Датчик линейных ускорений Советский патент 1983 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных ускорений при одновременном воздействии на корпус измерительного преобразователя угловых ускррений. Известен датчик линейных ускорений, выполненный в виде консольно закрепленной балки с размещенной на свободном конце сейсмической массой На одной из широких граней балки, играющей одновременно роль звукопровода поверхностных акустических волн (ПАВ ), размещены передающий и приемный встречно-штыревые преобразователи ПАВ, которые служат для преобра зования электрического сигнала в ПАВ и наоборот 1. Недостатки известного датчика линейных ускорений - высокие темпера турная погрешность и чувствительг ность к угловым ускорениям. Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является датчик ускорений, состоящий из.упругой симметричной консоли, жестко закреплен ной по центру, на которой сверху и снизу наклеены преобразователи деформации Этот датчик при соответствующей коммутации преобразователей деформации может быть использован для измерения .линейных уско- л рений при одновременном воздействии на корпус датчика угловых ускорений Недостатком известного техническ го решения является: низкая точност так как при одновременном использовании четырех ПАВ-преобразователей деформации на одном и том же упруго элементе вследствие акустической (генерация паразитных объемных и по верхностных волн ) и электромагнитно связи между отдельными ПАВ-преобразователями деформации, нарушается линейность характеристики преобразо вания датчика в области малых величин линейных ускорений. Кроме того низка чувствительность вследствие неэффективного использования поверх ностей широких граней упругого элеме та .Электрическая схема датчика в де лом сложна,так как требуется исполь вание четырех усилителей. Цель изобретения - повышение чув ствительности и точности измерения линейных ускорений. Поставленная цель достигается тем, что в датчике линейных ускорений, содержащем упругий элемент в виде двухконсольной балки, центр ко торой жестко соединен с корпусом, а на свободных концах размещены идентичные инерционные массы, и преобра зователи деформации, расположенные на взаимно противоположных широких . гранях балки, преобразователи дефор мации выполнены в виде преобразователей поверхностных акустических волн, при этом выполняющие одинаковую функцию встречно-штыревые преобразователи расположены на равном расстоянии и по разные стороны от плоскости, проходящей через ось симметрии балки перпендикулярно ее широким граням. На чертеже представлена схема датчика линейных ускорений, общий вид. Датчик содержит упругий звукопровод 1, выполненный, например из пьезоэлектрика или металла. Выполняющие одинаковую функцию основные элементы ПАВ-преобразователей деформации, а именно передающие 2,3 и приемные 4,5 встречно-штыревые преобразователи-, расположены -на взаимно противоположных широких гранях упругого элемента 1 на равном расстоянии и по разные стороны от плоскости 00, проходящей через ось симметрии механической колебательной системы перпендикулярно широким граням упругого элемента. На свободных концах двухконсольной балки-звукопрбвода 1 размещены идентичные инерционные массы б и 7. Поверхностные акустические волны распространяются от передающих встречно-штыревых преобразователей к приемным по поверхностям 8 и 9 звукопровода. Датчик линейных ускорений работает следующим образом. При подключении передающих преобразователей 2 и 3 к источнику элект-рического сигнала на противоположных широких гранях звукопровода 1 возникают две ПАВ, которые по поверхностям звукопровода 7,8 устремляются к приемным преобразователям.4 и 5. Приемные преобразователи, осуществляющие обратное преобразование энергии ПАВ в электрические сигналы, подключаются к соответствующей электронной аппаратуре, которая эти сигналы обрабатывает. При воздействии на корпус датчика линейных ускорений вследствие инерционных свойств масс б и 7 возникают взаимно противоположные дефор мации поверхностей 8 и 9 звукопровода, что приводит к изменению параметров электрических сигналов приемных преобразователей 4 и 5. Величина измененид параметров эдектрических сигналов приемных преобразователей в пределах упругих деформаций поверхностей звукопровода прямо пропорциональна величине воздействующих линейных ускорений. При воздействии на корпус датчика угловых ускорений поверхности звукопровода 8 и 9, благодаря выбранной конструкции, испытывают одинаковые по величине и знаку деформации, которые не вызывают изменений параметров и электрических сигналов приемны преобразователей, а следовательно, не вызывают изменений показаний регистратора.

Предлагаемое техническое решение обладает, во-первых, более высокой точностью. Поскольку в предлагаемом датчике применяются лишь два ПАВпреобразователя деформации на одном и том же упругом элементе, то уменьшается величина акустической и электромагнитной связи (благодаря уменьшению уровня паразитных объем ных и поверхностных волн ), а следо вательно, повышается линейность характеристики преобразования датчика в области малых величин линейных ускорений. Во-вторых, достигнута более высокая чувствительность вследствие .более эффективного использования поверхности широких граней упругого элемента путем максимально, возможного увеличения расстояния между

передающим и приемным преобразователями, так как чувствительность ПАВ-преобразователя деформации nprfмо пропорциональна времени задержки, которое испытывает ПАВ, при прохождении расстояния между центрами приемного и передающего встречноштыревых преобразователей. В-третьих, благодаря увеличению расстояния между передакяцим и приемным преобразователями увеличивается электрическая добротность ПАВ-преобразователя деформации, и разрешающая способносп датчика, которая одновременно увеличивает и точность и чувствительность, а также повышается линейность фазочастотной характеристики ПАВпреобразователя дефолиации, а значит и класс точности датчика в целом, вследствие минимизаций эффектов вто-г рого порядка. В-четвертых, упрощается электрическая схема датчика, так как требуются лишь два усилителя.

ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ, содержащий упругий элемент в виде двухконсольной балки, цбнтр которой жестко соединен с корпусом, а йа свободных концах размещены идентичн ные инерционные массы, и преобразователи деформации, расположенные на взаимно противоположных широких гранях балки, отличающийс я тем, что, с целью повышення чувствительности и точности измерения линейных ускорений, преобразова-г тели деформации выполнены в виде преобразователей поверхностных акустических волн, при этом выполняющие одинаковую функцию встречно-штыревые преобразователи расположены на равном расстоянии и по разные стороны от плоскости, проходящей через ось симметрии балки перпендикулярно ее широким граням.