АКСЕЛЕРОМЕТР Российский патент 1997 года по МПК G01P15/13 

Изобретение относится к измерительной технике вообще и, в частности к приборам и устройствам для измерения параметров движения, в особенности к приборам для измерения ускорений акселерометрам. Учитывая общность решаемых задач, изобретение может иметь отношение к конструкции приборов для измерения параметров движения земной коры сейсмометрам.

Известны акселерометры инерционного типа [1] содержащие в своем составе инертную массу в качестве первичного чувствительного элемента, закрепленную в корпусе прибора на пружинах, и чувствительный нуль-орган, реагирующий на изменение положения инертной массы относительно корпуса.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является акселерометр [2] содержащий инертную массу, подвеску, выполненную на пружинах, нуль-орган, соединенный с усилителем рассогласования, выходы которого через элементы обратной связи соединены с катушками узла силовой компенсации.

Недостатком известных акселерометров является сложность конструкции, обусловленная необходимость иметь в своем составе пружины для подвеса инертной массы, постоянный магнит для создания магнитного поля и катушку, механически связанную с инертной массой. При этом выводы катушки, обладая конечной жесткостью, влияют на упругие свойства прибора и вносят погрешности в результат измерения. Размещение магнита на инертной массе нежелательно, из-за опасности внесения дополнительных погрешностей, связанных с взаимодействием магнита с полем Земли. Сложность конструкции соответственно снижает надежность прибора.

Технический результат изобретения упрощение конструкции акселерометра путем применения в нем для подвески инертной массы пружин, выполненных из магниточувствительного биметалла.

Указанный результат достигается тем, что в акселерометре, содержащем инертную массу, закрепленную в корпусе с помощью подвески, выполненной на пружинах, нуль-орган6 соединенный с усилителем рассогласования, выходы которого через элементы обратной связи соединены с катушками узла силовой компенсации, пружины подвески выполнены из магнитострикционного биметалла и расположены в катушках узла силовой компенсации, а также тем, что в нем применены по крайней мере две биметаллические пружины, расположенные с возможностью взаимной компенсации возникающих в них температурах напряжений, при этом соединение катушек узла силовой компенсации выполнено с возможностью суммирования магнитоупругих эффектов в пружинах.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом акселерометре осуществляется уравнивание сил инерции магнитострикционными силами биметаллических пружин. Подобно термобиметаллу, в котором возникают изгибающие механические напряжения благодаря различным коэффициента линейного напряжения входящих в биметалл слоев, в магнитобиметалле аналогичные напряжения и силы возникают при изменениях магнитного поля из-за различных коэффициентом магнитострикции слоев. Пружины подвески одновременно являются сердечниками в системе узла силовой компенсации, что позволяет не только исключить постоянные магниты, т.е. упростить устройство, но и повысить его надежность.

На чертеже схематически изображена конструкция акселерометра, выполненного по изобретению. Акселерометр состоит из инертной массы 1, неподвижного корпуса 2, двух плоских пружин 3 и 4, двух катушек 5 и 6, емкостного нуль-органа 7, усилителя рассогласования 8 и резистора обратной связи 9.

Инертная масса 1 подвешена к неподвижному корпусу 2 с помощью плоских пружин 3 и 4, выполненных из магнитострикционного биметалла. Один из двух слоев каждой из пружин изготовлен из магнитного материала с большим коэффициентом магнитострикции, например, из никеля, в то время как второй из магнитного сплава с малой магнитострикцией, например стали или с магнитострикцией противоположного знака, например, пермендюра, катушка 5 и 6 выполнены из медного провода и служат для создания магнитного потока, проходящего через биметаллические пружины. Под действием этого магнитного потока каждый из слоев биметалла удлиняется (или укорачивается) по разному, в результате в пружинах возникают механические напряжения, стремящиеся изогнуть пружины и переместить подвешенную на них массу.

При воздействии на акселерометр внешнего линейного ускорения W возникает сила инерции mW (m масса), приложенная к инертной массе 1 и стремящаяся изогнуть пружины 3 и 4, и соответственно сместить массу 1 от положения равновесия. Это смещение улавливается нуль-органом, выполненным, например, в виде дифференциального конденсатора (емкостного преобразователя) 7 так, что на выходе усилителя рассогласования 8 появляется напряжение постоянного тока, вызывающее протекание тока обратной связи в цепи катушек 5 и 6 и резистора обратной связи 9. Магнитное поле, создаваемое катушками, вызывает появление внутренних напряжений в биметаллических пружинах, которые направлены против возникших внешних сил и создают силы, прикладываемые к массе 1 навстречу силе mW, т.е. приводящие к восстановлению равновесия. Нуль-орган и усилитель рассогласования создают такой по величине ток в цепи обратной связи, чтобы в широком диапазоне внешних ускорений выполнялось приближенное равенство силы инерции mW и магнитострикционных сил биметаллических пружин. Последние пропорциональны силе тока, протекающего через катушки и через резистор 9. Поэтому напряжение, снимаемое с этого резистора, оказывается пропорциональным измеряемому прибором ускорению.

Для исключения влияния температуры на результаты измерения, биметаллические пружины установлены так, чтобы тепловые деформации взаимно компенсировались. Например, слой с большим температурным коэффициентом линейного расширения в верхней по чертежу пружине располагается в соответствии с чертежом сверху, а в нижней пружине снизу, в то время как направление создаваемых катушками магнитных потоков, определяемое соответствующим соединение их выводов между собой, выбирается так, чтобы магнитоупругие эффекты в пружинах суммировались.

Таким образом, в предлагаемом акселерометре благодаря исключению постоянного магнита, совмещению функций пружины подвески с элементами узла силовой компенсации реализована простая надежная конструкция.

Использование: для измерения параметров движения, для измерения параметров движения земной коры - в сейсмометрах. Сущность изобретения: в конструкции реализовано равенство сил инерции и магнитострикционных сил биметаллических пружин. Конструктивно это осуществлено выполнением пружин подвески из магнитострикционного биметалла и расположением их в катушках узла силовой компенсации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Акселерометр, содержащий инертную массу, закрепленную в корпусе с помощью подвески, выполненной на пружинах, нуль-орган, соединенный с усилителем рассогласования, выходы которого через элементы обратной связи соединены с катушками узла силовой компенсации, отличающийся тем, что в нем пружины подвески выполнены из магнитострикционного биметалла и расположены в катушках узла силовой компенсации. 2. Акселерометр по п. 1, отличающийся тем, что содержит по крайней мере две биметаллические пружины, расположенные с возможностью взаимной компенсации возникающих в них температурных напряжений, при этом соединение катушек узла силовой компенсации выполнено с возможностью суммирования магнитоупругих эффектов в пружинах.