195693. lajstromszámú szabadalom • Piezoelektromos rezgésérzékelő
1 195 693 2 A 9.. 10. cs 11. ábrán egy nyíró típusú rezgésérzékelő látható. A rögzítő 14 furátokkal ellátott feni 2 alapban van egy 15 csappal bcsajtolva a lap alakú fém 5 tartórész, ennek szemközti felületeire megfelelő 6 ragasztórétegek és 1 kristálylapok közbeiktatásával csatlakoznak a fém 3 terhelődéinek. A 2 alap megfelelően kiképzett 16 pereméhez kapcsolódik egy elektromágnesesen árnyékoló és egyben mechanikai védelmet biztosító fém 8 védőbura. A 2 alapban kiképzett furaton haladnak át a 10 villamos kivezetések egy 11 árnyékolt kábelként, amely 9 kábelvédő csővel együtt 12 leszorító bilincs és 13 rögzítő csavarok útján van a 2 alaphoz hozzáerősítve. A találmány szerinti rezgésérzékelő méretezése szempontjából lényeges, hogy a rezgésérzékelő kapcsain kapott villamos jel létrehozásában az összes alkotórész szerepet játszik. A 12. ábrán szemléltetett kör keresztmetszetű vázlatos elrendezésben csupán a fém 5 tartórész, az ehhez' 6 ragasztóréteggel kapcsolódó piezoelektromos 1 kristálylap és ehhez újabb 6 ragasztórétcggel csatlakozó fém 3 terhelődem van feltüntetve. A kettős nyíllal feltüntetett irányú rezgés eseten az ábrázolt kompressziós típusú elrendezésben a mechanikai 5 feszültséget a 13. ábra, a mechanikai e nyúlást pedig a 14. ábra mutatja az elrendezés tengelye mentén az 5 tartórés/ alsó felületét«*»! mért x távolság függvényében. Látható, hogy a nyomó, illetve húzó, 5 feszültség a 3 terhelődem felső szabad felületén zérus, az 5 tartórész gerjesztett alsó felületén pedig maximális. A rendszer rezonanciafrekvenciájához képest kis frekvenciájú gerjesztés eseten a dinamikai 5 feszültség a maximális értékről egyenletesen csökken zérusra, mivel az egymáshoz rögzített felületeken az erő folytonos. Az c nyúlás azonban már másképp oszlik cl. Az e nyúlást úgy kaphatjuk meg, ha a 5 feszültséget osztjuk az E rugalmassági modulussal. A diagramból látható, hogy az 1 kristálylap nyúlása nagyobb mint az 5 tartórészé és a 3 terhelőelemé. A rendszer működése akkor optimális, ha az 1 kristálylap nyúlása, azaz deformációja jóval nagyobb mértékű, mint a fém alkatrészeké. A 15. ábrán egy 3m kristályosztályba ( a régebbi. Schönflies—féle jelölése: C3v) tartozó trigonális egykristály, például lítiumniobát vagy lítiumtan tálát egykristály látható a kristálytani X, Y és Z tengelyekkel. A 3nr kristályosztályba tartoznak még a piezoelektromos tulajdonságú turmalin, káliumbroinát, céziumnitrát és K3Cu(CN)4 kristály. A 16. ábrán azt szemléltetjük, hogy egy ilyen egykristály X—metszete merőleges az X—tengelyre, Y— metszete az Y tengelyre, Z—metszete pedig a Z— tengelyre. A 17. ábrán látható, hogy egy kimetszett 1 kristálylap egyik oldalélé az X tengellyel párhuzamos és az l kristálylap az X tengely körül úgy van elforgatva, hogy lapja a Z tengellyel a szöget zárjon be. A találmány szerinti rezgésérzékelőnél az 1 kristály lap megválasztásakor két alapvető követelményt kell figyelembe venni. Nyíró típusú rezgésérzékelőnél az 1 kristálylapnak az egyik oldalélével párhuzamos irányú nyíró igénybevételre nagy villamos jelet kell adnia, az erre merőleges irányú nyíró igénybevételre viszont minél kisebb villamos jelet szabad adnia, továbbá minél kisebb jelet szabad adnia a lap síkjára merőleges kompressziós nyomásra, illetve húzásra. Ezek a követelmények biztosítják, hogy a rezgésérzékelő csak a választott irányú rezgésre ad jelet. A második követelmény az, hogy a választott irányú rezgésnek megfelelő igénybevételre az 1 kristálylap k csatolási tényezője, illetve d piezolelektromos állandója a lehető legnagyobb legyen. 