is preferred in which the hat of the mushroom-shaped transducer body is attached to the wall of the cavity is and the trunk of the transducer body is supported on the bottom of the cavity.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated schematically below with reference to the hand Drawings explained in more detail.

F i g. 1 ist ein schematisch gezeichneter Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Beschleunigungsmesser; F i g. 2 ist ein F i g. 1 ähnelnder Teilschnitt durch eine abgeänderte Ausbildungsform eines piezoelektrischen Elements; Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Konstruktion in Form eines Aggregats mit drei Achsen; Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3. F i g. 1 is a schematically drawn longitudinal section through a accelerometer according to the invention; F i g. 2 is a fig. 1 similar partial section by a modified form of a piezoelectric element; Fig. 3 shows a perspective view of a construction in the form of an aggregate with three axes; FIG. 4 is a section taken along line 4-4 in FIG. 3.

Der in F i g. 1 gezeigte Beschleunigungsmesser umfaßt einen hohlen zylindrischen Körpers, der an einem Ende einen nach außen ragenden Flansch 12 trägt, mittels dessen der Beschleunigungsmesser unmittelbar an einem Gerät oder Werkstück W, das untersucht werden soll, befestigt werden kann. Auf den Körper 10 ist mit Preßsitz ein ringförmiger Kristallträger 14 aufgesetzt, der eine nach oben ragende Kristallaufnahmehülse 15 und eine nach außen ragende Basis 16 umfaßt, welch letztere auf dem Flansch 12 des Körpers 10 ruht. Der äußere Rand der kreisrunden Basis 16 ist bei 17 mit einem Außengewinde versehen und in das untere Ende eines bei 18 abgedichteten äußeren Gehäuses 20 in Form eines umgekehrten Bechers eingeschraubt. The in F i g. The accelerometer shown in Figure 1 comprises a hollow one cylindrical body carrying an outwardly projecting flange 12 at one end, by means of which the accelerometer directly on one device or workpiece W to be examined can be attached. On the body 10, an annular crystal carrier 14 is placed with a press fit, one after comprises protruding crystal receiving sleeve 15 and an outwardly protruding base 16, which latter rests on the flange 12 of the body 10. The outer edge of the circular Base 16 is externally threaded at 17 and in the lower end one screwed in at 18 sealed outer housing 20 in the form of an inverted cup.

Ein ringförmiges piezoelektrisches Element 22 sitzt mit enger Passung auf der Umfangsfläche der Hülse 15 und ist ebenfalls mit enger Passung von einer ringförmigen Trägheitsmasse 24 umgeben, die an ihrem oberen Ende einen nach innen vorspringenden Flansch oder Ringabschnitt 24 a trägt, der die obere Stirnfläche der Hülse 15 teilweise überragt. Die verschiedenen Teile einschließlich des Gehäuses, des piezoelektrischen Elements und der Trägheitsmasse sind auf einer gemeinsamen Achse V-V angeordnet. An annular piezoelectric element 22 is seated with a tight fit on the peripheral surface of the sleeve 15 and is also with a close fit of a ring-shaped inertial mass 24 surrounded, at its upper end an inward protruding flange or ring portion 24 a carries the upper end face the sleeve 15 partially protrudes. The various parts including the case, the piezoelectric element and the inertial mass are on a common Axis V-V arranged.

Das Element 22, dessen zylindrische Innenfläche mit der Unterstützung 15 und dessen zylindrische Außenfläche mit der Trägheitsmasse 24 fest verbunden ist, wird durch Scherkräfte beansprucht, wenn die Unterstützung 15 längs der Achse V-V beschleunigt wird.The element 22, the cylindrical inner surface of which with the support 15 and its cylindrical outer surface are firmly connected to the inertial mass 24 is, is stressed by shear forces when the support 15 is along the axis V-V is accelerated.

