ДАТЧИК РЕЗОНАТОРНЫЙ Российский патент 2010 года по МПК G01P15/10 

Изобретение относится к области измерений ускорений.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является датчик резонаторный (патент RU 2217767 G01P 15/10, опубликованный в БИ №27.11.2003), содержащий основание из высокодобротного материала, в котором выполнены сквозные прорези с образованием первого чувствительного элемента и первого подвеса в виде, по крайней мере, одного стержня и силочувствительного преобразователя, одни концы которых соединены с первым чувствительным элементом, свободно размещенным в углублениях крышек, расположенных по обе стороны основания и соединенные с ним, другой конец стержня подвеса соединен с основанием посредством упругого шарнира. Вышеуказанное устройство взято в качестве прототипа.

Недостатками его является сложная технология изготовления и низкая чувствительность к измеряемой величине.

Решаемой задачей является создание высокочувствительного датчика резонаторного и упрощение технологии его изготовления.

Достигаемым техническим результатом является исключение углового перемещения измерительной оси от действия измеряемой величины.

Для достижения технического результата в датчике резонаторном, содержащем основание из высокодобротного материала, в котором выполнены сквозные прорези с образованием первого чувствительного элемента и первого подвеса в виде, по крайней мере, одного стержня и силочувствительного преобразователя, одни концы которых соединены с первым чувствительным элементом, свободно размещенным в углублениях крышек, расположенных по обе стороны основания и соединенных с ним, другой конец стержня подвеса соединен с основанием посредством упругого шарнира, новым является то, что в основании дополнительно выполнены сквозные прорези с образованием второго чувствительного элемента и второго подвеса в виде, по крайней мере, одного стержня, один конец которого соединен со вторым чувствительным элементом, а другой конец соединен посредством упругого шарнира с основанием или со стержнем первого подвеса с возможностью перемещения чувствительных элементов относительно основания в направлении измерительной оси, параллельной плоскости основания, второй конец силочувствительного преобразователя соединен со вторым чувствительным элементом, который свободно размещен в углублениях крышек, первый и второй чувствительные элементы соединены с основанием посредством упругих элементов.

Выполнение в основании сквозных прорезей для образования второго чувствительного элемента, второго подвеса с упругим шарниром, упругих элементов, соединяющих чувствительные элементы с основанием, позволяет увеличить чувствительность датчика резонаторного к воздействию измеряемого ускорения, исключить угловое перемещение измерительной оси от действия измеряемой величины и значительно упростить технологию его изготовления.

Новая совокупность существенных признаков позволяет получить конструкцию датчика резонаторного по упрощенной технологии, обладающего высокой чувствительностью к измеряемому ускорению с неизменным положением измерительной оси.

На фиг.1 и 2 представлен вариант конструкции заявляемого устройства. Устройство содержит основание 1 из высокодобротного материала, в котором выполнены сквозные прорези 2, 7 с образованием первого подвеса в виде, по крайней мере, одного стержня 4 и второго подвеса в виде, по крайней мере, одного стержня 9, первого 3 и второго 8 чувствительных элементов, силочувствительного преобразователя 5, концы которого соединены с первым 3 и вторым 8 чувствительными элементами, свободно размещенными в углублениях 12 крышек 11, расположенных по обе стороны основания 1 и соединенных с ним. Один конец стержня 4 первого подвеса соединен с первым 3 чувствительным элементом, а другой конец соединен с основанием 1 посредством упругого шарнира 6. Один конец стержня 9 второго подвеса соединен со вторым 8 чувствительным элементом, а другой конец соединен посредством упругого шарнира 10 с основанием 1 или со стержнем 4 первого подвеса с возможностью перемещения чувствительных элементов 3 и 8 относительно основания 1 в направлении измерительной оси, параллельной плоскости основания 1. Первый 3 и второй 8 чувствительные элементы соединены с основанием 1 при помощи упругих элементов 13, препятствующих перемещению чувствительных элементов 3 и 8 в направлении, перпендикулярном плоскости основания 1.

Устройство работает следующим образом. При воздействии в направлении измерительной оси датчика резонаторного ускорения на центры масс чувствительных элементов 2 и 3 действуют силы F_1,2, порождающие моменты M_1,2=F_1,2·L_1,2, где F_1,2 - механические силы, действующие на центры масс чувствительных элементов 3 и 8, L_1,2 - плечо между точкой приложения механической силы F_1,2 и упругими шарнирами 6 и 10. Моменты M_1,2 уравновешиваются реактивными моментами M_3,4, вызванным парой сил M_3,4=N_1,2·h_1,2, где N_1,2 - силы, приложенные к силочувствительному преобразователю 5, h_1,2 - расстояние между нейтральными осями силочувствительного преобразователя 5 и упругих шарниров 6 и 10.

Угловые перемещения чувствительных элементов 3 и 8 относительно осей шарниров 6 и 10 вызывают удлинение силочувствительного преобразователя 5. При выполнении условия N₁=N₂ силочувствительный преобразователь 5 в данной конструкции испытывает чистый изгиб, т.е. поперечные силы в силочувствительном преобразователе 5 отсутствуют, а значение изгибающего момента неизменно. За счет равных углов отклонения чувствительных элементов 3 и 8 относительно осей шарниров 6 и 10 положение измерительной оси датчика остается в неизменном положении, что делает постоянным значение погрешности от действия перегрузок в направлениях, перпендикулярных измерительной оси.

На основании пьезоэлектрического кварца был изготовлен действующий образец, подтвердивший работоспособность заявляемого устройства.

Изобретение относится к области измерений механических параметров. Датчик содержит основание из высокодобротного материала, в котором выполнены сквозные прорези с образованием двух чувствительных элементов, двух подвесов в виде стержней и силочувствительного преобразователя, концы которого соединены с чувствительными элементами, свободно размещенными в углублениях крышек. Крышки расположены по обе стороны основания и соединены с ним. Чувствительные элементы соединены с основанием посредством упругих элементов, препятствующих перемещению чувствительных элементов в направлении, перпендикулярном плоскости основания и податливых в направлении измерительной оси. Чувствительные элементы имеют возможность перемещения относительно основания в направлении измерительной оси, параллельной плоскости основания. Изобретение позволяет повысить чувствительность датчика с упрощением технологии его изготовления и исключением углового перемещения измерительной оси от действия измеряемой величины. 2 ил.

Датчик резонаторный, содержащий основание из высокодобротного материала, в котором выполнены сквозные прорези с образованием первого чувствительного элемента и первого подвеса в виде, по крайней мере, одного стержня и силочувствительного преобразователя, одни концы которых соединены с первым чувствительным элементом, свободно размещенным в углублениях крышек, расположенных по обе стороны основания, и соединены с ним, другой конец стержня подвеса соединен с основанием посредством упругого шарнира, отличающийся тем, что в основании дополнительно выполнены сквозные прорези с образованием второго чувствительного элемента и второго подвеса, в виде, по крайней мере, одного стержня, один конец которого соединен со вторым чувствительным элементом, а другой конец соединен посредством упругого шарнира с основанием или со стержнем первого подвеса с возможностью перемещения чувствительных элементов относительно основания в направлении измерительной оси, параллельной плоскости основания, второй конец силочувствительного преобразователя соединен со вторым чувствительным элементом, который свободно размещен в углублениях крышек, первый и второй чувствительные элементы соединены с основанием посредством упругих элементов.