ES2984748T3 - Acelerómetro - Google Patents
Acelerómetro Download PDFInfo
- Publication number
- ES2984748T3 ES2984748T3 ES21204693T ES21204693T ES2984748T3 ES 2984748 T3 ES2984748 T3 ES 2984748T3 ES 21204693 T ES21204693 T ES 21204693T ES 21204693 T ES21204693 T ES 21204693T ES 2984748 T3 ES2984748 T3 ES 2984748T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- base body
- piezoelectric element
- electrically conductive
- piezoelectric
- housing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P1/00—Details of instruments
- G01P1/02—Housings
- G01P1/023—Housings for acceleration measuring devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/0802—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
- G01P15/0915—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up of the shear mode type
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/097—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
La invención se refiere a un sensor de aceleración con un cuerpo base que presenta superficies laterales tangenciales dispuestas tangencialmente a un eje vertical y superficies laterales normales dispuestas perpendicularmente al eje vertical; con al menos un elemento piezoeléctrico fijado a una superficie lateral tangencial; con al menos una masa sísmica fijada al elemento piezoeléctrico; y con una carcasa y una salida de señal fijada a la carcasa y que presenta conductores de señal; en donde una superficie lateral tangencial a la que no está fijado ningún elemento piezoeléctrico está dispuesta a una distancia de los conductores de señal mediante un hueco de montaje que se extiende perpendicularmente al eje vertical; en donde una primera superficie lateral normal o un soporte fijado a una primera superficie lateral normal presenta conductores de salida del cuerpo base; y en donde los conductores de salida del cuerpo base están en contacto directo con los conductores de señal, salvando el hueco de montaje perpendicularmente al eje vertical. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Acelerómetro
Campo técnico
La invención se refiere a un acelerómetro según el preámbulo de la reivindicación independiente.
Estado de la técnica
Las aceleraciones de un objeto físico se detectan en aplicaciones muy diversas como la robótica, la generación de energía, el transporte, etc. Los choques y vibraciones del objeto físico que actúan sobre el objeto físico se detectan como aceleraciones. Las aceleraciones se especifican como múltiplos de la aceleración gravitatoria g = 9.81 ms-2 Los órdenes de magnitud típicos de las aceleraciones detectadas son /-500 g para rangos de medición de 2 Hz a 10 kHz. Para detectar las aceleraciones se fija un acelerómetro al objeto físico.
El documento CH399021A1 muestra un acelerómetro de este tipo con una masa sísmica, un sistema piezoeléctrico y un cuerpo base. Para la protección contra influencias ambientales perjudiciales, el acelerómetro tiene una carcasa en la que están dispuestos la masa sísmica, el sistema piezoeléctrico y el cuerpo base. El acelerómetro se fija al objeto físico a través de la carcasa. Durante la aceleración, la masa sísmica ejerce una fuerza sobre el sistema piezoeléctrico que es proporcional a su aceleración. El sistema piezoeléctrico dispone de varios discos planos de material piezoeléctrico con una alta sensibilidad al efecto piezoeléctrico longitudinal. Bajo la acción de la fuerza, el material piezoeléctrico genera cargas piezoeléctricas, y una cantidad de cargas piezoeléctricas generadas es proporcional a la magnitud de la fuerza. Con el efecto piezoeléctrico longitudinal, las cargas piezoeléctricas se generan en las mismas áreas frontales de los discos sobre los que la fuerza actúa también como fuerza normal. Cada disco tiene dos áreas frontales en las que se generan cargas piezoeléctricas de polaridad opuesta. El sistema piezoeléctrico también tiene electrodos delgados hechos de material conductor de electricidad para recoger las cargas piezoeléctricas de las dos áreas frontales. Cada electrodo tiene una superficie del tamaño de un área frontal. La superficie del electrodo está en contacto directo y total con el área frontal. Además, el sistema piezoeléctrico se precarga mecánicamente mediante un manguito de precarga situado entre la masa sísmica y el cuerpo base. La precarga mecánica cierra poros microscópicamente pequeños entre las áreas frontales y los electrodos para que se detectan todas las cargas piezoeléctricas generadas, lo que es importante para la linealidad del acelerómetro; la linealidad es la relación entre el número de cargas piezoeléctricas y la magnitud de la fuerza. Las cargas piezoeléctricas pueden derivarse eléctricamente como señales de aceleración. Las señales de aceleración derivadas eléctricamente pueden convertirse eléctricamente en una unidad convertidora.
El documento DE69405962T2 también describe un acelerómetro con una masa sísmica y un sistema piezoeléctrico en una placa de circuito impreso. El acelerómetro detecta aceleraciones según el efecto de empuje transversal como fuerza de cizallamiento a lo largo de un eje. El sistema piezoeléctrico está situado entre la masa sísmica y la placa de circuito impreso. La unidad convertidora está situada en la placa de circuito impreso.
Ahora bien, el sistema piezoeléctrico del documento CH399021A1 sólo es sensible a una fuerza normal a lo largo de un eje. Y también el sistema piezoeléctrico del documento DE69405962T2 solo es sensible a una fuerza de cizallamiento a lo largo de un eje. Sin embargo, son deseables acelerómetros que puedan detectar simultáneamente aceleraciones a lo largo de varios ejes de un sistema de coordenadas rectangular.
El documento RU1792537C1 divulga un acelerómetro que puede detectar aceleraciones en tres dimensiones físicas. Un sistema piezoeléctrico con seis discos planos hechos de material piezoeléctrico y seis masas sísmicas están unidos a un cuerpo base en forma de cubo con seis superficies. En cada caso, dos superficies están alineadas perpendicularmente a uno de los tres ejes perpendiculares entre sí, este eje se denomina a continuación eje normal. En cada una de las seis superficies se dispone un disco plano entre la superficie y una masa sísmica. Los discos se precargan mecánicamente contra el cuerpo de base mediante una carcasa de precarga externa. Por tanto, el sistema piezoeléctrico tiene un par de discos para cada uno de los tres ejes normales. Los discos son muy sensibles al efecto de empuje transversal. En el efecto de empuje transversal se generan cargas piezoeléctricas en las mismas áreas frontales de los discos, sobre las que actúa una fuerza de cizallamiento tangencial al eje normal; este eje se denomina en lo sucesivo eje tangencial principal. El sistema piezoeléctrico dispone también de electrodos de material conductor de electricidad para recoger las cargas piezoeléctricas de las áreas frontales de los discos.
Según el documento RU1792537C1, el sistema piezoeléctrico tiene un par de discos de material piezoeléctrico con alta sensibilidad a una fuerza de cizallamiento a lo largo de un eje tangencial principal para cada uno de los tres ejes normales.
Desafortunadamente, no se puede evitar que el material piezoeléctrico tenga una sensibilidad más o menos alta a las fuerzas de cizallamiento a lo largo de diferentes ejes. Por ejemplo, un material piezoeléctrico con una alta sensibilidad a una fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial principal también tiene una sensibilidad, aunque baja, a una fuerza de cizallamiento a lo largo de un eje perpendicular al eje tangencial principal y perpendicular al eje normal; este eje se denomina en lo sucesivo eje tangencial secundario. Ambas fuerzas de cizallamiento, aquella a lo largo del eje tangencial principal y aquella a lo largo del eje tangencial secundario, generan cargas piezoeléctricas en las áreas frontales de los discos. Por poner un ejemplo, el cuarzo como material piezoeléctrico tiene una alta sensibilidad a la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial principal, que es un factor 7 superior a la baja sensibilidad a la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial secundario.
La baja sensibilidad del material piezoeléctrico para la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial secundario puede, por lo tanto, distorsionar la detección de la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial principal; las cargas piezoeléctricas correspondientes se denominan en lo sucesivo cargas piezoeléctricas de interferencia. Para evitar esta distorsión, el par de discos de polaridad opuesta se conecta eléctricamente en serie para cada uno de los tres ejes normales según el documento RU1792537C1. Esto tiene la ventaja de que una fuerza de cizallamiento que actúa a lo largo del eje tangencial secundario genera el mismo número de cargas piezoeléctricas de interferencia en las áreas frontales de los dos discos, pero estas cargas piezoeléctricas de interferencia tienen polaridad opuesta y son neutralizadas por la toma en conexión en serie.
El documento EP0546480A1 también describe un acelerómetro que detecta aceleraciones con un sistema piezoeléctrico según el efecto de empuje transversal con alta sensibilidad como fuerzas de cizallamiento a lo largo de tres ejes tangenciales principales perpendiculares entre sí. En una forma de realización según la Fig. 8, el sistema piezoeléctrico consta de seis discos de material piezoeléctrico; para cada uno de los tres ejes tangenciales principales se conecta eléctricamente en serie un par de discos de polaridad opuesta. El acelerómetro solo necesita tres masas sísmicas, una para cada uno de los tres ejes tangenciales principales. Detectando en serie, las cargas piezoeléctricas de interferencia originadas por las fuerzas de cizallamiento a lo largo de los ejes tangenciales secundarios se neutralizan para cada uno de los tres ejes tangenciales principales.
El documento US5539270A1 también se refiere a un acelerómetro para detectar aceleraciones en tres dimensiones físicas. Se proporciona un sistema piezoeléctrico para cada dimensión, cada sistema piezoeléctrico tiene dos placas hechas de material piezoeléctrico. Las dos placas están conectadas materialmente entre sí a través de áreas frontales enfrentadas. La conexión de cierre geométrico es eléctricamente aislante. En las áreas frontales opuestas de las placas se fijan electrodos que captan las cargas piezoeléctricas generadas por efecto de una fuerza normal. Los tres sistemas piezoeléctricos están unidos mecánicamente a un soporte. El soporte tiene conductores eléctricos que desvían las cargas piezoeléctricas de los electrodos. No se prevén masas sísmicas.
A menudo hay poco espacio disponible para fijar el acelerómetro al objeto físico. Por lo tanto, el acelerómetro debe tener unas dimensiones externas reducidas, inferiores a 50 cm3 También son deseables frecuencias de medición de más de 10 kHz. Y puesto que la frecuencia de resonancia del acelerómetro es inversamente proporcional a su peso, debería por tanto tener un peso reducido.
El documento CN201152880Y muestra un acelerómetro con un sistema piezoeléctrico, una masa sísmica y un cuerpo base. El cuerpo base es cilíndrico y termina a lo largo de un eje vertical en un área frontal normal. A lo largo de un eje normal, que es perpendicular al eje vertical, el sistema piezoeléctrico se precarga mecánicamente a través de un manguito de precarga entre el cuerpo base y la masa sísmica. El manguito de precarga es cilíndrico hueco y termina con un área lateral en el mismo plano que el área frontal normal del cuerpo base. La masa sísmica tiene forma de disco y también termina con un área lateral en el plano del área frontal normal del cuerpo base. Una unidad convertidora en la forma de realización de un amplificador de carga está dispuesta en este plano sobre las áreas laterales del manguito de precarga y la masa sísmica y en el área frontal normal del cuerpo base, lo que ahorra espacio.
Una desventaja de esta disposición de la unidad convertidora en las áreas laterales del manguito de precarga y la masa sísmica y en el área frontal normal del cuerpo de base es la formación de una derivación de fuerza entre la masa sísmica y el cuerpo de base. Por consiguiente, la masa sísmica ya no puede vibrar libremente bajo el efecto de una aceleración, de modo que se inhibe una fuerza ejercida sobre el sistema piezoeléctrico debido a la inercia de la masa sísmica, como resultado de lo cual la fuerza ya no es proporcional a la aceleración, y las cargas piezoeléctricas generadas por el material piezoeléctrico tampoco son proporcionales a la aceleración que se desea detectar. Por lo tanto, la derivación de fuerza falsea la detección de la aceleración.
Un primer objetivo de la presente invención es proporcionar un acelerómetro que pueda detectar la aceleración en varias dimensiones físicas simultáneamente. La invención se fija como segundo objetivo dar a conocer un acelerómetro que detecte una aceleración con la menor distorsión posible. El tercer objetivo de la invención es que el acelerómetro tenga unas dimensiones externas pequeñas y un peso reducido. El cuarto objetivo de la invención es proporcionar un acelerómetro para altas frecuencias de medición de más de 10 kHz. Y el quinto objetivo de la invención es hacer que el acelerómetro sea rentable de fabricar.
Representación de la invención
Al menos uno de los objetivos se resuelve mediante las características de la reivindicación independiente.
La invención se refiere a un acelerómetro que tiene un cuerpo base que tiene áreas laterales tangenciales y áreas laterales normales; dichas áreas laterales tangenciales están dispuestas tangencialmente a un eje vertical y dichas áreas laterales normales están dispuestas normales al eje vertical; con al menos un elemento piezoeléctrico que está unido a un área lateral tangencial; con al menos una masa sísmica que está unida al elemento piezoeléctrico; y con una carcasa y una salida de señal; dicha salida de señal está unida a la carcasa y tiene conductores de señal; en cuyo caso una área lateral tangencial, a la que no está unido ningún elemento piezoeléctrico, está separada de los conductores de señal por un hueco de montaje que se extiende perpendicularmente al eje vertical; una primera área lateral normal o un soporte unido a una primera área lateral normal comprende conductores de salida del cuerpo de base; y los conductores de salida del cuerpo de base están directamente en contacto con los conductores de señal tendiendo un puente sobre el hueco de montaje perpendicular al eje vertical.