Innerhalb der die genannten Teile umgebenden Kammer 25 zwischen dem äußeren Gehäuse 20 und der Trägheitsmasse 24 sind zähflüssige Dämpfungsmittel in Gestalt von öl oder einer anderen isolierenden Flüssigkeit oder in Form eines Schwammgummikörpers od. dgl. vorgesehen. Das Gehäuse 20 und die Trägheitsmasse 24 bestehen aus Metall. Within the chamber 25 surrounding said parts between the outer housing 20 and the inertial mass 24 are viscous damping means in In the form of oil or some other insulating liquid or in the form of a sponge rubber body or the like. Provided. The housing 20 and the inertial mass 24 are made of metal.

In einer Offnung im Mantelabschnitt des Gehäuses 20 ist eine Kabeldurchführung 30 befestigt, die einen Gewindestutzen 32 zum Anschließen eines bei K schematisch angedeuteten koaxialen Kabels bekannter Konstruktion aufweist; eine Leitung 33 dieses Kabels verläuft von der Trägheitsmasse 24 aus und arbeitet mit dem Außenleiter 34 des Kabels zusammen, um eine Verbindung zu einem Verstärker 35 und einem Registriergerät 36 herzustellen, die hier als Beispiele für beliebige geeignete Mittel vorgesehen sind, durch welche der Empfang und die Anzeige oder die Registrierung von Wirkungen erfolgt, die durch Schwingungen oder Beschleunigungen des Werkstücks W hervorgerufen werden. Die genannten Mittel liefern eine Anzeige des elektrischen Ausgangssignals, das auf die Scherbeanspruchung des piezoelektrischen Kristalls 22 zurückzuführen ist, in einer zweckentsprechenden Form. A cable bushing is located in an opening in the jacket section of the housing 20 30 attached, which has a threaded connector 32 for connecting a at K schematically has indicated coaxial cable of known construction; a line 33 this The cable runs from the inertial mass 24 and works with the outer conductor 34 of the cable together to connect to an amplifier 35 and a recorder 36 to produce, which are provided here as examples of any suitable means are through which the reception and display or registration of effects occurs caused by vibrations or accelerations of the workpiece W. will. Said means provide an indication of the electrical output signal, this is due to the shear stress on the piezoelectric crystal 22 is, in an appropriate form.

