DE3019551A1

DE3019551A1 - Piezoelektrischer beschleunigungsaufnehmer

Info

Publication number: DE3019551A1
Application number: DE19803019551
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Phys Steimann
Original assignee: METRA MESS FREQUENZTECHN
Current assignee: METRA MESS FREQUENZTECHN
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1981-01-29
Also published as: DD144482A1; DK292180A

Description

Piezoelektrischer Beschleunigungssufnehmer
Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer, dessen Piezoelemente auf Scherung beansprucht werden und der einen geringen Einfluß von Temperaturänderungen auf das Meßergebnis aufweist.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es sind verschiedene Arten von piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmern mit durchweg metallischem Träger für die Piezoelemente bekannt.
In dem DD-AP 89031 ist ein piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer beschrieben, bei dem der Grundkörper mit zwei planparallelen Flächen versehen ist. An diesen Flächen sind die Piezoelemente mit den zugehörigenseismischen Massen mittels Spannbolzen angepreßt. Der Träger £r die Piezoelemente ist hierbei durch die Ausnehmungen, welche die planparallelen Flächen begrenzen, aus dem Grundkdrper herausgearbeitet und bildet mit ihm ein Teil.
In der DE-OS 27 12 359 ist ein Beschleunigungsaufnehmer dargestellt, bei dem der Grundkörper einen Schlitz aufweist. In diesem Schlitz ist als Träger für die Piezoelemente mit den seismischen Massen ein Zapfen eingepaßt, der so gestaltet ist, daß beim Zusammenbau mit dem Gehäute'eine formschlüssige Verbindung entsteht.
Nachteilig ist bei allen Beschleunigungsaufnehmern mit metallischem Träger, daß sich durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der technologisch verwendbaren Metalle und der Piezokeramik bei Temperaturänderungen Störspannungen ergeben, die einer nicht vorhandenen Beschleunigung entsprechen.
Ziel der Erfindung Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer zu entwickeln, bei dem die Storspannung durch Temperaturänderung (pyroelektric sensitivity) wesentlich reduziert wird.
Darstellung des Wesens der Erfindung Bei Beschleunigungsaufnehmern in Scheranregung entsteht der Hauptteil der Störspannung durch Temperaturänderung dadurch, daß mechanische Spannungen, die durch unterschiedliche Wårmoausdehnung des Systemträgers, der seismischen Massen, der Piezoelemente und der Spannelemente entstehen, bei vorhandener Restinhomogenität der Piezokeramik zu einer elektrischen Störspannung führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer mit keramischem Träger zu schaffen, bei dem durch gleichen oder ähnlichen WErmeausdehnungskoeffizienten zwischen Träger und Piezoelement das angestrebte Ziel erreicht wird.
Merkmale der Erfindung Der erfindungsgemäße piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer in Scheranregung besteht aus einer Basis mit einem eingesetzten Träger und einem oder mehreren Piezoelementen mit seismischen Massen, die durch entsprechende. Mittel an dem Träger befestigt sind. Die Verbinduagen können dabei mechanisch tiber Spannbolzen oder Spannring oder unter Ausnutzung von Adhäsionskräften wie Loten, Kitten oder' Kleben erfolgen.
Der Träger besteht dabei aus keramischem Material mit gleichen oder ähnlichen Wrmeausdehnungskoeffizienten wie die Piezoelemente. Dadurch ergeben sich bei Temperaturänderung nur geringe mechanische Spannungen an den Grenzfläohen der Piezoelemente zum Träger und die StUrspannung verringert sich wesentlich.
In Ausgestaltung der Erfindung besteht der Träger aus dem gleichen Material wie die Piezoelemente. Dadurch wird erreicht, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient von Träger und Piezoelement gleich ist.