La invención tiene la ventaja de que todas las áreas laterales del cuerpo base se utilizan de forma óptima para ahorrar espacio. Al menos un elemento piezoeléctrico y una masa sísmica se fijan a una área lateral tangencial. Para detectar aceleraciones en tres dimensiones físicas, pueden fijarse otros dos elementos piezoeléctricos y otras dos masas sísmicas a otras dos áreas laterales tangenciales. Esto significa que el cuerpo base con el elemento piezoeléctrico y la masa sísmica puede prefabricarse y almacenarse como producto intermedio, lo que hace que la fabricación del acelerómetro sea rentable. En caso necesario, el producto intermedio puede fijarse a la carcasa por una área lateral normal. La carcasa protege el elemento piezoeléctrico de las influencias ambientales nocivas. Para ello, la carcasa dispone ventajosamente de una abertura para colocar el producto intermedio dentro de la carcasa. Para derivar las señales de aceleración del acelerómetro desde el interior de la carcasa, la salida de señal dispone de conductores de señal. De acuerdo con la invención, una área lateral tangencial permanece vacía con el fin de disponer el cuerpo base lo más cerca posible de los conductores de señal, separados únicamente por un hueco de montaje.
Esto se debe a que los conductores de salida del cuerpo base están dispuestos sobre otra área lateral normal o sobre un soporte. El área lateral normal adicional y los conductores de señal son fácilmente accesibles a través de la abertura de la carcasa para una herramienta de contacto. De este modo, el producto intermedio puede ponerse en contacto directamente con los conductores de señal a través de los conductores de salida del cuerpo base; dichos conductores de salida del cuerpo base solo tienen que salvar el hueco de montaje para este fin, lo que puede llevarse a cabo fácil y rápidamente, por lo cual el montaje también es rentable.
Otras formas de realización ventajosas de la invención son objeto de las características de las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, la invención se explica con más detalle mediante formas de realización ejemplares con referencia a las figuras.
La figura 1 muestra una vista de una parte de una primera forma de realización de un acelerómetro con unidad de sensor;
La figura 2 muestra una vista de una parte de una segunda forma de realización de un acelerómetro con unidad de sensor;
La figura 3 muestra una vista de una unidad de sensor con unidad convertidora del acelerómetro según la figura 1;
La figura 4 muestra una vista de una unidad de sensor con unidad convertidora del acelerómetro según la figura 2;
La figura 5 muestra una vista en despiece de una parte de la unidad de sensor según las figuras 1 a 4;
La figura 6 muestra una vista superior de la unidad de sensor según las figuras 1 a 5 bajo el efecto de la aceleración;
La figura 7 muestra una primera vista de una primera forma de realización de un elemento piezoeléctrico de la unidad de sensor según las figuras 1 a 5;
La figura 8 muestra una segunda vista de la forma de realización del elemento piezoeléctrico según la figura 7;
La figura 9 muestra una primera vista de una segunda forma de realización de un elemento piezoeléctrico de la unidad de sensor según las figuras 1 a 5;
La figura 10 muestra una segunda vista de la segunda forma de realización del elemento piezoeléctrico según la figura 9;
La figura 11 muestra una representación esquemática de la derivación de las cargas piezoeléctricas de la unidad de sensor según las figuras 1 a 5;
La figura 12 muestra una representación esquemática de un filtro de paso alto de la unidad convertidora de la unidad de sensor según la figura 11;
La figura 13 muestra una representación esquemática de un filtro de paso bajo de la unidad convertidora de la unidad de sensor según la figura 11;
La figura 14 muestra una vista de un primer paso en el ensamblaje del acelerómetro según la figura 2, en el que los conductores de señal son guiados dentro de una carcasa;
La figura 15 muestra una vista de un segundo paso en el ensamblaje del acelerómetro según la figura 2, en el que los conductores de señal en la carcasa se moldean con masa de moldeo;
La figura 16 muestra una vista de un tercer paso en el ensamblaje del acelerómetro según la figura 2, en el que los conductores de señal en la carcasa, que han sido moldeados con masa de moldeo, están parcialmente expuestos;
La figura 17 muestra una vista de un cuarto paso en el montaje del acelerómetro según la figura 2, en el que la unidad de sensor se coloca en la carcasa; y
La figura 18 muestra una vista de un quinto paso en el montaje del acelerómetro según la figura 2, en el que la unidad convertidora de la unidad de sensor se pone en contacto eléctricamente.
Formas para la realización de la invención
Las figuras 1 y 2 muestran una parte de dos formas de realización de un acelerómetro 1 según la invención. El acelerómetro 1 tiene una unidad de sensor 1.1, una carcasa 1.2, una unidad convertidora 1.3 y una salida de señal 1.4. El acelerómetro 1 está dispuesto en un sistema de coordenadas rectangular con tres ejes x, y, z, que también se denominan eje transversal x, eje longitudinal y, así como eje vertical z.
La carcasa 1.2 protege el acelerómetro 1 de influencias ambientales nocivas como la contaminación (polvo, humedad, etc.) y de efectos de interferencia eléctrica y electromagnética en forma de radiación electromagnética. La carcasa 1.2 está hecha de materiales mecánicamente resistentes, como metales puros, aleaciones de níquel, aleaciones de cobalto, aleaciones de hierro, etc. La carcasa 1.2 tiene una sección transversal rectangular, con una anchura a lo largo del eje transversal x preferiblemente inferior a 5 cm, con una longitud a lo largo del eje longitudinal y preferiblemente inferior a 5 cm y con una altura a lo largo de un eje vertical z preferiblemente inferior a 2 cm, de modo que tiene una pequeña dimensión externa inferior a 50 cm3. La carcasa 1.2 tiene forma de olla con una abertura de carcasa 1.20 y una base de carcasa 1.23. La abertura de carcasa 1.20 tiene unas dimensiones tan grandes que la unidad de sensor 1.1 puede colocarse en la carcasa 1.2 a través de la abertura de carcasa 1.20 y sujetarse con la base de carcasa 1.23 y ponerse en contacto con la salida de señal 1.4. A los efectos de la invención, por "contacto" se entiende una conexión eléctrica y mecánica. La abertura de la carcasa 1.20 puede cerrarse mediante una tapa de la carcasa 1.21. Preferiblemente, el cierre se efectúa mediante un cierre con material como soldadura, pegado, etc. La carcasa 1.2 se utiliza para fijar el acelerómetro 1 a un objeto físico cuya aceleración se desea detectar. El procedimiento de fijación es arbitrario.
La unidad de sensor 1.1 tiene un primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10", una primera, segunda y tercera masa sísmica 11, 11', 11" y un cuerpo base 12. El primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" tiene una masa sísmica 11, 11', 11". El primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' y la primera, segunda y tercera masas sísmicas 11, 11', 11" están fijados al cuerpo base 12. El cuerpo base 12 está fijado a su vez a la masa sísmica 11, 11', 11". El cuerpo de base 12 está a su vez fijado a la carcasa 1.2. Preferiblemente, el cuerpo de base 12 está fijado a la carcasa 1.2 mediante cierre con materiales como pegado, soldadura, etc.
El primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' están hechos de material piezoeléctrico como cuarzo (SiO2 monocristal), galio-germanato de calcio (Ca3Ga2Ge4O-M o CGG), langasita (La3Ga5S¡O-M o LGS), turmalina, ortofosfato de galio, piezocerámica, etc. El primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' tienen una alta sensibilidad a la fuerza que debe absorberse. El primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' es rectangular en sección transversal con una superficie preferiblemente inferior a 1 cm2 y con un grosor preferiblemente inferior a 2 mm. Conociendo la invención, el experto en la materia puede realizar elementos piezoeléctricos de forma diferente con otras formas de sección transversal, como un círculo, etc.
Preferiblemente, la primera, segunda y tercera masa sísmica 11, 11', 11'' están hechas de material de alta densidad como iridio, platino, tungsteno, oro, etc. Para las pequeñas dimensiones externas del acelerómetro 1, la primera, segunda y tercera masa sísmica 11, 11', 11" tienen una alta densidad preferiblemente superior a 19 g/cm3 La primera, segunda y tercera masa sísmica 11, 11', 11" son rectangulares en sección transversal con una superficie preferiblemente inferior a 1 cm2 y un grosor preferiblemente inferior a 5 mm. Conociendo la invención, el experto en la materia puede realizar masas sísmicas de forma diferente con otras formas de sección transversal, como un círculo, etc. El experto en la materia también puede utilizar masas sísmicas de material de menor densidad, como acero, cerámica, etc.
El cuerpo base 12 está hecho de material mecánicamente rígido de baja densidad, como AhO3, cerámica, cerámica de AhO3, zafiro, etc. El cuerpo base 12 es mecánicamente rígido para transmitir inelásticamente una aceleración a detectar desde la carcasa 1.1 a la primera, segunda y tercera masa sísmica 11, 11', 11''. Para una alta rigidez mecánica del acelerómetro 1, el cuerpo base 12 tiene un alto módulo de elasticidad, preferiblemente de 350 GPa a 470 GPa. Para reducir el peso del acelerómetro 1, el cuerpo de base 12 tiene una densidad baja, preferiblemente inferior a 4 g/cm3. El cuerpo de base 12 es preferiblemente un cubo con seis áreas laterales 12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.6, 12.7. Cuatro áreas laterales tangenciales 12.1, 12.2, 12.3, 12.4 están dispuestas tangencialmente al eje vertical z. Dos áreas laterales normales 12.6, 12.7 están dispuestas normales al eje vertical z. Las áreas laterales 12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.6, 12.7 tienen en gran medida el mismo tamaño. Cada área lateral 12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.6, 12.7 tiene una superficie inferior a 1 cm2. En el sentido de la invención, la expresión adjetiva "en gran medida" tiene el significado de "+/-10%". Cada uno de los ejes x, y, z es normal a dos de las áreas laterales. Con el conocimiento de la invención, el experto en la materia puede realizar un cuerpo de base de forma diferente con otras formas de superficie, como un círculo, etc.
Una primera masa sísmica 11 y un primer elemento piezoeléctrico 10 están fijados a una primera área lateral tangencial 12.1 del cuerpo de base 12. Una segunda masa sísmica 11' y un segundo elemento piezoeléctrico 10' están fijados a una segunda área lateral tangencial 12.2 del cuerpo base 12. Una tercera masa sísmica 11" y un tercer elemento piezoeléctrico 10" están fijados a una tercera área lateral tangencial 12.3 del cuerpo base 12. Un elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" está dispuesto en cada caso entre una área lateral tangencial 12.1, 12.2, 12.3 y una masa sísmica 11, 11', 11". Una cuarta área lateral tangencial 12.4 está libre.
La primera, segunda y tercera masa sísmica 11, 11', 11" y el primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" se fijan al cuerpo base 12 mediante un primer, segundo y tercer medio de conexión interior 15, 15', 15" y un primer, segundo y tercer medio de conexión exterior 16, 16', 16". La fijación se consigue por medio de cierre con materiales, como pegado, unión por termocompresión, etc. Dicha fijación mecánica de la primera, segunda y tercera masa sísmica 11, 11', 11" y del primero, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" mediante el primer, segundo y tercer medio de conexión interior y primer, segundo y tercer medio de conexión exteriores 15, 15', 15", 16, 16', 16" facilita el montaje del acelerómetro 1 y puede realizarse de forma rápida y económica.
El primer, segundo y tercer medio de conexión interior y el primer, segundo y tercer medio de conexión exterior 15, 15', 15", 16, 16', 16" es un adhesivo de curado químico o un adhesivo capaz de fraguar físicamente o una combinación de un adhesivo de curado químico y un adhesivo capaz de fraguar físicamente. Preferiblemente, el primer, segundo y tercer medio de unión interior y el primer, segundo y tercer medio de unión exterior 15, 15', 15", 16, 16', 16'' comprenden adhesivos como epóxido, poliuretano, cianoacrilato, metacrilato de metilo, etc. El primer, segundo y tercer medio de unión interior y el primer, segundo y tercer medio de unión exterior 15, 15', 15'', 16, 16', 16'' es un aislante eléctrico con una resistencia eléctrica específica superior a 1012 Qmm2/m.
Como se muestra en la figura 5, el primer elemento piezoeléctrico 10 está fijado a la primera área lateral tangencial 12.1 a través de un primer medio de conexión interior 15. La primera masa sísmica 11 está fijada al primer elemento piezoeléctrico 10 a través de un primer medio de conexión exterior 16. El segundo elemento piezoeléctrico 10' está fijado a la segunda área lateral tangencial 12.2 a través de un segundo medio de conexión interior 15'. La segunda masa sísmica 11' está fijada al segundo elemento piezoeléctrico 10' a través de un segundo medio de conexión exterior 16'. El tercer elemento piezoeléctrico 10" está fijado a la tercera área lateral tangencial 12.3 a través de un tercer medio de conexión interior 15''. La tercera masa sísmica 11" está fijada al tercer elemento piezoeléctrico 10" a través de un tercer medio de conexión externo 16".