Das piezoelektrische Element 22 kann aus verschiedenen Materialien bestehen. Ein geeignetes Material ist keramisches Bariumtitanat in kristallinischer Form. Ebenfalls verwendbar sind Bleimetaniobat, Kadmiumniobat, Natriumniobat, ein Gemisch aus Bleittitanat und Bleizirkonat und viele andere Stoffe einschließlich natürlicher Kristalle, wie Quarz u. dgl. Die zuerst genannten Materialien haben erheblich höhere dielektrische Konstanten als Quarz, und ihre piezoelektrischen Koeffizienten bei Scher-und Druckbeanspruchungen sind ebenfalls höher als bei Quarz. Quarz ist bereits im natürlichen Zustand polarisiert, während dies bei anderen der obenerwähnten Materialien nicht der Fall ist; jedoch lassen sich diese Materialien leicht auf künstlichem Wege mit Hilfe bekannter Verfahren polarisieren, um sie zur Verwendung in Beschleunigungsmessern geeignet zu machen. Bei einem dieser Verfahren werden die Materialien einem starken elektrischen Feld ausgesetzt, während sie sich oberhalb ihrer Übergangs-bzw. Umwandlungstemperatur befinden. Bei seiner Abkühlung in dem elektrischen Feld entwickelt das Material piezoelektrische Eigenschaften, und insbesondere entwickelt sich eine Polarisationsachse parallel zur Richtung des elektrischen Feldes. The piezoelectric element 22 can be made of various materials exist. A suitable material is ceramic barium titanate in crystalline form Shape. Also usable are lead metaniobate, cadmium niobate, sodium niobate, a Mixture of lead titanate and lead zirconate and many other substances including natural crystals such as quartz and the like have the first-mentioned materials significantly higher dielectric constants than quartz, and their piezoelectric Shear and compressive coefficients are also higher than those of quartz. Quartz is already polarized in its natural state, while others are materials mentioned above is not the case; however, these materials can easily polarize artificially with the help of known methods in order to achieve the Suitable for use in accelerometers close. In one of these procedures the materials are exposed to a strong electric field while they are moving above their transition or. Transformation temperature. When it cools down in the electric field the material develops piezoelectric properties, and in particular an axis of polarization develops parallel to the direction of the electric field.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Konstruktion nach F i g. 1, bei der das piezoelektrische Element 22 durch ein Element 22 a ersetzt ist, das sich aus drei gleichachsigen piezoelektrischen Kristallteilen 40, 41 und 42 zusammensetzt, die unter bestimmten Betriebsbedingungen eine Erhöhung der Ladungsempfindlichkeit, d. h. des elektrischen Ausgangssignals bewirken. Im vorliegenden Falle sind die drei gleichachsigen Teilelemente 40, 41 und 42 so miteinander verbunden, daß sie durch Scherkräfte beansprucht werden; zu diesem Zweck sind zwischen zwei benachbarten Teilelementen jeweils Elektroden 44 bzw. 45 angeordnet, die mit Hilfe eines elektrisch leitenden Kittes mit den Teilelementen verbunden sind. Gemäß F i g. 2 sind je zwei benachbarte piezoelektrische Elemente der Elemente40, 41 und 42 so angeordnet, daß ihre Polarisationsachsen in entgegengesetzten Richtungen, jedoch parallel zur Schwingungsachse des Geräts, verlaufen, und es wird eine gemeinsame Leitung 46 benutzt, um die innere Elektrode 44 und die außenliegende Trägheitsmasse 24 gemeinsam mit einer Klemme des Verstärkers 35' zu verbinden. Entsprechend dient eine weitere gemeinsame Leitung 48 dazu, eine Verbindung von der äußeren Elektrode 45 zu der Hülse 15 des Tragstücks 14 und von dort aus über den Körper 10 und das Gehäuse 20 zu dem koaxialen Kabel K herzustellen. FIG. 2 shows a modification of the construction according to FIG. 1, at which the piezoelectric element 22 is replaced by an element 22 a, which composed of three equiaxed piezoelectric crystal parts 40, 41 and 42, which under certain operating conditions an increase in the charge sensitivity, d. H. of the electrical output signal. In the present case, the three coaxial sub-elements 40, 41 and 42 connected to one another so that they are stressed by shear forces; for this purpose are between two neighboring Sub-elements each electrode 44 and 45 arranged, which with the help of an electrically conductive cement are connected to the sub-elements. According to FIG. 2 are two each adjacent piezoelectric elements of elements 40, 41 and 42 arranged so that their axes of polarization in opposite directions, but parallel to the axis of oscillation of the device, and a common line 46 is used to connect the inner Electrode 44 and the external inertial mass 24 together with a clamp of the amplifier 35 'to be connected. Another common line is used accordingly 48 to this, a connection from the outer electrode 45 to the sleeve 15 of the support piece 14 and from there via the body 10 and the housing 20 to the coaxial cable K to manufacture.

Der Beschleunigungsmesser nach Fig. 1 oder 2 wird in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise mittels einer Schraube 50 an einem Werkstück W befestigt; diese Schraube erstreckt sich durch eine zentrale Bohrung 52 des Körpers 10. Um die Wirkung von auf Erdschleifen zurückzuführenden Störsignalen herabzusetzen oder auszuschalten, ist das Gehäuse des Beschleunigungsmessers einschließlich des Körpers 10 gegenüber dem zu untersuchenden Werkstück W isoliert; zu diesem Zweck ist eine mit einem Flansch versehene isolierende Hülse 53 auf die Schraube 50 aufgeschoben, und die Unterseite des Körpers 10 ist mit einer isolierenden Schicht 54 versehen, die zweckmäßig als eingebrannte keramische Isolierschicht ausgebildet ist. The accelerometer of Fig. 1 or 2 is in the form of F i G. 1 attached to a workpiece W by means of a screw 50; this screw extends through a central bore 52 of the body 10. Um reduce the effect of interfering signals due to ground loops, or off is the accelerometer housing including the body 10 isolated from the workpiece W to be examined; for this purpose is a The insulating sleeve 53 provided with a flange is pushed onto the screw 50, and the underside of the body 10 is provided with an insulating layer 54, which is expediently designed as a burnt-in ceramic insulating layer.