In Ausgestaltung der Erfindung besitzt'der Träger auf seiner Oberseite zwei BondBlächen. Die Piezoelemente weisen dabei ebenfalls an der Oberseite zwei Bondflächen auf, die Jeweils mit den seitlichen Elektroden verbunden sind. Die Bondflächen dienen zur Aufnahme von Kontaktbrücken von den Piezoelementen zum Träger und der elektrischen Verbindungen von dem Träger a einer Anschlußbuchse.
Der Aufbau ist dabei auch mit einseitiges, rotationssymmetrischem oder vieleckigem Träger möglich, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
Aus£dhrungsbeispiel Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel und anhand einer Zeichnung näher erläutert, Dabei zeigen: Fig. 1 den piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer Fig. 2 die Ansicht des Trägers Fig. 3 die Ansicht eines Piezoelementes Der in Fig.1 gezeigte Beschleunigungsaufnehmer besteht aus der Basis 1, dem Trager 2, den Piezoelementen 3 und den seismischen Passen 4. Der Träger 2 besteht dabei aus dem gleichen Material wie die Piezoelemente 3. Die Basis 1 weist einen Schlitz 5 auf, in welchem der Träger 2 eingepaßt ist. Die Verbindungen zwischen der Basis 1, dem Träger 2, den Piezoelementen 3 und den seismischen Massen 4 erfolgen dabei durch einen temperaturbeständigen Kitt 6.
Weiterhin befindet sich in der Basis 1 noch eine Bohrung mit Gewinde 7 zum Befestigen des Beschleunigungsaufnehmers am Prüfling.
Ztzrn Schutz vor äußeren Einflüssen ist nooh ein Gehäuse 8 vorgesehen.
Der Träger 2. besitzt auf seiner Oberseite zwei Bondflächen 9.1; 9.2, die voneinander isoliert sind, wie in Fig.2 dargestellt ist. Die Piezoelemente 3 besitzen auf der Oberseite ebenfalls zwei Bondflächen 10.1; 10.2 und zwei seitliche Elektroden 11.1; 11.2 mit Je einer Bondfläche 10.1;- 10.2 verbunden, wie in Fig.3 gezeigt ist.
Von den Bondflächen 9.1; 9.2 zu den Bondflächen 10.1; 10.2 führen Jeweils Kontaktbrücken 12.1; 12.2.
Weiterhin dienen die Bondflächen 9.1; 9.2 noch zur Aufnahme der Verbindungen 13.1; 1.3.2 zu einer Anschlußbuchse 14, die in der Basis 1 befestigt ist.
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer mit keramischem Träger für die Piezoelemente. Daher besitzt der Träger den gleichen oder ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Piezoelemente bzw. besteht aus dem gleichen Material. Dadurch entstehen bei Temperaturschwankungen nur noch geringe mechanische Spannungen, die bei vorhandener Restinhomogenität der Piezokeramik zu einer geringen elektrischen Störspannung führen.
Auft ellung der Bezugs zeichen zur Patentanmeldung t'Piezo elektrischer Beschleunigungsaufnehmer" 1 Basis 2 Träger 3 Piezoelemente 4 seismische Masse 5 Schlitz 6 temperaturbeständiger Kitt 7 Bohrung mit Gewinde 8 Gehäuse 9.1; 9.2 Bondflächen des Trägers 2 10.1; 10.2 Bondflächen der Piezoelemente 3 11.1; 11.2 seitliche Elektroden 12.1; 12.2. Kontaktbrücken 13.1; 13.2 elektrische Verbindungen-14 Anschlußuchse Leerseite

Claims

Erfindungs anspruch Pi ezo elektriscber Beschleunigungsaufnehmer in Scheranregung, bestehend aus einer Basis mit einem eingesetzten Träger, einem oder mehreren Piezoelementen und seismischen Massen, gekennzeichnet dadurch, daß der Träger' (2) aus keramischem Material mit gleichen oder ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Piezoelemente (3) besteht.
2. Piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Träger (2) aus dem gleichen Material wie die Piezoelemente (3) besteht.
3. Piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer nach Punkt 1, gekennzeichnet«dadurch, daß der Träger (2) auf seiner Oberseite zwei Bondflächen (9.1; 9.2) und daß die Piezoelemente (3) auf der Oberseite zwei Bondflächen (10.1; 10.2), die mit den seitlichen Elektroden (11.1; 11.2) verbunden sind, aufweisen.