Preferiblemente, el primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" están fijados a la primera, segunda y tercera masa sísmica 11, 11', 11" y al cuerpo base 12 por el primer, segundo y tercer medio de conexión interior y el primer, segundo y tercer medio de conexión exterior 15, 15', 15", 16, 16', 16" para resistir fuerzas de cizallamiento.
Cada primer, segundo y tercer medio de conexión interior y cada primer, segundo y tercer medio de conexión exterior 15, 15', 15", 16, 16', 16" es rectangular en sección transversal con un área de superficie preferiblemente inferior a 1 cm2 y con un grosor preferiblemente inferior a 0.1 mm. Con el conocimiento de la invención, el experto puede realizar medios de conexión interiores y exteriores de forma diferente con otras formas de sección transversal, como un círculo, etc.
El primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" tienen una alta sensibilidad al efecto de empuje transversal a lo largo de un eje tangencial principal h y una baja sensibilidad al efecto de empuje transversal a lo largo de un eje tangencial secundario n y una baja sensibilidad al efecto piezoeléctrico transversal a lo largo de un eje normal a. Para cada uno de los tres elementos piezoeléctricos 10, 10', 10", el eje tangencial principal h es uno diferente de los tres ejes x, y, z. Para cada uno de los tres elementos piezoeléctricos 10, 10', 10", el eje tangencial secundario n es uno diferente de los tres ejes x, y, z. Para cada uno de los tres elementos piezoeléctricos 10, 10', 10", el eje normal a es uno diferente de los tres ejes x, y, z.
En el efecto de empuje transversal a lo largo del eje tangencial principal h o del eje tangencial secundario n se generan cargas piezoeléctricas en las mismas áreas frontales del primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'', sobre las que actúa una fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial principal h o del eje tangencial secundario n.
En el desplazamiento transversal piezoeléctrico, las cargas piezoeléctricas se generan en las áreas laterales del primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10''; dichas áreas laterales son perpendiculares a las áreas frontales del primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'', sobre los cuales actúa una fuerza normal a lo largo de un eje normal a.
Cuanto mayor es la sensibilidad, más cargas piezoeléctricas se generan para una magnitud de fuerza dada. Para los propósitos de la invención, los términos "alta sensibilidad" y "baja sensibilidad" están en relación uno con el otro. Cada uno de los tres elementos piezoeléctricos 10, 10', 10" genera más cargas piezoeléctricas, en al menos un factor de 5, por unidad de fuerza con una sensibilidad alta para una fuerza de cizallamiento a lo largo de un eje tangencial principal h que con una sensibilidad baja para una fuerza de cizallamiento a lo largo de un eje tangencial secundario n o para una fuerza normal a lo largo de un eje normal a.
Por lo tanto, el material piezoeléctrico se selecciona de tal manera que se tengan en cuenta principalmente las cargas piezoeléctricas del efecto de empuje transversal a lo largo del eje tangencial principal h para la detección de la aceleración. En lo sucesivo, las cargas piezoeléctricas según el efecto de empuje transversal a lo largo del eje tangencial secundario n y según el efecto piezoeléctrico transversal a lo largo del eje normal a se denominan cargas piezoeléctricas de interferencia.
La figura 6 es una vista superior de la unidad de sensor 1.1 bajo el efecto de la aceleración. Como resultado de la aceleración, la primera, segunda y tercera masa sísmica 11, 11', 11" ejercen una fuerza F sobre las áreas frontales del primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10". La fuerza F actúa paralelamente, por ejemplo, a lo largo del eje longitudinal y, como se muestra mediante flechas.
El primer elemento piezoeléctrico 10 tiene una alta sensibilidad a una fuerza de cizallamiento a lo largo del eje longitudinal y como eje tangencial principal h. Dado que la fuerza F actúa a lo largo del eje longitudinal y, el primer elemento piezoeléctrico 10 genera cargas piezoeléctricas para él según el efecto de empuje transversal en las áreas frontales. El primer elemento piezoeléctrico 10 tiene una baja sensibilidad a una fuerza de cizallamiento a lo largo del eje vertical z como eje tangencial secundario n y tiene una baja sensibilidad a una fuerza normal a lo largo del eje transversal x como eje normal a. La fuerza F actúa a lo largo del eje longitudinal y, y allí ejerce un par de torsión a lo largo del eje vertical z. El primer elemento piezoeléctrico 10 genera cargas de interferencia piezoeléctricas para el par de torsión de acuerdo con el efecto de empuje transversal en las áreas frontales.
El segundo elemento piezoeléctrico 10' tiene una alta sensibilidad a una fuerza de cizallamiento a lo largo del eje transversal x como eje tangencial principal h. Sin embargo, dado que la fuerza F actúa a lo largo del eje longitudinal y, el segundo elemento piezoeléctrico 10' no genera cargas piezoeléctricas para él en las áreas frontales. El segundo elemento piezoeléctrico 10' tiene una baja sensibilidad a una fuerza de cizallamiento a lo largo del eje vertical z como eje tangencial secundario n y tiene una baja sensibilidad a una fuerza normal a lo largo del eje longitudinal y como eje normal a. Dado que la fuerza F actúa a lo largo del eje longitudinal y, el segundo elemento piezoeléctrico 10' genera cargas piezoeléctricas de interferencia para él según el efecto piezoeléctrico transversal en las áreas laterales.
Y el tercer elemento piezoeléctrico 10" tiene una alta sensibilidad a una fuerza de cizallamiento a lo largo del eje vertical z como eje tangencial principal h. Sin embargo, dado que la fuerza F actúa como una fuerza de cizallamiento a lo largo del eje longitudinal y, el tercer elemento piezoeléctrico 10'' no genera cargas piezoeléctricas para él en las áreas frontales. El tercer elemento piezoeléctrico 10'' tiene una baja sensibilidad a una fuerza de cizallamiento a lo largo del eje longitudinal n como eje tangencial secundario n y tiene una baja sensibilidad a una fuerza normal a lo largo del eje transversal x como eje normal a. La fuerza F actúa a lo largo del eje longitudinal y, y ejerce un par de torsión a lo largo del eje vertical z. El tercer elemento piezoeléctrico 10" genera cargas de interferencia piezoeléctricas para el par de torsión de acuerdo con el efecto de empuje transversal en las áreas frontales.
Las figuras 7 y 8 muestran en detalle una primera forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" de la unidad de sensor 1.1. Las figuras 9 y 10 muestran en detalle una segunda forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' de la unidad de sensor 1.1. El primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" tiene dos áreas frontales 110, 120 y cuatro áreas laterales 130, 140, 150, 160.
Cada uno de los tres elementos piezoeléctricos 10, 10', 10" tiene una primera área frontal 110 y una segunda área frontal 120. Cada área frontal 110, 120 se encuentra en un plano abarcado por el eje tangencial principal h y el eje tangencial secundario n. En el plano, el eje tangencial secundario n es perpendicular al eje tangencial principal h. Y el eje normal a es normal al plano. Bajo la acción de una fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial principal h, cada uno de los tres elementos piezoeléctricos 10, 10', 10'' genera cargas piezoeléctricas en las dos áreas frontales 110, 120. Y bajo la acción de una fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial secundario n, cada uno de los tres elementos piezoeléctricos 10, 10', 10'' genera cargas piezoeléctricas de interferencia en las dos áreas frontales 110, 120. Cada uno de los tres elementos piezoeléctricos 10, 10', 10'' tiene áreas laterales 130, 140, 150, 160. Las áreas laterales 130, 140, 150, 160 son paralelas al eje normal a. Las áreas laterales 130, 140, 150, 160 tienen una primera área lateral 130, una segunda área lateral 140, una tercera área lateral 150 y una cuarta área lateral 160. La primera área lateral 130 y la cuarta área lateral 160 son normales al eje tangencial secundario n del elemento piezoeléctrico 10, 10', 10''. La segunda área lateral 140 y la tercera área lateral 150 son normales al eje tangencial principal h del elemento piezoeléctrico 10, 10', 10".
Bajo el efecto de una fuerza normal a lo largo del eje normal a, cada uno de los tres elementos piezoeléctricos 10, 10', 10" genera cargas piezoeléctricas de interferencia en las cuatro áreas laterales 130, 140, 150, 160.
Por lo tanto, las cargas piezoeléctricas para la fuerza de cizallamiento a detectar solo se generan en dos áreas frontales 110, 120 de los elementos piezoeléctricos. Y las cargas piezoeléctricas de interferencia se generan tanto en las dos áreas frontales 110, 120 como en las cuatro áreas laterales 130, 140, 150, 160.
Las áreas frontales 110, 120 tienen al menos un revestimiento frontal conductor de electricidad 111, 121 en algunas regiones. Un tamaño del área del revestimiento frontal eléctricamente conductor 111, 121 puede estar entre el 90% y el 100% de las áreas frontales 110, 120. Las áreas laterales 130, 140, 150, 160 tienen al menos un revestimiento lateral eléctricamente conductor 131, 141, 151, 161 en ciertas zonas. Un tamaño de la región del revestimiento lateral eléctricamente conductor 131, 141, 151, 161 puede estar comprendido entre el 0% y el 100% de las áreas laterales 130, 140, 150, 160. El revestimiento frontal conductor de electricidad 111, 121 y el revestimiento lateral conductor de electricidad 131, 141, 151, 161 pueden formarse por laminación térmica con una lámina metálica o por deposición de metal. Como metal puede utilizarse cobre, aleaciones de cobre, oro, aleaciones de oro, aluminio, aleaciones de aluminio, plata, aleaciones de plata, etc. El revestimiento frontal conductor de electricidad 111, 121 y el revestimiento lateral conductor de electricidad 131, 141, 151, 161 tienen preferiblemente un grosor inferior a 0.1 mm.
Por lo tanto, el acelerómetro 1 ya no tiene electrodos concretos, sino solo un revestimiento frontal eléctricamente conductor 111, 121 y un revestimiento lateral eléctricamente conductor 131, 141, 151, 161. Esto significa que hay menos componentes, lo que ahorra espacio y simplifica el montaje del acelerómetro 1.
Debido al revestimiento frontal conductor de electricidad 111, 121 y al revestimiento lateral conductor de electricidad 131, 141, 151, 161, no es necesario precargar mecánicamente el primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10". Esto se debe a que el revestimiento frontal eléctricamente conductor 111, 121 y el revestimiento lateral eléctricamente conductor 131, 141, 151, 161 se encuentran sobre las áreas frontales 110, 120 y las áreas laterales 130, 140, 150, 160 de una manera materialmente fijada y cierran poros microscópicamente pequeños en las áreas frontales 110, 120 y las áreas laterales 130, 140, 150, 160. Al cerrar los poros microscópicos, el acelerómetro 1 ya no requiere ningún medio de precarga independiente, como un manguito de precarga según el documento CH399021A1 o una carcasa de precarga según el documento RU1792537C1. Por lo tanto, hay menos componentes presentes, lo que ahorra espacio y peso y simplifica el montaje del acelerómetro 1.
De acuerdo con la primera forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" según las figuras 7 y 8, la primera área frontal 110 tiene dos primeros revestimientos frontales eléctricamente conductores 111, 111' en algunas regiones y dos primeras áreas extremas no recubiertas 112, 112' en algunas regiones. Y la segunda área frontal 120 tiene, en algunas regiones, dos múltiples revestimientos frontales eléctricamente conductores 121, 121', 121''. La primera área lateral 130 tiene un primer revestimiento conductor de electricidad 131 en algunas regiones, otro primer revestimiento conductor de electricidad 133 en algunas regiones y una pluralidad de primeras zonas laterales no revestidas 132, 132', 132", 132m, 132"" en algunas regiones. La segunda área lateral 140 tiene un segundo revestimiento lateral conductor de electricidad 141 en algunas regiones y una segunda zona lateral no revestida 142 en algunas regiones. La tercera área lateral 150 tiene un tercer revestimiento lateral conductor de electricidad 151 en algunas regiones y dos terceras zonas laterales no revestidas 152, 152' en algunas regiones. La cuarta área lateral 160 tiene un cuarto revestimiento lateral eléctricamente conductor 161 en algunas regiones.
De acuerdo con la primera forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" de acuerdo con las figuras 7 y 8, los dos primeros revestimientos laterales eléctricamente conductores 111, 111', el otro primer revestimiento lateral eléctricamente conductor 133 y el tercer revestimiento lateral eléctricamente conductor 151 forman un primer revestimiento eléctricamente conductor 101 contiguo. La pluralidad de segundos revestimientos frontales conductores de la electricidad 121, 121', 121'', el primer revestimiento lateral conductor de electricidad 131, el segundo revestimiento lateral conductor de electricidad 141 y el cuarto revestimiento lateral conductor de electricidad 161 forman un segundo revestimiento conductor de electricidad 102 contiguo.