In F i g. 3 und 4 erkennt man ein dreiachsiges Aggregat, das mehrere der Konstruktionen nach Fig. 1 oder 2 umfaßt. In diesem Falle sind drei piezoelektrische Beschleunigungsmesser 55 so angeordnet, daß ihre schwingungsempfindlichen Achsen jeweils parallel zu drei aufeinander senkrecht stehenden Achsen X, Y und Z in einen einzigen Klotz eingebaut sind. Hierbei ist ein erster Körper 56, der praktisch den Körper 10 und den Kristallträger 15, 16 nach F i g. 1 vereinigt, bei 58 in ein klotzähnliches Gehäuse 60 längs einer waagerechten Achse eingeschraubt; ein zweiter Körper 56 ist längs einer waagerechten Achse in eine andere Bohrung des Gehäuses 60 eingeschraubt, die rechtwinklig zu der den ersten Körper 56 aufnehmenden Bohrung verläuft, und ein dritter Körper 56 ist längs einer senkrechten Achse in eine dritte Bohrung eingeschraubt, die sich gemäß Fig.3 und 4 senkrecht durch die Oberseite des Gehäuses 60 erstreckt. Bei dieser Anordnung kann das erwähnte koaxiale Kabel K je nach der Richtung der zu untersuchenden Beschleunigung oder Schwingung mit irgendeinem der Körper 56 verbunden werden, um den betreffenden einzelnen Beschleunigungsmesser in der erwähnten Weise an den Verstärker 35 und das Registriergerät 36 anzuschließen. Jedoch kann man auch jeden einzelnen Beschleunigungsmesser über ein geeignetes Kabel mit einem gesonderten Verstärker und Registriergerät verbinden. In Fig. 3 and 4 you can see a three-axis unit that has several the constructions of Fig. 1 or 2 comprises. In this case three are piezoelectric Accelerometer 55 arranged so that their vibration-sensitive axes each parallel to three mutually perpendicular axes X, Y and Z into one single blocks are installed. Here is a first body 56, which is practically the Body 10 and the crystal carrier 15, 16 according to FIG. 1 united, at 58 into a block-like one Housing 60 screwed in along a horizontal axis; a second body 56 is screwed into another bore of the housing 60 along a horizontal axis, which is perpendicular to the bore receiving the first body 56, and a third body 56 is screwed into a third bore along a vertical axis, which according to Figure 3 and 4 perpendicular through the Top of the case 60 extends. With this arrangement, the aforementioned coaxial cable K can depending on the Direction of acceleration or vibration under investigation with any of the Body 56 are connected to the individual accelerometer in question to be connected to the amplifier 35 and the recording device 36 in the aforementioned manner. However, you can also use a suitable cable to connect to each individual accelerometer Connect to a separate amplifier and recorder.

Gemäß F i g. 4 trägt jeder der Körper 56 ein ringförmiges piezoelektrisches Kristallelement 62, das durch Scherkräfte beansprucht wird und zwischen einer ringförmigen Trägheitsmasse 64 und einem Kristallträger 65 angeordnet ist, welch letzterer mit Preßsitz auf dem inneren Ende 66 des Körpers 56 angeordnet ist. Eine Leitung 68 erstreckt sich von der Trägheitsmasse 64 aus durch eine zentrale Bohrung in dem Körper 56 sowie durch eine an diesen Körper angearbeitete Kabeldurchführung 70, die bei 72 mit einem Außengewinde zum Anschließen eines koaxialen Kabels versehen ist. According to FIG. 4, each of the bodies 56 carries an annular piezoelectric Crystal element 62, which is stressed by shear forces and between an annular Inertial mass 64 and a crystal carrier 65 is arranged, the latter with Press fit on the inner end 66 of the body 56 is arranged. One line 68 extends from inertial mass 64 through a central bore in the Body 56 and through a cable bushing 70 worked on this body, which are provided with an external thread at 72 for connecting a coaxial cable is.