4 A 18. ábrán lítiumniobát egykristályból kivágott 1 kristály lap k csatolási tényezőjének változása látható a 17. ábrán szemléltetett kivágási a szög függvényében. A 20 görbe az. 1 kristálylapra merőleges kompressziós igénybevételre, a 21 görbe pedig a lappal párhuzamos irányú nyíró igénybevételre mutatja a k csatolási tényezőt. Nyíró— típusú rezgésérzékelőhöz a = 163° környékén, kompreszsziós típusú rezgésérzékelőhöz pedig a = 36° környékén célszerű a kivágási a szöget megválasztani. Az a = 163° környékén az 1 kristálylap a lapjára merőleges irányú húzás-nyomásra gyakorlatikig nem ad jelet, a lapjának irányába eső nyíró igénybevételre viszont maximális jelet ad. Ezzel szemben az a = 36° környéken az 1 kristálylap a húzó-nyomó igénybevételre ad maximális jelet, a nyíró igénybevételre pedig minimálisát. A 19. ábrán a találmány szerinti rezgésérzékelőben előnyösen alkalmazható lítiumniobát egykristály és ismert piezokerámiák d piezoelektromos állandójának hőmérsékletfüggése látható. A 24 görbe a lítiumniobát egykristály nyíró irányú igénybevételénél, a 25 görbe húzó-nyomó igénybevételénél mutatja a hőmérsékletfüggést. A 23 görbe PZT4 típusú, 24 görbe PZT5 típusú piezokerámia nyíró irányú igénybevételénél mutatja a hőmérsékletfüggést. Látható, hogy lítiumniobát egykristály d piezoelektromos állandója kisebb mint a piezokerámiáké, viszont a T hőmérséklet függvényében jóval kevésbé változik. Szabadalmi igénypontok 1. Piezoelektromos rezgésérzékelő, amelynek a mérendő testhez csatlakoztatható tartórésze és ehhez piezoelektromos test vagy testek közbeiktatásával ragasztással rögzített, tehetetlen tömeget képező egy vagy több terhelőeleme van, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos test a 3m kristályosztályba tartozó egykristályból kimetszett, az érzékelendő rezgés irányában legalább 0,2 csatolási tényezőjű kristálylap (1), amely mind a tartórészhez (5), mind pedig a terhelőelemhez (3) egy -egy ragasztóréteg (6) közbeiktatásával van rögzítve, amely ragasztóréteg (6) vastagsága kisebb mint a kristálylap (1) vastagságának egytizede. 2. Az 1. igénypont szerinti rezgésérzékelő, azzal jellemez, ve, hogy a piezoelektromos kristálylap(1) lítiumniobát vagy lítiumtantalát egykristályból van künetszve. 3. A 2. igénypont szerinti rezgésérzékelő, azzal jellemezve, hogy a terhelőelem (3) a piezoelektromos kristálylap (1) közbeiktatásával az érzékelendő rezgés irányára merőleges irányban van a tartórészhez (5) csatlakoztatva, és a piezoelektromos kristály lap (1) a lítiumniobát egykristályból vagy a kristálytani X tengelyre,merőlegesen, vagy az X tengely körül elforgatva a kristálytani Z tengellyel 163 ±8 -os szöget bezáróan van kimetszve. 4. A 2. igénypont szerinti rezgésérzékelő, azzal jellemezve, hogy a terhelőelem (3) a piezoelektromos kristálylap (1) közbeiktatásával az érzékelendő rezgés irányára merőleges irányban van a tartórészhez (5) csatlakoztatva, és a piezoelektromos kristálylap (1) a lítiumtantalát egykristályból vagy a kristálytani Y tengelyre merőlegesen, vagy a kristálytani X tengely körül elforgatva a kristálytani Z tengellyel 165 ± 8°-os szöget bezáróan van kimetszve. 5. A 2. igénypont szerinti rezgésérzékelő, azzal jellemezve, hogy a terhelődem (3) a piezoelektromos kristály-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 35