En el sentido de la invención, la palabra adjetiva "contiguo" tiene el significado de "interconectado de modo eléctricamente conductor". El primer revestimiento eléctricamente conductor contiguo 101 capta las primeras cargas piezoeléctricas como primeras señales de aceleración S1 que se generan en las superficies del primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" por debajo del primer revestimiento eléctricamente conductor contiguo 101. El segundo revestimiento conductor de electricidad contiguo 102 capta segundas cargas piezoeléctricas como segundas señales de aceleración S2, que se generan en las superficies del primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' por debajo del segundo revestimiento conductor de electricidad contiguo 102. Las cargas piezoeléctricas primera y segunda tienen signos diferentes. O bien las primeras cargas piezoeléctricas tienen signo negativo, en cuyo caso las segundas cargas piezoeléctricas tienen signo positivo, o bien las primeras cargas piezoeléctricas tienen signo positivo, en cuyo caso las segundas cargas piezoeléctricas tienen signo negativo.
Preferiblemente, el primer revestimiento frontal conductor de electricidad 111 y el primer revestimiento lateral conductor de electricidad 131 forman el primer revestimiento conductor de electricidad contiguo 101. Preferiblemente, el segundo revestimiento frontal conductor de electricidad 121 y el otro primer revestimiento lateral conductor de electricidad 133 forman el segundo revestimiento conductor de electricidad contiguo 102. Preferiblemente, al menos un segundo, tercer o cuarto revestimiento lateral conductor de electricidad 141, 151, 161 es parte del primer revestimiento conductor de electricidad contiguo 101 o parte del segundo revestimiento conductor de electricidad contiguo 102.
De acuerdo con la primera forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" según las figuras 7 y 8, el primer revestimiento conductor de electricidad contiguo 101 y el segundo revestimiento conductor de electricidad contiguo 102 están aislados eléctricamente entre sí por dos primeras zonas extremas no revestidas 112, 112', una pluralidad de primeras zonas laterales no revestidas 132, 132', 132", 132™, 132™, una segunda zona lateral no revestida 142 y dos terceras zonas laterales no revestidas 152, 152'.
Según la segunda forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" según las figuras 9 y 10, la primera área frontal 110 tiene un primer revestimiento frontal eléctricamente conductor 111 en algunas regiones y una pluralidad de primeras zonas frontales no revestidas 112, 112', 112" en algunas regiones. Y la segunda área frontal 120 tiene, en algunas regiones, una pluralidad de segundos revestimientos frontales eléctricamente conductores 121, 121", 121™ y, en algunas regiones, una segunda zona frontal no revestida 122. La primera área lateral 130 tiene un primer revestimiento lateral eléctricamente conductor 131 en algunas regiones, otros dos primeros revestimientos laterales eléctricamente conductores 133, 133' en algunas regiones y una pluralidad de primeras zonas laterales no revestidas 132, 132', 132" en algunas regiones. La segunda área lateral 140 tiene un segundo revestimiento conductor de electricidad 141 en algunas regiones y varias segundas zonas laterales no revestidas 142, 142', 142'' en algunas regiones. La tercera área lateral 150 tiene un tercer revestimiento conductor de electricidad 151 en algunas regiones y una tercera zona lateral no revestida 152, 152' en algunas regiones. La cuarta área lateral 160 tiene un cuarto revestimiento conductor de electricidad 161 en algunas regiones.
De acuerdo con la segunda forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" de acuerdo con las figuras 9 y 10, la pluralidad de primeros revestimientos laterales eléctricamente conductores 112, 112', 112" y los dos primeros revestimientos laterales eléctricamente conductores 131, 131' forman un primer revestimiento eléctricamente conductor 101 contiguo. La pluralidad de segundos revestimientos frontales eléctricamente conductores 121, 121', 121'', los otros dos primeros revestimientos laterales eléctricamente conductores 133, 133', el segundo revestimiento lateral eléctricamente conductor 141, el tercer revestimiento lateral eléctricamente conductor 151 y el cuarto revestimiento lateral eléctricamente conductor 161 forman un segundo revestimiento eléctricamente conductor 102 contiguo.
De acuerdo con la segunda forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' según las figuras 9 y 10, los revestimientos laterales eléctricamente conductores 131, 131' del primer revestimiento eléctricamente conductor contiguo 101 captan cargas piezoeléctricas de interferencia para la fuerza normal a lo largo del eje normal a; dichas cargas piezoeléctricas de interferencia tienen la polaridad opuesta a las cargas piezoeléctricas de interferencia captadas por el primer revestimiento frontal eléctricamente conductor 111 del primer revestimiento eléctricamente conductor contiguo 101 para la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial secundario n. Y los revestimientos laterales eléctricamente conductores 133, 141, 151, 161 del segundo revestimiento eléctricamente conductor contiguo 102 captan cargas de interferencia piezoeléctricas para la fuerza normal a lo largo del eje normal a; dichas cargas de interferencia piezoeléctricas tienen polaridad opuesta a las cargas de interferencia piezoeléctricas captadas por el segundo revestimiento frontal eléctricamente conductor 121, 121'', 121''' del segundo revestimiento eléctricamente conductor contiguo 102 para la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial secundario n.
De acuerdo con la segunda forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" de acuerdo con las figuras 9 y 10, el primer revestimiento eléctricamente conductor 101 y el segundo revestimiento eléctricamente conductor 102 están aislados eléctricamente entre sí por una pluralidad de primeras zonas frontales no revestidas 112, 112', 112'', una segunda zona frontal no revestida 122, una pluralidad de primeras zonas laterales no revestidas 132, 132', 132'', una pluralidad de segundas zonas laterales no revestidas 142, 142', 142" y una tercera zona lateral no revestida 152.
Una relación entre el tamaño del primer revestimiento conductor de electricidad 131 y el tamaño del otro primer revestimiento conductor de electricidad 133 puede ajustarse mediante una posición y/o tamaño relativos de las primeras zonas laterales no revestidas 132, 132', 132", 132m, 132"" de la primera área lateral 130. En el sentido de la invención, el par de conjunciones "y/o" tiene el significado de que solo tiene lugar una de las conjunciones o de que tienen lugar ambas conjunciones.
Una relación entre el tamaño del primer revestimiento eléctricamente conductor 131 y el tamaño del otro primer revestimiento eléctricamente conductor 133 puede establecerse mediante una posición relativa de las primeras zonas laterales no revestidas 132, 132', 132''', 132''', 132"" de la primera área lateral 130 con respecto a la segunda y la tercera área lateral 140, 150. Dependiendo de la posición relativa de las primeras zonas laterales no revestidas 132, 132', 132", 132m, 132"" de la primera área lateral 130 más en la dirección de la segunda área lateral 140 o más en la dirección de la tercera área lateral 150, la relación entre el tamaño del primer revestimiento conductor de electricidad 131 y el tamaño del otro primer revestimiento conductor de electricidad 133 puede reducirse o aumentarse de modo correspondiente. De acuerdo con la primera forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' según las figuras 7 y 8, las primeras zonas laterales sin revestimiento 132, 132', 132", 132m, 132"" están relativamente cerca de la segunda área lateral 140. De acuerdo con la segunda forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' según las figuras 9 y 10, las primeras zonas laterales sin revestimiento 132, 132', 132'' están relativamente equidistantes de la segunda y tercera superficie lateral 140, 150.
Sin embargo, también puede ajustarse una relación entre el tamaño del primer revestimiento conductor de electricidad 131 y el tamaño del otro primer revestimiento conductor de electricidad 133 aumentando o disminuyendo el tamaño de las primeras zonas laterales no revestidas 132, 132', 132", 132m, 132"" de la primera área lateral 130. Según la primera forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" según las figuras 7 y 8, las primeras zonas laterales no revestidas 132, 132', 132'', 132™, 132"" son en gran medida dos veces más grandes que el primer revestimiento conductor de electricidad adicional 133 y las primeras zonas laterales no revestidas 132, 132', 132", 132m, 132"" son en gran medida cinco veces más pequeñas que el primer revestimiento conductor de electricidad 131. De acuerdo con la segunda forma de realización de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" de acuerdo con las figuras 9 y 10, las primeras zonas laterales no revestidas 132, 132', 132'' son en gran medida del mismo tamaño que el primer revestimiento eléctricamente conductor 131, 131' y que el otro primer revestimiento eléctricamente conductor 133.
Preferiblemente, los revestimientos laterales eléctricamente conductores del primer revestimiento eléctricamente conductor 101 captan cargas de interferencia piezoeléctricas para la fuerza normal a lo largo del eje normal a; dichas cargas de interferencia piezoeléctricas tienen polaridad opuesta a las cargas de interferencia piezoeléctricas captadas por el primer revestimiento frontal eléctricamente conductor del primer revestimiento eléctricamente conductor 101 para la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial secundario n. Y los revestimientos laterales eléctricamente conductores del segundo revestimiento eléctricamente conductor 102 captan cargas piezoeléctricas de interferencia para la fuerza normal a lo largo del eje normal a; dichas cargas piezoeléctricas de interferencia tienen polaridad opuesta a las cargas piezoeléctricas de interferencia captadas por el segundo revestimiento frontal eléctricamente conductor del segundo revestimiento eléctricamente conductor 102 para la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial secundario n.
Preferiblemente, un tamaño de los revestimientos laterales eléctricamente conductores del primer revestimiento eléctricamente conductor contiguo 101 se establece de tal manera que los revestimientos laterales eléctricamente conductores para la fuerza normal a lo largo del eje normal a captan en gran medida el mismo número de cargas piezoeléctricas de interferencia que capta el primer revestimiento frontal eléctricamente conductor del primer revestimiento eléctricamente conductor contiguo 101 para la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial secundario n. Y los revestimientos laterales eléctricamente conductores del segundo revestimiento eléctricamente conductor contiguo 102 captan en gran medida el mismo número de cargas piezoeléctricas de interferencia para la fuerza normal a lo largo del eje normal a que capta el segundo revestimiento frontal eléctricamente conductor del segundo revestimiento eléctricamente conductor contiguo 102 para la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial secundario n.
A diferencia del documento RU1792537C1, la fuerza de cizallamiento solo es detectada por un elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' por eje según la invención. Por lo tanto, no es posible neutralizar las cargas de interferencia piezoeléctricas de una fuerza de cizallamiento a lo largo de un eje tangencial secundario n que distorsionan la detección de la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial principal h mediante una conexión en serie de dos elementos piezoeléctricos por eje con polaridad opuesta. Por lo tanto, con el presente acelerómetro 1 se realiza una solución diferente. Esto se debe a que el material piezoeléctrico también genera cargas piezoeléctricas de interferencia en las áreas laterales 130, 140, 150, 160 para una fuerza normal a lo largo de un eje normal a. Estas cargas piezoeléctricas de interferencia también distorsionan la detección de la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial principal h. Por lo tanto, las áreas laterales 130, 140, 150, 160 no suelen captar estas cargas piezoeléctricas de interferencia. Ahora se ha reconocido que la aparición de una fuerza de cizallamiento a lo largo de un eje tangencial secundario n va acompañada de una fuerza normal a lo largo de un eje normal a. Para la primera, se generan cargas de interferencia piezoeléctricas en las áreas frontales 110, 120, y para la segunda se generan cargas de interferencia piezoeléctricas en las áreas laterales 130, 140, 150, 160. Estas dos cargas piezoeléctricas de interferencia distorsionan la detección de la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial principal h. Sin embargo, las áreas frontales 110, 120 y las áreas laterales 130, 140, 150, 160 pueden conectarse eléctricamente en serie mediante un primer y un segundo revestimiento conductor eléctrico contiguo 101, 102 y las cargas de interferencia piezoeléctricas que distorsionan la detección de la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje tangencial principal h pueden neutralizarse.
La figura 11 es una representación esquemática de la derivación de las cargas piezoeléctricas de la unidad de sensor 1.1. Puede verse una parte de un primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" con la primera área lateral 130, así como una parte de la unidad convertidora 1.3 y una parte de la salida de señal 1.4.
La unidad convertidora 1.3 puede convertir las primeras señales de aceleración S1. La unidad convertidora 1.3 tiene al menos un primer y un segundo conductor de elemento piezoeléctrico 13.1, 13.1', 13.1'', 13.2, 13.2', 13.2'', al menos un primer y un segundo conductor de cuerpo base 13.3, 13.3', 13.3'', 13.4, 13.4', 13.4'', al menos un convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10'', y al menos un primer y segundo conductor de salida de señal 13.8, 13.8', 13.8'', 13.9. La unidad convertidora 1.3 también tiene al menos una primera resistencia eléctrica 13.5, 13.5', 13.5", y/o al menos una segunda resistencia eléctrica 13.6, 13.6', 13.6".