Die dreiachsige Konstruktion nach Fig. 3 und 4 ermöglicht es, mehrere gleichachsige piezoelektrische Kristallelemente an Stelle jeweils nur eines einzigen ringförmigen Elements 62 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise zu verwenden. The three-axis construction of FIGS. 3 and 4 allows several equiaxed piezoelectric crystal elements instead of just one to use annular element 62 in the manner shown in FIG.

Um das Gehäuse 60 gegenüber einem Werkstück W zu isolieren, damit auf Erdschleifen zurückzuführende Störsignale verringert werden, ist die Unterseite des Gehäuses 60 mit einer Isolierschicht 74 ähnlich der in Fig. 1 bei 54 dargestellten versehen, und in eine oder mehrere Bohrungen 75 werden isolierte Schrauben 50 ähnlich der in F i g. 1 gezeigten eingeführt, um das Gehäuse 60 an dem zu untersuchenden Gegenstand zu befestigen. In order to isolate the housing 60 from a workpiece W, so Interfering signals due to ground loops are reduced, is the bottom of the housing 60 with an insulating layer 74 similar to that shown in FIG. 1 at 54 and insulated screws 50 become similar in one or more bores 75 the in F i g. 1 is inserted to the housing 60 on the to be examined To attach object.

Ein Beschleunigungsmesser der Ausbildungsform nach Fig. 1 oder 2 mit einer einzigen Bohrung 52 und nur einer Befestigungsschraube 50 läßt sich mühelos in jeder durch das Werkstück W ermöglichten Stellung an diesem befestigen, wobei der Beschleunigungsmesser nur einen minimalen Raum einnimmt. An accelerometer of the embodiment shown in FIG. 1 or 2 with a single bore 52 and only one fastening screw 50 can be effortlessly in every position made possible by the workpiece W to attach it, wherein the accelerometer takes up minimal space.

Außerdem ermöglicht es die einzige vorhandene zentrale Bohrung52 in Verbindung mit nur einer Schraube, den Beschleunigungsmesser zusammen mit dem bereits an die Kabeldurchführung angeschlossenen koaxialen Kabel leicht zu verstellen, und hierdurch wird die Notwendigkeit, den Beschleunigungsmesser während des Gebrauchs zu verstellen, ausgeschaltet. It also enables the only existing central bore52 in conjunction with just one screw, the accelerometer along with the easy to adjust coaxial cables already connected to the cable entry, and this removes the need to use the accelerometer during use to adjust, switched off.

Bei der Konstruktion nach F i g. 3 und 4 kann das Gehäuse 60 z. B. auf der Oberseite eines Werkstücks befestigt werden, und man kann das koaxiale Kabel an die betreffende Kabeldurchführung 70, 72 anschließen. Die beschriebenen Konstruktionen ermöglichen ferner eine vollständige Abdichtung der piezoelektrischen Elemente innerhalb ihrer Gehäuse sowie die Verwendung geeigneter Dämpfungsmittel in den Gehäusen. Außerdem ist es insbesondere bei den Ausbildungsformen nach F i g. 1 und 2 möglich, das Aggregat vollständig abzudichten und die Kammer 25 in dem Gehäuse 20 zu evakuieren, so daß auf das äußere Gehäuse wirkende Schalldrücke nicht durch irgendein Medium innerhalb des Gehäuses auf das Kristallelement 22 übertragen werden können. Um die Nachteile von in der Kammer 25 vorgesehenen Dämpfungsmedien zu vermeiden, kann man mit elektrischen Dämpfungsverfahren arbeiten. In der Praxis vermeidet man häufig die Verwendung sowohl flüssiger als auch elektrischer Dämpfungsmittel, und das Gerät wird zum Feststellen von Signalen benutzt, deren Frequenzen im Vergleich zur Resonanzfrequenz des Geräts niedrig sind. Beispielsweise wurde in einem Falle ein Beschleunigungsmesser mit einer Resonanzfrequenz von 30 000 Hz benutzt, um Beschleunigungen im Bereich zwischen 2 und 8000 Hz zu messen. In the construction according to FIG. 3 and 4, the housing 60, for. B. can be attached to the top of a workpiece, and you can use the coaxial cable connect to the relevant cable bushing 70, 72. The constructions described also allow complete sealing of the piezoelectric elements within their housing as well as the use of suitable damping means in the housings. aside from that it is particularly the case with the forms of training according to FIG. 1 and 2 possible, the unit to seal completely and to evacuate the chamber 25 in the housing 20 so that Sound pressures acting on the outer case not through any medium within of the housing can be transferred to the crystal element 22. About the cons of provided in the chamber 25 One can avoid damping media with electrical Damping method work. In practice, one often avoids using both liquid as well as electrical damping agent, and the device becomes fixed used by signals whose frequencies are compared to the resonance frequency of the device are low. For example, in one case an accelerometer was used a resonance frequency of 30,000 Hz used to accelerate in the range between 2 and 8000 Hz.

