Акселерометр Советский патент 1984 года по МПК G01P15/12 

6 1 /2 2 /«

Л /л.,л ж 1 Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к акселерометрам с элементом демпфирования колебаний массы чувствительногб,элемента и тензометрическим преобразователем. Известны акселерометры, содержащие измерительный преобразователь и. поглотитель свободных колебаний массы чувствительного элемента 1J. Акселерометры имеют относительно низкую динамическую точность из-за узкого частотного диапазона демпфирования свобсдных колебаний. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является акселерометр, содержащий корпус, инерционную массу, связанную упругими элементами с корпусом, тензорезистивнне измерительные преобразователи, наклеенные на упругие элементы и включенные в мостовую схему, демпфер и регистрирующий прибор. При этом инерционная масса выполнена с внутренней полостью, которая заполнена металлическими частицами в виде шариков, вы полняющих роль демпфера L 2 i Недостатком известнЬго устройства является относительно низкая точност измерений в условиях вибрационных и ударных воздействий. Это обусловлено тем, что при низких частотах измеряемых ускорений эффект демпфиро вания отсутствует (металлические час тицы практически не перемещаются относительно стенок инерционной массы) «J свободные колебания инерционно массы вызывают искажение полезного сигнала, приводящее к существенному снижению точности измерений. Цель изобретения - повьшение точности измерений в условиях вибрационных и ударных воздействий. Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее корпус, инерционную массу, связанную упругим элементами с корпусом, тензорезистив ные измерительные преобразователи, закрепленные на упругих элементах и включенные в мостовую схему, демпфер в виде металлических частиц, заполняющих внутреннкяо полость инерционной массы, и регистрирующий прибор, снабжено источникЬм магнитного поля выполненным в виде катушки, охватывающей инерционную массу, и источником переменного тока, а металличес кие частицы вьтолнены в виде намаг1ничейных шариков из магнитотвердого материала. На фиг. 1 представлена конструктивная схема предлагаемого акселерометра j на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 на фиг. 3 - схема включения тензорезистивных измерительных преобразователей . Устройство для измерения ускорений содержит корпус 1 с боковыми стенками 2 и 3, жестко соединенными между собой пластинами 4 и 5. Внутри корпуса 1 на четырех упругих элементах 6, 7 и 8, 9 подвешена инерционная масса 10, выполненная с внутренней полостью 11 и изготовленная из немагнитных материалов, например беррилиевой бронзы (из которой изготовлены также и упругие элементы 6, 7 и 8, 9). Тензорезистивные измерительные преобразователи 12, 13 и 14, 15 наклеены на упругие элементы 6, 7 и 8, 9 и включены в мостовую схему (фиг. 3), выход которой соединен с регистрирующим прибором 1 б. Для повьпиения чувствительности может быть использовано восемь тензорезистивных преобразователей, наклеенных на разные стороны упругих элементов. Металлические частицы 17 изготовлены из магнитотвердого материала, например гексаферрита бария, выполнены в виде намагниченных шариков и помещены во внутреннюю полость 11 инерционной массы 10. В корпусе 1 размещена также катушка 18, охватывающая инерционную массу 10 и подключенная к источнику 19 переменного тока. На боковых стенках 2 и 3 закреплены упоры 20 и 21, ограничивающие перемещение инерционной массы 10 в случае воздействия больших ускорений, во много раз превьш1ающих верхний предел измерения. Ось чувствительности устройства совпадает с направлением, отмеченным стрелкой 22. Размеры магнитных частиц 17, напряженность и частота изменения магнитного поля, количество частиц, заполняющих внутреннюю полость 11 инерционной массы 10, выбираются исходя из собственной частоты колебаний инерционной массы, частоты и амплитуды вибрационных и ударных воздействий, а также обеспечения, требуемого коэффициента демпфирования. Соотношение между намагничениостью ферромагнитных шариков и величиной переменного магнитного поля, созда310ваемого электрической катушкой, выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимую кинетическую энергию хаотического движения шариков и тем самым заданный коэффициент демпфирования. Так, например, если шарики изготовлены из Гексаферрита бария, то они имеют остаточную намагниченность около 1000 Э. В этом Случае для придания шарикам хаотического движения минимальная напряженность переменного магнитного поля катушки должна быть порядка 500 Э, Таким образом, в предложенном устройстве, изменяя величину напряженности магнитного поля посредством изменения тока в катушке, можно изменять коэффициент демпфирования свободных колебаний инерционной массы, при этом частота переменного магнитного поля должна отличаться от частоты собственных колебаний инерционной массы шарики должны быть изготовлены из материала с большой остаточной намагниченностью, которую имеют магнитотвердые материалы, и иметь высокую износостойкость (гексаферрит бария). Коэффициент заполнения шариками полости 11 выбирается исходя из того, чтобы все шарики имели относительную свободу перемещения. Это условие выполняется при коэффициент заполнения меньшем 0,8. Предложенное устройство работает следукмдим образом. При отсутствии ускорения инерционная ма:сса 10 находится в состоянии равновесия. .Упругие элементы 6, 7 и 8, 9 недеформированы, соответственно недеформированы и тензорезистивные измерительные преобразователи 12, .13 и 14, 15, и поэтому на выходе мосто; вой схемы сигнал рассогласования равен нулю. При наличии ускорения 1 в направлении оси чувствительности инерционная масса 10 смещается относительно корпуса 1/ Упругие элементы в, 7 и 8, 9 деформируются и вызывают деформацию тензорезистивных измерительных преобразователей 12, 13 и 14, 15. На выходе мостовой .схемы (фиг. 3) появляется сигнал, пропорциональный величине измеряемого ускорения, который регистрируется прибором 16. Высокая точность измерения в широком диапазоне частот измеряемых ускорений обеспечивается благодаря демпфированию сврбодных колебаний, особенно в условиях воздействия вибрационных и ударных возмущений. Демпфирование свободных колебаний происходит следующим образом. При включении источника 19 переменного тока катушка 18 создает вокруг инерционной массы 10 переменное магнитное поле, с которым начинают взаимодействовать намагниченные частицы 17. При взаимодействии частицы перемещаются относительно инерционной массы и ударяются о стенки внутренней полости 11. Вследствие ударов происходит рассеяние энергии, приводящее к демпфированию колебаний. Путем изменения напряженности магнитного поля получают требуемьй коэффициент демпфирования. При этом демпфирующее действие намагниченных частиц 17 практически не зависит.от частоты и амплитуды вибрационных и ударных воздействий. Предложенное устройство в сравнении с известными позволяет осуществлять более эффективное демпфирование свободных колебаний в широком диапазоне как частот измеряемых ускорений, так и частот вибрационных и ударных Воздействий, что в конечном итоге ;обеспечивает повьш1ение точности измерения. Л-А

V 2

//////////////7 ---.

--/

L18

АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий корпус, инерционную массу, связанную упругими элементами с корпусом, тензорезистивные измерительные преобразователи, закрепленные на упругих элементах и включенные в мостовую схему, демпфер в виде металлических частиц, заполняющих внутреннюю полость инерционной массы, и регистрирующий прибор, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений в условиях вибрационных и ударных воздействий, он снабжен источником магнитного поля, выполненным в виде катушки, охватывающей инерционную массу, и источником- переменного тока, а металлические частицы выполнены в виде намагниченных шариков из магнитотвердого материала. (Л

Ц4

////////9 /Х//7/

V

d

Фиг. 2