En una primera forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 1 y 3, la unidad convertidora 1.3 está dispuesta exclusiva y directamente sobre el cuerpo base 12. La unidad convertidora 1.3 está dispuesta exclusiva y directamente en una primera área lateral normal 12.7 del cuerpo base 12. En una segunda forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 2 y 4, la unidad convertidora 1.3 está dispuesta exclusivamente sobre un soporte 13.7. El soporte 13.7 está hecho de un material eléctricamente aislante como AhO3, cerámica, cerámica de AhO3, plástico reforzado con fibras, etc. El soporte 13.7 está fijado al cuerpo base 12. El portador 13.7 está fijado, preferiblemente mediante unión de materiales como pegado, soldadura, etc., a la primera área lateral normal 12.7 del cuerpo base 12.
Los conductores del primer y segundo elemento piezoeléctrico 13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2", los conductores del primer y segundo cuerpo de base 13.3, 13.3', 13.3'', 13.4, 13.4', 13.4", la primera resistencia eléctrica 13.5, 13.5', 13.5", la segunda resistencia eléctrica 13.6, 13.6', 13.6", y el convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10"' están fijados a una primera área lateral normal 12.7 (primera forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 1 y 3) o al soporte 13.7 (segunda forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 2 y 4).
El primer y segundo conductor de elemento piezoeléctrico 13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2", el primer y segundo conductor de cuerpo de base 13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4", así como el primer y segundo conductor de salida de señal 13.8, 13.8', 13.8", 13.9 están hechos de material eléctricamente conductor tal como cobre, aleaciones de cobre, oro, aleaciones de oro, aluminio, aleaciones de aluminio, etc. y tienen un diámetro de 0.02 mm a 0.10 mm y son mecánicamente flexibles.
El primer y segundo conductores del elemento piezoeléctrico 13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2", el primer y segundo conductores del cuerpo base 13.3, 13.3', 13.3'', 13.4, 13.4', 13.4", y el primer y segundo conductores de salida de señal 13.8, 13.8', 13.8", 13.9 conducen la primera y segunda señal de aceleración S1, S2 de manera aislada de tierra. A efectos de la invención, el término "aislado de tierra" significa aislado eléctricamente de una toma de tierra del acelerómetro 1. Preferiblemente, la carcasa 1.2 del acelerómetro 1 está conectada a tierra, la carcasa 1.2 está a un potencial eléctrico de la toma de tierra local. De esta manera, las señales de aceleración S1, S2 se conducen eléctricamente de modo aislado de un potencial eléctrico del acelerómetro 1. De este modo, las fluctuaciones en el potencial eléctrico del acelerómetro 1, por ejemplo, entre la carcasa 1.2 y la unidad convertidora 1.3, no pueden distorsionar la detección de la aceleración.
Preferiblemente, los conductores del primer y segundo cuerpo base 13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4" están estructurados en un revestimiento eléctricamente conductor. El revestimiento conductor de electricidad se produce mediante deposición química en fase de vapor, deposición física en fase de vapor, etc. El revestimiento conductor de electricidad está hecho de material conductor de electricidad, como cobre, aleaciones de cobre, oro, aleaciones de oro, platino, aleaciones de platino, etc. El revestimiento conductor de electricidad es una película fina conductora de la electricidad. El término "película fina" en el sentido de la invención significa que el revestimiento conductor de electricidad tiene un grosor preferiblemente inferior a 0.1 mm perpendicularmente a la extensión plana. El revestimiento eléctricamente conductor se aplica directamente a la primera área lateral normal 12.7 (primera forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 1 y 3) o al soporte 13.7 (segunda forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 2 y 4). En el sentido de la invención, el adjetivo "directo" tiene el significado de "inmediato". Preferiblemente, la estructuración del primer y segundo conductor de cuerpo base 13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4" en el revestimiento eléctricamente conductor se lleva a cabo mediante plantillas, fotolitografía y ablación por láser.
Preferiblemente, la unidad convertidora 1.3 tiene tres primeros y segundos elementos piezoeléctricos conductores 13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2". En cada caso, un primer conductor de elemento piezoeléctrico eléctrico 13.1, 13.1', 13.1" conduce primeras señales de aceleración S1 desde el primer revestimiento conductor eléctrico 101 del primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' a la unidad convertidora 1.3. En cada caso, un segundo conductor de elemento piezoeléctrico eléctrico 13.2, 13.2', 13.2" conduce segundas señales de aceleración S2 desde el segundo revestimiento conductor eléctrico 102 del primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' a la unidad convertidora 1.3.
El primer y segundo conductores de elementos piezoeléctricos 13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2" están en contacto con la primera área lateral 130, porque la primera área lateral 130 está disponible y cumple una función técnica específica, a saber, los contactos de elementos piezoeléctricos 13.01, 13.01', 13.01'' están montados en ella para disipar las cargas piezoeléctricas, lo que ahorra espacio. En cada caso, un primer conductor de elemento piezoeléctrico 13.1, 13.1', 13.1"' entra en contacto con el primer revestimiento lateral eléctrico 131 a través de un primer contacto de elemento piezoeléctrico 13.01, 13.01', 13.01"'. En cada caso, un segundo conductor de elemento piezoeléctrico 13.2, 13.2', 13.01"' entra en contacto con el segundo revestimiento lateral eléctrico 131 a través de un segundo contacto de elemento piezoeléctrico 13.02, 13.02', 13.02". El primer y segundo contacto de elemento piezoeléctrico 13.01, 13.01', 13.01", 13.02, 13.02', 13.02" están fijados a la primera área lateral 130. El primer y segundo contacto de elemento piezoeléctrico 13.01, 13.01', 13.01", 13.02, 13.02', 13.02" son una conexión material tal como unión de alambre, soldadura, etc. Para la unión por alambre son adecuados procedimientos como la unión por termocompresión, la unión termosónica bola-cuña, la unión ultrasónica cuña-cuña, etc. Los contactos circulares del primer y segundo elemento piezoeléctrico 13.01, 13.01', 13.01", 13.02, 13.02', 13.02" en la figura 11 representan alambre moldeado.
Preferiblemente, la unidad convertidora 1.3 tiene tres primeros y segundos conductores de cuerpo base 13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4". En cada caso, un primer conductor de elemento piezoeléctrico 13.1, 13.1', 13.1" entra en contacto con un primer conductor de cuerpo de base 13.3, 13.3', 13.3" a través de un primer contacto de acceso de cuerpo de base 13.03, 13.03', 13.03". En cada caso, un segundo conductor de elemento piezoeléctrico 13.2, 13.2', 13.2" entra en contacto con un segundo conductor de cuerpo de base 13.4, 13.4', 13.4'' a través de un segundo contacto de acceso de cuerpo de base 13.04, 13.04', 13.04". Los primeros y segundos contactos de acceso al cuerpo base 13.03, 13.03', 13.03'', 13.04, 13.04', 13.04" están fijados a la primera área lateral normal 12.7 (primera forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 1 y 3) o al soporte 13.7 (segunda forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 2 y 4). Los primeros y segundos contactos de acceso al cuerpo base 13.03, 13.03', 13.03", 13.04, 13.04', 13.04" son una conexión material como la unión por alambre, soldadura, etc. Para la unión de alambres son adecuados procedimientos como la unión por termocompresión, la unión termosónica bola-cuña, la unión ultrasónica cuña-cuña, etc. Los primeros y segundos contactos circulares de acceso al cuerpo base 13.03, 13.03', 13.03", 13.04, 13.04', 13.04" de la figura 11 representan alambre moldeado.
La primera resistencia eléctrica 13.5, 13.5', 13.5", la segunda resistencia eléctrica 13.6, 13.6', 13.6" y el convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10" están conectados eléctricamente entre sí a través de los primeros conductores del cuerpo base 13.3, 13.3', 13.3". Los segundos conductores de cuerpo base 13.4, 13.4', 13.4" con las segundas señales de aceleración S2 del primer, segundo y tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" están cortocircuitados eléctricamente y se encuentran a un potencial eléctrico de referencia de la unidad convertidora 1.3. El potencial eléctrico de referencia es una tensión eléctrica continua estabilizada, es decir, constante en el tiempo.
Preferiblemente, la unidad convertidora 1.3 tiene tres convertidores de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10". Los tres convertidores de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10" tienen una estructura idéntica. En las formas de realización según las figuras 1 y 2, el convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10" es un componente electrónico. El convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10" está fijado mediante cierre con sustancia a través de un intermediario a la primera área lateral normal 12.7 (primera forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 1 y 3) o al soporte 13.7 (segunda forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 2 y 4) y/o el transductor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10" está fijado mediante cierre con sustancia a través del intermedirio a los conductores del primer y segundo cuerpo base 13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4". El intermediario es un adhesivo de curado químico, un adhesivo capaz de fraguar de manera física, una soldadura, etc. Preferiblemente, el intermedio es un adhesivo como epóxido, poliuretano, cianoacrilato, metacrilato de metilo, etc. En cada caso, un primer conductor de cuerpo de base 13.3, 13.3', 13.3" contacta con un convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10''. La manera y el tipo de contacto es arbitrario. En cada caso, un primer conductor de cuerpo de base 13.3, 13.3', 13.3" desvía primeras señales de aceleración S1 a una entrada de un convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10". Preferiblemente, la entrada del convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10' tiene una impedancia alta superior a 107 O. El convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10" convierte las primeras señales de aceleración S1 en tensiones eléctricas. Las primeras señales de aceleración S1 convertidas están presentes en una salida del convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10". Preferiblemente, la salida del convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10' tiene una impedancia baja de menos de 102 O. Con el conocimiento de la presente invención, el experto en la materia también puede utilizar un amplificador de carga con una resistencia eléctrica baja en una entrada del amplificador de carga en lugar de un convertidor de transimpedancia.
La figura 12 muestra una representación esquemática de un filtro de paso alto 18, 18', 18" de la unidad convertidora 1.3. Preferiblemente, la unidad convertidora 1.3 tiene tres primeras resistencias eléctricas 13.5, 13.5', 13.5"'. Las tres primeras resistencias eléctricas 13.5, 13.5', 13.5" tienen una estructura idéntica.
En la forma de realización según las figuras 1 y 2, la primera resistencia eléctrica 13.5, 13.5', 13.5" es un revestimiento resistivo de un material resistivo tal como AhO3, cerámica, cerámica de AhO3, etc. El revestimiento resistivo se obtiene por deposición química de vapor, deposición física de vapor, etc. El revestimiento resistivo es una película fina de resistencia eléctrica. El revestimiento resistivo es también una "película delgada" en el sentido de la invención; tiene un grosor preferiblemente inferior a 0.1 mm perpendicular a la extensión plana. El revestimiento resistivo se aplica directamente a la primera área lateral normal 12.7 (primera forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 1 y 3) o al soporte 13.7 (segunda forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 2 y 4) y/o el revestimiento resistivo se aplica directamente al primer y segundo conductor del cuerpo base 13.3, 13.3', 13.3"', 13.4, 13.4', 13.4"'. El revestimiento resistivo puede ser modelado por plantillas, fotolitografía, ablación por láser, etc.
En la forma de realización según las figuras 2 y 4, la primera resistencia eléctrica 13.5, 13.5', 13.5" es un componente eléctrico con un material de resistencia hecho de cerámica, óxido de metal, etc. y cables de conexión.
En cada caso, un primer conductor de cuerpo base 13.3, 13.3', 13.3"' contacta con una primera resistencia eléctrica 13.5, 13.5', 13.5". El tipo y la manera de contacto son arbitrarios. En cada caso, una primera resistencia eléctrica 13.5, 13.5', 13.5" está conectada eléctricamente en paralelo con uno de los tres elementos piezoeléctricos 10, 10', 10". Este circuito paralelo forma un filtro de paso alto 18, 18', 18'', porque el primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" es una capacitancia eléctrica. El filtro de paso alto 18, 18', 18" filtra frecuencias por debajo de una frecuencia límite. Preferiblemente, la frecuencia de corte es de 10 Hz. Al principio de la detección de una aceleración con el acelerómetro 1, una descarga del primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10" puede dar lugar a bajas frecuencias de interferencia por debajo de la frecuencia límite. Las bajas frecuencias de interferencia están presentes en la entrada del convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10" y forman una constante de tiempo indefinida. Las bajas frecuencias de interferencia pueden distorsionar la detección de la aceleración. El filtrado de las bajas frecuencias de interferencia proporciona al convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10" una constante de tiempo definida. La frecuencia límite puede ajustarse mediante el valor de la primera resistencia eléctrica 13.5, 13.5', 13.5".