Da man den das Kristallmaterial unterstützenden Zylinder und dessen Basis gleichzeitig in einem Stück bearbeiten kann, lassen sich die rechten Winkel und die Konzentrizität der benötigten Flächen mit sehr großer Genauigkeit einhalten, wodurch die Empfindlichkeit zwischen sich kreuzenden Achsen auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird. Since you have the cylinder supporting the crystal material and its The right angle can be edited at the same time in one piece and maintain the concentricity of the required surfaces with a very high degree of accuracy, thereby minimizing the sensitivity between intersecting axes will.

Claims

Claims: 1. Piezoelectric force transducer with an annular piezoelectric element, which is stressed in the direction of its axis, d a -by characterized in that the element is held on its one lateral surface and on the other lateral surface is stressed by axially parallel force.

2. Converter according to claim 1, characterized in that the annular piezoelectric element (22; 22 a; 62) is polarized axially parallel.

3. Converter according to claim 1 and 2, characterized in that the annular piezoelectric element (22 a) of two or more stacked one inside the other annular sub-elements (40, 41, 42) composed, the polarization axes rectified or alternately aligned in one and the opposite direction are.

4. converter for measuring accelerations according to claim 1 to 3, characterized in that the element (22; 22 a; 62) on its one lateral surface a preferably annular inertial mass (24; 64).

5. Converter according to claim 4, characterized in that the Element (22; 22 a; 62) coaxial with a substantially mushroom-shaped, in one Cavity insertable transducer body (56) extends and with its one lateral surface, optionally using an intermediate member (65, 66) on the transducer body is attached.

6. Converter according to claim 5, characterized in that as an intermediate member a substantially sleeve-shaped support member (15; 65) is used, which is coaxial with the stem of the mushroom-shaped transducer body (56) over the height of the piezoelectric Element extends at a distance from the transducer body.

7. Converter according to claim 5 or 6, characterized in that the Hat of the mushroom-shaped transducer body is attached to the wall of the cavity and the trunk of the transducer body is supported on the bottom of the cavity (Fig. 4).

8. Converter according to claim 4 to 7, characterized in that the Element (22, 22 a; 62) and the inertial mass (24; 64) enclosed by a skin (60) are, in which preferably between the inertial mass and the housing damping means are arranged.

9. Converter according to claim 8, characterized in that the housing (60) is evacuated.

10. Converter according to claim 1 to 9, characterized in that the Converter body (10, 12) electrically insulated from its base (V, W) (with 53, 54) is.

11. Converter for multi-axis acceleration measurement according to claim 1 to 10, characterized in that each measuring direction has one measuring in this direction Converter element (50) is assigned (F i g. 3).

12. Converter according to claim 11, characterized in that the converter elements (50) in a manner known per se in recesses of a single block-shaped body (60) are arranged (Fig. 3).

Publications considered: German Patent No. 656 168; Critical Patent No. 668,406; U.S. Patent Nos. 2808,522, 2,824,243.