La figura 13 muestra una representación esquemática de un filtro de paso bajo 17, 17', 17" de la unidad convertidora 1.3. Preferiblemente, la unidad convertidora 1.3 tiene tres segundas resistencias eléctricas 13.6, 13.6', 13.6". Las tres segundas resistencias eléctricas 13.6, 13.6', 13.6" tienen una estructura idéntica. La segunda resistencia eléctrica 13.6, 13.6', 13.6'' es un componente eléctrico con un material de resistencia hecho de cerámica, óxido metálico, etc. y cables de conexión. En cada caso, un primer conductor de cuerpo base 13.3, 13.3', 13.3"' contacta con una segunda resistencia eléctrica 13.6, 13.6', 13.6". El tipo y modo de contacto son arbitrarios. En cada caso, una segunda resistencia eléctrica 13.6, 13.6', 13.6" está conectada eléctricamente en serie con uno de los tres elementos piezoeléctricos 10, 10', 10". Esta conexión en serie forma un filtro de paso bajo 17, 17', 17'', porque el primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10'' es una capacitancia eléctrica. El filtro de paso bajo 17, 17', 17" filtra las altas frecuencias de interferencia por debajo de una frecuencia propia del acelerómetro 1. Tales altas frecuencias de interferencia son causadas por la excitación mecánica del acelerómetro 1. Las altas frecuencias de interferencia están presentes en la entrada del convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10" y pueden saturar el convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10" y, por tanto, distorsionar la detección de la aceleración. En función de la magnitud del valor de la segunda resistencia eléctrica 13.6, 13.6', 13.6", el filtro de paso bajo 17, 17', 17'' se ajusta a la frecuencia propia del acelerómetro 1.
Preferiblemente, la unidad convertidora 1.3 tiene tres primeros conductores de salida de cuerpo base 13.8, 13.8', 13.8"'. En cada caso, la salida de un convertidor de transimpedancia 13.10, 13.10', 13.10" entra en contacto con un primer contacto de salida de cuerpo de base 13.08, 13.08', 13.08" a través de un primer conductor de cuerpo de base 13.3, 13.3', 13.3". Preferiblemente, la unidad convertidora 1.3 tiene un segundo conductor de salida de cuerpo base 13.9. Los segundos conductores de cuerpo base 13.4, 13.4', 13.4" entran en contacto con el segundo conductor de salida de cuerpo base 13.9 a través de un segundo contacto de salida de cuerpo base 13.09. El primer y segundo contactos de salida de cuerpo base 13.08, 13.08', 13.08", 13.09 están fijados a la primera área lateral normal 12.7 (primera forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 1 y 3) o al soporte 13.7 (segunda forma de realización del acelerómetro 1 según las figuras 2 y 4). Los contactos de salida del primer y segundo cuerpo base 13.08, 13.08', 13.08'', 13.09 son una conexión material tal como unión de alambre, soldadura, etc. Para la unión por alambre, son adecuados procedimientos como la unión por termocompresión, la unión termosónica bola-cuña, la unión ultrasónica cuña-cuña, etc. Los contactos circulares de salida, primero y segundo, del cuerpo base 13.08, 13.08', 13.08'', 13.09 de la figura 11 representan alambre moldeado.
Los primeros conductores de salida del cuerpo base 13.8, 13.8', 13.8" desvían primeras señales de aceleración S1 convertidas a la salida de señal 1.4. El segundo conductor de salida del cuerpo de base 13.9 desvía la suma de las segundas señales de aceleración S2 a la salida de señal 1.4.
La salida de señal 1.4 está fijada a la carcasa 1.2 en algunas regiones. Preferiblemente, la salida de señal 1.4 según las formas de realización del acelerómetro 1 según las figuras 1 y 2 es un cable eléctrico. La salida de señal 1.4 tiene conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2, una cubierta protectora 14.3, una brida de cubierta 14.4, un aislamiento eléctrico 14.5 y una masa de moldeo 14.6.
Vista en sección transversal, la salida de señal 1.4 tiene una estructura multicapa.
Los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 forman una capa interior. Preferiblemente, la salida de señal 1.4 tiene tres primeros conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1" y un segundo conductor de señal 14.2. Los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 están hechos de material eléctricamente conductor como cobre, aleaciones de cobre, oro, aleaciones de oro, aluminio, aleaciones de aluminio, etc. Preferiblemente, cada conductor de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2 tiene una vaina de aislamiento eléctrico. El primer y segundo conductores de salida del cuerpo de base 13.8, 13.8', 13.8", 13.9 entran en contacto con el primer y segundo conductor de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2. En cada caso, un primer conductor de salida del cuerpo de base 13.8, 13.8', 13.8" entra en contacto con un primer conductor de señal 14.1, 14.1', 14.1". El segundo conductor de salida del cuerpo de base 13.9 entra en contacto con el segundo conductor de señal 14.2.
El aislamiento eléctrico 14.5 forma una capa central y está dispuesto alrededor de los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2. El aislamiento eléctrico 14.5 aísla eléctricamente los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 de la cubierta protectora 14.3. El aislamiento eléctrico 14.5 está hecho de material eléctricamente aislante como AhO3, cerámica, cerámica de AhO3, plástico reforzado con fibra, etc.
La cubierta protectora 14.3 forma una capa exterior. La cubierta protectora 14.3 protege el aislamiento eléctrico 14.5 y los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 de influencias ambientales nocivas como impurezas (polvo, humedad, etc.) y de ondas electromagnéticas, que pueden provocar efectos de interferencia no deseados en la primera y segunda señales de aceleración S1, S2. La cubierta protectora 14.3 está hecha de un material mecánicamente resistente, como metal, plástico, etc.
Las figuras 14 a 18 muestran pasos en el montaje de la forma de realización del acelerómetro 1 según la figura 2.
La figura 14 muestra un primer paso del montaje, en el cual los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 son guiados dentro de la carcasa 1.2. La carcasa 1.2 tiene una abertura de salida de señal 1.22. Preferiblemente, la abertura de salida de señal 1.22 tiene la forma y el tamaño del diámetro exterior de la cubierta protectora 14.3. Los extremos de los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 están pelados y en algunas regiones se ha retirado la vaina de aislamiento eléctrico. Los extremos de los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2 sobresalen a través de la abertura de salida de señal 1.22 a un interior de la carcasa 1.2. El interior de la carcasa 1.2 es la zona alrededor de la base de la carcasa 1.23.
Hacia el exterior, la abertura de salida de señal 1.22 está cerrada por la cubierta protectora 14.3 y la brida de la cubierta 14.3. Preferiblemente, un extremo de la cubierta protectora 14.3 está fijado a la brida de la cubierta 14.4. La brida de la cubierta 14.4 está hecha de un material mecánicamente resistente, como metal, plástico, etc. La cubierta protectora 14.3 y la brida de la cubierta 14.4 se fijan mediante una conexión de ajuste forzado, como por ejemplo por engaste, etc.
La brida metálica 14.4, a su vez, se fija a la carcasa 1.2 mediante una conexión de material. Preferiblemente, la brida metálica 14.4 se sujeta a un borde exterior de la abertura de la carcasa 1.22 que no está enfrentado al interior de la carcasa 1.2. La unión material se realiza mediante soldadura, soldeo, pegado, etc. La fijación de la brida lateral 14.4 a la carcasa 1.2 proporciona alivio de tensión a la cubierta protectora 14.3. Debido al alivio de tensión de la cubierta protectora 14.3, las cargas mecánicas no pueden transferirse desde la cubierta protectora 14.3 al interior de la carcasa 1.2 y llegar a la unidad convertidora 1.3, donde pueden provocar daños como desgarros o grietas en los conductores salientes del cuerpo base 13.8, 13.8', 13.8'', 13.9. Tales tensiones mecánicas se originan por torsión, retorcimiento, etc. de la cubierta protectora 14.3 alrededor de su eje de expansión longitudinal.
La figura 15 muestra un segundo paso de montaje en el que los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 se moldean en la carcasa 1.2 con masa de moldeo 14.6. La masa de moldeo 14.6 se aplica a los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2 en la abertura de salida de señal 1.21 a través de la abertura de la carcasa 1.20. La masa de moldeo 14.6 es un adhesivo de curado químico o un adhesivo capaz de fraguar físicamente o una combinación de un adhesivo de curado químico y un adhesivo capaz de fraguar físicamente. Preferiblemente, la masa de moldeo 14.6 consiste en un adhesivo como epóxido, poliuretano, cianoacrilato, metacrilato de metilo, etc. La masa de moldeo 14.6 es un aislante eléctrico con una resistencia eléctrica específica superior a 1012 Ümm2/m. Preferiblemente, se aplica tanta masa de moldeo 14.6 a los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2 en la abertura de salida de señal 1.21 que la abertura de salida de señal 1.21 queda completamente sellada.
La figura 16 muestra un tercer paso del montaje, en el que los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2 moldeados con masa de moldeo 14.6 están parcialmente expuestos en la carcasa 1.2. Los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2 se exponen 14.7 utilizando una herramienta de corte adecuada, como una cuña de corte, una fresa, etc. La herramienta de corte se guía a través de la abertura de la carcasa 1.20 hacia el interior de la carcasa 1.2 y corta los extremos de los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2 y una zona de la masa de moldeo endurecida 14.6. La exposición 14.7 tiene lugar en un plano abarcado por el eje transversal x y el eje longitudinal y. En la zona de exposición 14.7, las áreas frontales de los extremos cortados de los conductores de señalización 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 están expuestas en un plano. Preferiblemente, el plano se extiende paralelo a la abertura de la carcasa 1.20. En el área de exposición 14.7, las superficies exteriores de los conductores de señalización 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 están completamente rodeadas por la masa de moldeo 14.6. La masa de moldeo 14.6 fija los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 de una manera que alivia la tensión. Debido al alivio de tensión de los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2, las cargas mecánicas no pueden transferirse desde los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 al interior de la carcasa 1.2 y llegar a la unidad convertidora 1.3, donde pueden provocar daños tales como desgarros o grietas en los conductores de salida del cuerpo base 13.8, 13.8', 13.8'', 13.9. Dichas tensiones mecánicas tienen su origen en el retorcimiento, torsión, etc. de los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2 alrededor de su eje de expansión longitudinal. Y la masa de moldeo 14.6 cierra la abertura de salida de señal 1.21 de manera hermética al gas. El cierre hermético al gas de la abertura de salida de señal 1.21 impide que la humedad penetre a través de los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2 en el interior de la carcasa 1.2 hasta la unidad de sensor 1.1, donde la humedad puede perjudicar la funcionalidad de los elementos piezoeléctricos 10, 10', 10", ya que el material piezoeléctrico como el cuarzo es altamente higroscópico.
La figura 17 muestra un cuarto paso del montaje, en el que la unidad de sensor 1.1 se coloca en la carcasa 1.2. La unidad de sensor 1.1 con la unidad convertidora 1.3 se guía a través de la abertura de la carcasa 1.20 hacia el interior de la carcasa 1.2. La segunda área lateral normal 12.6 se fija a la base de la carcasa 1.23 mediante unión de materiales, como pegado, soldadura, etc. Preferiblemente, la unidad de sensor 1.1 está orientada de tal manera que la cuarta área lateral tangencial 12.4 está espacialmente cerca de la exposición 14.7.
La figura 18 muestra un quinto paso del montaje, en el que la unidad convertidora 1.3 de la unidad de sensor 1.1 se pone en contacto. La unidad de transductor 1.3 se pone en contacto utilizando una herramienta de contacto adecuada, como un fijador de alambre, etc. La herramienta de contacto se guía a través de la abertura de la carcasa 1.20 hacia el interior de la carcasa 1.2. La herramienta de contacto conecta el primer y segundo conductor del cuerpo base 13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4" de la unidad convertidora 1.3 a través del primer y segundo conductor del elemento piezoeléctrico 13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2" a la primera área lateral 130 del primer, segundo o tercer elemento piezoeléctrico 10, 10', 10''. Y la herramienta de contacto conecta el primer y segundo conductor del cuerpo base 13.3, 13.3', 13.3'', 13.4, 13.4', 13.4" de la unidad convertidora 1.3 a través del primer y segundo conductor de salida del cuerpo base 13.8, 13.8', 13.8'', 13.9 a los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2 de la salida de señal 1.4.
Preferiblemente, el primer y segundo conductores de salida del cuerpo base 13.8, 13.8', 13.8'', 13.9 están en contacto directo con las áreas frontales de los extremos cortados de los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2. Este contacto directo del primer y segundo conductor de salida del cuerpo base 13.8, 13.8', 13.8'', 13.9 con los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 tiene la ventaja de que no se requieren medios de soporte adicionales, como una placa de circuito impreso, etc., lo que mantiene las dimensiones y el peso del acelerómetro bajos y hace que el montaje del acelerómetro sea sencillo y rentable. Este contacto directo del primer y segundo conductor de salida del cuerpo de base 13.8, 13.8', 13.8'', 13.9 con los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2 tiene además la ventaja de que la unidad convertidora 1.3 está en contacto, sin tensión, con los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1'', 14.2, a través de los conductores de salida del cuerpo de base mecánicamente flexibles 13.8, 13.8', 13.8", 13.9 porque los conductores de salida del cuerpo de base mecánicamente flexibles 13.8, 13.8', 13.8", 13.9 amortiguan las cargas mecánicas que han llegado hasta los conductores de señal 14.1, 14.1', 14.1", 14.2.
Una vez finalizado el contacto eléctrico de la unidad convertidora 1.3, la abertura de la carcasa 1.20 se cierra herméticamente al gas con la tapa de la carcasa 1.21. El cierre se consigue mediante unión de materiales como soldadura, soldadura, pegado, etc.
Lista de símbolos de referencia
1 Acelerómetro
1.1 Unidad de sensor
1.2 Carcasa
1.20 Abertura de la carcasa
1.21 Tapa de la carcasa
1.22 Abertura de la salida de señal
1.23 Base de la carcasa
1.24 Hueco de montaje
1.3 Unidad convertidora
1.4 Salida de señal
10, 10', 10' Elemento piezoeléctrico
11, 11', 11' Masa sísmica
12 Cuerpo base
12.1, 12.2, 12.3, 12.4 Área lateral tangencial
12.6, 12.7 Área lateral normal
13.01, 13.01', 13.01" Primer contacto del elemento piezoeléctrico
13.02, 13.02', 13.02" Segundo contacto del elemento piezoeléctrico
13.03, 13.03', 13.03" Primer contacto de acceso al cuerpo base
13.04, 13.04', 13.04" Segundo contacto de acceso al cuerpo de la base
13.08, 13.08', 13.08" Primer contacto de salida del cuerpo base
13.09 Segundo contacto de salida del cuerpo base
13.1, 13.1', 13.1" Primer conductor del elemento piezoeléctrico
13.2, 13.2', 13.2" Segundo conductor del elemento piezoeléctrico
13.3, 13.3', 13.3" Primer conductor del cuerpo base
13.4, 13.4', 13.4" Segundo conductor del cuerpo base
13.5, 13.5', 13.5" Primera resistencia eléctrica
13.6, 13.6', 13.6" Segunda resistencia eléctrica
13.7 Soporte
13.8, 13.8', 13.8" Primer conductor de salida del cuerpo base
13.9 Segundo conductor de salida del cuerpo base
13.10, 13.10', 13.10" Convertidor de transimpedancia
14.1, 14.1', 14.1" Primer conductor de señal
14.2 Segundo conductor de señal
14.3 Cubierta protectora
14.4 Brida de cubierta
14.5 Aislamiento eléctrico
14.6 Masa de moldeo
14.7 Exposición
15, 15', 15" Medio de conexión interior
16, 16', 16" Medio de conexión exterior
17, 17', 17'' Filtro de paso bajo
18, 18', 18'' Filtro de paso alto
101 Primer revestimiento conductor de electricidad
102 Segundo revestimiento conductor de electricidad 110, 120 Área frontal
111, 111' Primer revestimiento frontal eléctricamente conductor 112, 112', 112" Primera zona frontal sin revestimiento
121 - 121m Segundo revestimiento frontal conductor de electricidad 122, 122', 122" Segunda área frontal sin revestimiento
130, 140, 150, 160 Área lateral
131, 131' Primer revestimiento lateral conductor de electricidad 132, 132' -132"" Primera zona lateral sin revestimiento
133, 133' Otro primer revestimiento lateral conductor de electricidad 141 Segundo revestimiento lateral conductor de electricidad 142, 142', 142" Segunda zona lateral sin revestimiento
151, 151' Tercer revestimiento lateral conductor de electricidad 161 Cuarto revestimiento lateral conductor de electricidad a Eje normal
F Fuerza
h Eje tangencial principal
n Eje tangencial secundario
S1, S2 Señales de aceleración
x Eje transversal
y Eje longitudinal
z Eje vertical
Claims (15)
1. Acelerómetro (1) que tiene un cuerpo base (12) que presenta áreas laterales tangenciales (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) y áreas laterales normales (12.6, 12.7); dichas áreas laterales tangenciales (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) están dispuestas tangencialmente a un eje vertical (z) y dichas áreas laterales normales (12.6, 12.7) están dispuestas normal al eje vertical (z); con al menos un elemento piezoeléctrico (10, 10', 10'') que está fijado a un área lateral tangencial (12.1, 12.2, 12.3); con al menos un elemento piezoeléctrico (10, 10', 10'') que está fijado a un área lateral tangencial (12.1, 12.2, 12.3); con al menos una masa sísmica (11, 11', 11'') que está fijada al elemento piezoeléctrico (10, 10', 10''); y con una carcasa (1.2) y una salida de señal (1.4); dicha salida de señal (1.4) está fijada a la carcasa (1.2) y tiene conductores de señal (14.1, 14.1', 14.1'', 14.2); en cuyo caso una área lateral tangencial (12.4), a la que no está fijado ningún elemento piezoeléctrico (10, 10', 10''), a través de un hueco de montaje (1.24) que se extiende perpendicularmente al eje vertical (z), está dispuesta a una distancia de los conductores de señal (14.1, 14.1', 14.1'', 14.2); caracterizado porque una primera área lateral normal (12.7) comprende una unidad convertidora (1.3) y conductores de salida del cuerpo de base (13.8, 13.8', 13.8", 13.9); dicha unidad convertidora (1.3) está dispuesta exclusiva y directamente en la primera área lateral normal (12.7), o porque un soporte (13.7) fijado en una primera área lateral normal (12.7) tiene una unidad convertidora (1.3) y conductores de salida del cuerpo de base (13.8, 13.8', 13.8", 13.9); dicha unidad convertidora (1.3) está dispuesta exclusivamente en el soporte (13.7); y porque los conductores de salida del cuerpo de base (13.8, 13.8', 13.8", 13.9) están en contacto directo con los conductores de señal (14.1, 14.1', 14.1'', 14.2), haciendo puente sobre el hueco de montaje (1.24) perpendicular al eje vertical (z).
2. Acelerómetro (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque la carcasa (1.2) tiene una abertura de carcasa (1.20) y una base de carcasa (1.23); porque el cuerpo de base (12) puede introducirse a través de la abertura de carcasa (1.20) en un interior de la carcasa (1.2); y porque el cuerpo de base (12) se fija a la base de carcasa (1.23) mediante una segunda área lateral normal (12.6) con unión material.
3. Acelerómetro (1) según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la carcasa (1.2) tiene una abertura de salida de señal (1.21); y porque los conductores de señal (14.1, 14.1', 14.1", 14.2) son guiados a través de la abertura de salida de señal (1.21) hacia un interior de la carcasa (1.2).
4. Acelerómetro (1) según la reivindicación 3, caracterizado porque la salida de señal (1.4) está fijada con unión material a un borde exterior de la abertura de salida de señal (1.21) a través de una brida metálica (14.4).
5. Acelerómetro (1) según una de las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado porque los conductores de señal (14.1, 14.1', 14.1", 14.2) en la carcasa (1.2) están moldeados con masa de moldeo (14.6); porque la masa de moldeo (14.6) fija los conductores de señal (14.1, 14.1', 14.1'', 14.2) sin tensión; y porque la masa de moldeo (14.6) cierra la abertura de salida de señal (1.21) de una manera hermética al gas.
6. Acelerómetro (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el elemento piezoeléctrico (10, 10', 10") tiene áreas frontales (110, 120); y porque el elemento piezoeléctrico (10, 10', 10") tiene una alta sensibilidad a una fuerza de cizallamiento ejercida por la masa sísmica (11, 11', 11") y genera cargas piezoeléctricas en las áreas frontales (110, 120) bajo el efecto de la fuerza de cizallamiento.
7. Acelerómetro (1) según la reivindicación 6, caracterizado porque el elemento piezoeléctrico (10, 10', 10'') tiene superficies laterales (130, 140, 150, 160); porque una primera área frontal (110) tiene un primer revestimiento frontal conductor de electricidad (111); porque una segunda área frontal (120) tiene un segundo revestimiento frontal conductor de electricidad (121); porque una primera área lateral (130) tiene un primer revestimiento lateral conductor de electricidad (131) y otro primer revestimiento lateral conductor de electricidad (133); porque el primer revestimiento frontal conductor de electricidad (111) y el primer revestimiento lateral conductor de electricidad (131) forman un primer revestimiento conductor de electricidad contiguo (101); porque el segundo revestimiento frontal conductor de electricidad (121) y el otro primer revestimiento lateral conductor de electricidad (133) forman un segundo revestimiento conductor de electricidad contiguo (102).
8. Acelerómetro (1) según la reivindicación 7, caracterizado porque la primera área lateral normal (12.7) o el soporte (13.7) fijado a la primera área lateral normal (12.7) conecta la unidad convertidora (1.3) con el primer y segundo conductor del elemento piezoeléctrico (13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2"); porque el primer revestimiento conductor de electricidad (131) está conectado con unión material a un primer conductor del elemento piezoeléctrico (13.1, 13.1', 13.1"); porque el otro primer revestimiento conductor de electricidad (133) está conectado con unión material a un segundo contacto del elemento piezoeléctrico (13.2, 13.2', 13.2"); porque el primer conductor de elemento piezoeléctrico (13.1, 13.1', 13.1") capta cargas piezoeléctricas del primer revestimiento lateral eléctricamente conductor (131) y las desvía como primeras señales de aceleración (S1); y porque el segundo conductor de elemento piezoeléctrico (13.2, 13.2', 13.2") capta cargas piezoeléctricas del otro primer revestimiento conductor de electricidad (133) y las desvía como segundas señales de aceleración (S2).
9. Acelerómetro (1) según la reivindicación 8, caracterizado porque la unidad convertidora (1.3) comprende primer y segundo conductor de cuerpo base (13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4") y convertidores de transimpedancia (13.10, 13.10', 13.10"); porque el primer conductor de elemento piezoeléctrico (13.1, 13.1', 13.1") está en contacto con un primer conductor de cuerpo de base (13.3, 13.3', 13.3''); porque el primer conductor de cuerpo de base (13.3, 13.3', 13.3") desvía primeras señales de aceleración (S1) al convertidor de transimpedancia (13.10, 13.10', 13.10''); dicho convertidor de transimpedancia (13.10, 13.10', 13.10'') convierte primeras señales de aceleración (S1); porque el segundo conductor de elemento piezoeléctrico (13.2, 13.2', 13.2") está en contacto con un segundo conductor del cuerpo de base (13.4, 13.4', 13.4"); y porque el segundo conductor del cuerpo de base (13.4, 13.4', 13.4") desvía segundas señales de aceleración (S2).
10. Acelerómetro (1) según la reivindicación 9, caracterizado porque el primer conductor del cuerpo de base (13.3, 13.3', 13.3") está en contacto con un primer conductor de salida del cuerpo de base (13.8, 13.8', 13.8"), en cuyo caso el primer conductor de salida del cuerpo de base (13.8, 13.8', 13.8") desvía las primeras señales de aceleración (S1) convertidas a la salida de señal (1.4); y porque el segundo conductor del cuerpo de base (13.4, 13.4', 13.4'') está en contacto con un segundo conductor de salida del cuerpo de base (13.9); dicho segundo conductor de salida del cuerpo de base (13.9) desvía las segundas señales de aceleración (S2) a la salida de señal (1.4).
11. Acelerómetro (1) según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el acelerómetro (1) tiene exactamente tres elementos piezoeléctricos (10, 10', 10'') y exactamente tres masas sísmicas (11, 11', 11''); y porque en cada una de tres áreas laterales tangenciales (12.1, 12.2, 12.3) está fijado exactamente uno de los tres elementos piezoeléctricos (10, 10', 10''); y porque exactamente una de las tres masas sísmicas (11, 11', 11'') está fijada a cada uno de los elementos piezoeléctricos (10, 10', 10'').
12. Acelerómetro (1) según la reivindicación 11, caracterizado porque al acelerar cada una de las tres masas sísmicas (11, 11', 11'') ejerce una fuerza de cizallamiento proporcional a la aceleración sobre el elemento piezoeléctrico (10, 10', 10'') al que está fijada; porque un primer elemento piezoeléctrico (10) tiene una alta sensibilidad a una fuerza de cizallamiento ejercida por una primera masa sísmica (11) a lo largo de un eje longitudinal (y) y genera cargas piezoeléctricas bajo el efecto de la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje longitudinal (y); porque un segundo elemento piezoeléctrico (10') tiene una alta sensibilidad a una fuerza de cizallamiento ejercida por una segunda masa sísmica (11') a lo largo de un eje transversal (x) y genera cargas piezoeléctricas bajo la acción de la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje transversal (x) y porque un tercer elemento piezoeléctrico (10'') tiene una alta sensibilidad a una fuerza de cizallamiento ejercida por una tercera masa sísmica (11") a lo largo del eje vertical (z) y genera cargas piezoeléctricas bajo la acción de la fuerza de cizallamiento a lo largo del eje vertical (z).
13. Procedimiento para montar un acelerómetro (1) según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque para el acelerómetro (1) se proporciona una carcasa (1.2) con una abertura de carcasa (1.20), una abertura de salida de señal (1.21) y una base de carcasa (1.23), porque se proporciona una salida de señal (1.4) con conductores de señal (14.1, 14.1', 14.1", 14.2); porque los conductores de señal (14.1, 14.1', 14.1'', 14.2) pasan a través de la abertura de salida de señal (1.21) a un interior de la carcasa (1.2) del acelerómetro; porque se proporciona masa de moldeo (14.6); porque los conductores de señal (14.1, 14.1', 14.1'', 14.2) en la carcasa (1.2) están moldeados con masa de moldeo (14.6); porque los conductores de señal (14.1, 14.1', 14.1'', 14.2) están fijados sin tensión por la masa de moldeo (14.6); y porque la abertura de salida de señal (1.21) está cerrada de manera hermética al gas por la masa de moldeo (14.6).
14. Procedimiento para montar un acelerómetro (1) según la reivindicación 13, caracterizado porque se proporciona un cuerpo de base (12), al menos un elemento piezoeléctrico (10, 10', 10"), al menos una masa sísmica (11, 11', 11") y una unidad convertidora (1.3); dicho cuerpo de base (12) tiene áreas laterales tangenciales (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) y áreas laterales normales (12.6, 12.7), dichas áreas laterales tangenciales (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) están dispuestas tangencialmente a un eje vertical (z) y dichas áreas laterales normales (12.6, 12.7) están dispuestas normales al eje vertical (z), dicha unidad convertidora (1.3) comprende conductores piezoeléctricos (13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2") y conductores de salida del cuerpo de base (13.8, 13.8', 13.8", 13.9), en cuyo caso exactamente un elemento piezoeléctrico (10, 10', 10") está fijado a una área lateral tangencial (12.1, 12.2, 12.3), en cuyo caso exactamente una masa sísmica (11, 11', 11") está fijada al elemento piezoeléctrico (10, 10', 10"), en cuyo caso el elemento piezoeléctrico (10, 10', 10") tiene una área lateral (130) con un primer revestimiento lateral conductor de electricidad (131) y con otro primer revestimiento lateral conductor de electricidad (133); y en cuyo caso una primera área lateral normal (12.7) comprende la unidad convertidora (1.3) o un soporte (13.7) con la unidad convertidora (1.3) fijado a una primera área lateral normal (12.7); porque el cuerpo de base (12) se coloca a través de la abertura de la carcasa (1.20) en el interior de la carcasa (1.2); porque una área lateral tangencial (12.4), a la que no está fijado ningún elemento piezoeléctrico (10, 10', 10"), está dispuesta a una distancia de la salida de señal (1.4) por un hueco de montaje (1.24); y porque el cuerpo de base (12) está fijado a la base de la carcasa (1.23) mediante unión material a través de una segunda área lateral normal (12.6).
15. Procedimiento para el montaje de un acelerómetro (1) según la reivindicación 14, caracterizado porque cada primer revestimiento lateral conductor de electricidad (131) está conectado mediante unión material a un primer conductor del elemento piezoeléctrico (13.1, 13.1', 13.1"); porque cada otro primer revestimiento lateral conductor de electricidad (133) está conectado mediante unión material a un segundo conductor del elemento piezoeléctrico (13.2, 13.2', 13.2''); porque los conductores de salida del cuerpo base (13.8, 13.8', 13.8", 13.9) están conectados a los conductores de señal (14.1, 14.1', 14.1", 14.2) mediante unión material; porque se proporciona una tapa de la carcasa (1.21); y porque la abertura de la carcasa (1.20) está cerrada de manera hermética al gas con la tapa de la carcasa (1.21).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20205241 | 2020-11-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2984748T3 true ES2984748T3 (es) | 2024-10-30 |
Family
ID=73059437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES21204693T Active ES2984748T3 (es) | 2020-11-02 | 2021-10-26 | Acelerómetro |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US11754589B2 (es) |
| EP (2) | EP4220190A3 (es) |
| JP (1) | JP7244605B2 (es) |
| KR (2) | KR102698922B1 (es) |
| CN (2) | CN116243018A (es) |
| ES (1) | ES2984748T3 (es) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4220190A3 (de) * | 2020-11-02 | 2023-11-01 | Kistler Holding AG | Beschleunigungsaufnehmer |
| ES2991070T3 (es) * | 2020-11-02 | 2024-12-02 | Kistler Holding Ag | Transductor de aceleración |
| JP7297844B2 (ja) * | 2020-11-02 | 2023-06-26 | キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト | 加速度変換器 |
| USD1008059S1 (en) * | 2022-03-30 | 2023-12-19 | Kistler Holding Ag | Acceleration sensor |
Family Cites Families (47)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB901195A (en) * | 1960-03-11 | 1962-07-18 | Clevite Corp | Electromechanical transducers |
| CH399021A (de) | 1964-02-19 | 1966-03-31 | Kistler Instrumente Ag | Beschleunigungs-Messgerät |
| US3858065A (en) * | 1970-12-31 | 1974-12-31 | Becton Dickinson Co | Annular 3m class piezoelectric crystal transducer |
| DE2906407C2 (de) | 1979-02-20 | 1981-02-26 | Kistler Instrumente Ag, Winterthur (Schweiz) | Piezoelektrisches Wandlerelement zum Einbau in Druck-, Kraft- oder Beschleunigungsaufnehmer |
| DD144482A1 (de) * | 1979-07-13 | 1980-10-15 | Guenther Steimann | Piezoelektrischer beschleunigungsaufnehmer |
| ATE24787T1 (de) | 1980-12-18 | 1987-01-15 | Cerberus Ag | Rauchmelder nach dem strahlungs-extinktionsprinzip. |
| US4613752A (en) * | 1983-08-04 | 1986-09-23 | Optical Technologies, Inc. | Fiber optic force measuring device |
| US4620446A (en) * | 1984-12-31 | 1986-11-04 | Bruel & Kjaer Instruments, Inc. | Acceleration responsive transducers |
| JPS62180226A (ja) * | 1986-02-04 | 1987-08-07 | Yamuko Kk | 加速度ピツクアツプ |
| US5128581A (en) | 1989-05-02 | 1992-07-07 | Fujikura Ltd. | Piezoelectric acceleration sensor and piezoelectric acceleration sensor device |
| SU1792537A1 (ru) | 1990-03-02 | 1993-01-30 | Иopиш Юлий Иocифobич | Mhoгokomпohehthый пьeзoэлektpичeckий tehдem-bибpoдatчиk |
| JP2501083Y2 (ja) * | 1990-11-06 | 1996-06-12 | リオン株式会社 | 増幅器内蔵型加速度ピックアップ |
| JPH0697234B2 (ja) | 1991-11-12 | 1994-11-30 | 山一電機株式会社 | 圧電形衝撃センサー |
| US5512794A (en) * | 1991-12-05 | 1996-04-30 | Kistler Instrumente Ag | Shear accelerometer |
| JPH07198742A (ja) * | 1992-12-07 | 1995-08-01 | Kk Holding Ag | 加速度計およびその組立方法 |
| US5473941A (en) * | 1993-07-30 | 1995-12-12 | Vibra-Metric, Inc. | Encapsulated accelerometer with faraday shielding |
| JPH0716168U (ja) * | 1993-08-27 | 1995-03-17 | 株式会社カンセイ | 圧電式加速度センサ |
| EP0653641B1 (en) * | 1993-11-09 | 1997-10-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Acceleration sensor |
| US5539270A (en) | 1993-11-19 | 1996-07-23 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Acceleration detector |
| JP3373032B2 (ja) * | 1994-03-15 | 2003-02-04 | 富士通株式会社 | 加速度センサ |
| JPH0843431A (ja) | 1994-07-26 | 1996-02-16 | Fuji Ceramics:Kk | 加速度センサ及びその製造方法 |
| JP2581901B2 (ja) * | 1994-08-19 | 1997-02-19 | リオン株式会社 | 圧電形加速度ピックアップ |
| US5677487A (en) * | 1995-10-13 | 1997-10-14 | A/S Bruel & Kjaer | Method and apparatus for measuring acceleration or mechanical forces |
| JP3126672B2 (ja) * | 1996-12-18 | 2001-01-22 | リオン株式会社 | 圧電式加速度センサ |
| JPH1151960A (ja) * | 1997-08-06 | 1999-02-26 | Murata Mfg Co Ltd | 加速度センサ |
| US6038924A (en) * | 1997-12-22 | 2000-03-21 | Research Foundation Of State Of New York | Low frequency seismic accelerometer |
| JP2000206140A (ja) | 1999-01-07 | 2000-07-28 | Rion Co Ltd | 圧電形加速度センサ |
| JP2001041969A (ja) * | 1999-07-30 | 2001-02-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電センサの製造方法及び圧電センサ |
| JP2001349900A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-12-21 | Fujitsu Ltd | 加速度センサ及び加速度センサ装置 |
| US6397677B1 (en) * | 2000-06-06 | 2002-06-04 | Kistler Instrument Corporation | Piezoelectric rotational accelerometer |
| JP2002107374A (ja) | 2000-07-24 | 2002-04-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 加速度センサ及び加速度検出装置並びに位置決め装置 |
| JP2007532016A (ja) * | 2003-07-11 | 2007-11-08 | ケン デン | 音響ベクトルセンサ |
| JP4909607B2 (ja) * | 2006-02-27 | 2012-04-04 | セイコーインスツル株式会社 | 2軸加速度センサ |
| CN201152880Y (zh) | 2006-12-25 | 2008-11-19 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 四芯电压输出压电加速度计 |
| US8627721B2 (en) * | 2010-10-18 | 2014-01-14 | Blackberry Limited | Accelerometer based on the measurement of Casimir force fluctuations |
| JP2014092531A (ja) * | 2012-11-07 | 2014-05-19 | Seiko Epson Corp | 物理量検出装置、電子機器および移動体 |
| JP6476730B2 (ja) * | 2014-10-21 | 2019-03-06 | セイコーエプソン株式会社 | 力検出装置及びロボット |
| US10274627B2 (en) * | 2015-10-30 | 2019-04-30 | Ion Geophysical Corporation | Ocean bottom seismic systems |
| RU2686573C1 (ru) | 2015-12-04 | 2019-04-29 | Кистлер Холдинг Аг | Устройство для измерения ускорения и способ изготовления такого устройства для измерения ускорения |
| RU2700037C1 (ru) * | 2015-12-04 | 2019-09-12 | Кистлер Холдинг Аг | Устройство для измерения ускорения и способ изготовления такого устройства для измерения ускорения |
| US10620233B2 (en) * | 2016-06-28 | 2020-04-14 | Kistler Holding Ag | Piezoelectric transducer |
| CN206945734U (zh) * | 2017-06-16 | 2018-01-30 | 厦门乃尔电子有限公司 | 一种小型iepe加速度传感器 |
| WO2020056216A1 (en) * | 2018-09-13 | 2020-03-19 | Ion Geophysical Corporation | Multi-axis, single mass accelerometer |
| CN209372215U (zh) * | 2019-02-18 | 2019-09-10 | 厦门乃尔电子有限公司 | 一种高温宽频压电式振动传感器 |
| JP7297844B2 (ja) | 2020-11-02 | 2023-06-26 | キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト | 加速度変換器 |
| ES2991070T3 (es) * | 2020-11-02 | 2024-12-02 | Kistler Holding Ag | Transductor de aceleración |
| EP4220190A3 (de) * | 2020-11-02 | 2023-11-01 | Kistler Holding AG | Beschleunigungsaufnehmer |
-
2021
- 2021-10-26 EP EP23168514.0A patent/EP4220190A3/de active Pending
- 2021-10-26 EP EP21204693.2A patent/EP3992639B1/de active Active
- 2021-10-26 ES ES21204693T patent/ES2984748T3/es active Active
- 2021-10-26 JP JP2021174422A patent/JP7244605B2/ja active Active
- 2021-10-29 US US17/513,977 patent/US11754589B2/en active Active
- 2021-11-01 KR KR1020210148350A patent/KR102698922B1/ko active Active
- 2021-11-02 CN CN202310458982.8A patent/CN116243018A/zh active Pending
- 2021-11-02 CN CN202111287114.5A patent/CN114441802B/zh active Active
-
2023
- 2023-04-26 US US18/307,269 patent/US12163976B2/en active Active
- 2023-04-27 KR KR1020230055528A patent/KR102742122B1/ko active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3992639C0 (de) | 2024-06-26 |
| EP3992639A1 (de) | 2022-05-04 |
| KR20220059429A (ko) | 2022-05-10 |
| KR102698922B1 (ko) | 2024-08-23 |
| EP4220190A2 (de) | 2023-08-02 |
| US20230258685A1 (en) | 2023-08-17 |
| US11754589B2 (en) | 2023-09-12 |
| JP7244605B2 (ja) | 2023-03-22 |
| KR20230065951A (ko) | 2023-05-12 |
| EP4220190A3 (de) | 2023-11-01 |
| EP3992639B1 (de) | 2024-06-26 |
| CN116243018A (zh) | 2023-06-09 |
| US20220137086A1 (en) | 2022-05-05 |
| US12163976B2 (en) | 2024-12-10 |
| CN114441802B (zh) | 2025-02-11 |
| KR102742122B1 (ko) | 2024-12-11 |
| CN114441802A (zh) | 2022-05-06 |
| JP2022074051A (ja) | 2022-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2984748T3 (es) | Acelerómetro | |
| ES2971916T3 (es) | Transductor de aceleración | |
| ES2991070T3 (es) | Transductor de aceleración | |
| US11740142B2 (en) | Piezoelectric thin-film sensor and use thereof | |
| JP2005127750A (ja) | 半導体センサおよびその製造方法 | |
| CN103562731B (zh) | 加速度传感器 | |
| ES2995103T3 (en) | Piezoelectric acceleration transducer |