Струнный акселерометр Советский патент 1989 года по МПК G01P15/12 

сл ел

Фиг.1

31515112

Изобретение относится к измериельной технике, а именно к измериелям ускорений.

Целью изобретения является повыение точности измерений за счет одовременного измерения ускорения и температуры.

На фиг,1 показана схема акселероетра; на фиг.2 - схема деформации Q ензоструны при наличии ускорения.

Струнный акселерометр состоит из корпуса 1, первой 2 и второй 3 тен- зострун длиной 1, и 1 и омических контактов к ним 4 - 7. К тензо- 5 струнам закреплены инерционные массы 8 и 9. Для измерения температуры тензоструны 2 и 3 соединены токовывода- ми от контактов 4 и 6 последовательно, а токовыводами от контактов 5 20 и 7 подключены к измерителю 10 температуры. Для измерения ускорения тензоструны включены в мостовую измерительную схему. Тензоструны выполнены из нитевидных кристаллов 25 (ПК) кремния, имеющих один тип проводимости, например дырочный,

Струнньш акселерометр работает следующим образом.

Для измерений корпус 1 закрепляют 30 на исследуемой детали. Тензоструны 2 и 3 с помощью токовыводов Д и 5, 6 и 7 включают в мостовую измерительную схему, которая балансируется. При растяжении сопротивление тензо- ,c струны 2 увеличивается, а тензоструны 3 - уменьшается. В результате этого возникает разбаланс мостовой схемы. Амплитуда выходного сигнала пропорциональна величине ускорения. 0 71ля измерения температуры токовыво- ды 4 и 6 соединяют вместе, а токо- выводы 5 и 7 подсоединяют к измерителю 10 температуры. Если длины тензо- струн 1, и Ij „ удельные сопротинпе- д НИН р и j3., коэффициенты тензочувст- вительности К. и К, площади поперечного сечения , и Я, а также модули Юнга К, и Е и величины сейсмических масс подобраны так, что при одинаковом ускорении изменение сопротивления 1(3R,тензоструны равпо изменению сопротивления /5R тензоструны 3,

50

ЛЯ , 4 R2

(1)

то выходной измерителя 10 температуры не будет зависеть от величины ускорения (деформации тензо- струн), а будет определяться только температурой тензострун. Общее сопротивление тензоструны в сумме, с учетом ( 1) не будет зависеть от деформации

R + R 2 Р- .

(2)

Тензоструна 3 под действием груза 9 испытывает деформацию изгиба. Предположим, что толщина тензоструны 3 равна b (фиг.2) . Кривизна изгиба сторон тензоструны будет г и г , причем

г, + h .

(3)

Величины радиусов кривизны будут зависеть от ускорения, с которым движет - ся исследуемый объект. Деформация , сторон 11 и 12 тензоструны 3 (фиг.2) будет соответственно определяться по формулам:

2 ; (сжатие) (4)

- , (растяжение) 2г2 2( . .

Результирующая деформация всей струны будет

1

1

,,. ev (--i---i)

(6)

Так как г : г , + Ь, то суммарная деформация тензоструны будет являться деформацией сжатия. У тензоструны, имеющей дырочную проводимость, при сжатии уменьшается сопротивление R, а у тензоструны 2, которая растягивается, увеличивается сопротивление. Для вьтолнения условий (1) и (2) необходимо, чтобы

3R, - /3R, О ,

(7)

Предположим, что делитель 1 движется с ускорением а, при этом на тензоструны 2 и 3 (.Фиг.1) действуют

силы:

F 2 mg(g + а); F 3 m э(ё а) ,

(8)

где g - ускорение свободного падения.

Относительная деформация тензострун в этом случае определяется соотношениями:

Ь

i niiiS-l-Si E S 2

e, L- msls-i-il ,

(9)

E

S,

5 - 3

де 3 ,a ;

S.SjjEjjE ,- площади поперечного сечения и модули Юнга тензострун 2 и 3;

L - коэАфициент, зави сящий от геометрической формы тен- зоструны 3.

Сопротивление тензострун при деормации изменяется согласно зависиостей:

uR| - .-cjf R-i

(10)

К - коэффициенты тензо-. чувствительности тензострун 2 и 3, имеюпдах удельные сопротивления р Сопротивление тензострун без деформации равно соответственно:

RI f2- l./Sj )

R, РЗ-Ч/ЗЗ

(11)

Учитывая соотношения (9), (Ю), (11), соотношение (1) можно записать в виде

К о -- -«ls-i-s)

Pas E, R2

К Р i Т ); - -р с,

ь с/З Ь 3

(12)

после преобразования получим

151

51 12

n)J L Si- -li-5i-- 2 , /13)

ш, K,.я,Ц., 3

Если тензоструны 2 и 3 изготовле- 5 ны из одного НК, то Я , f f, i E г Ej и соотношение (13) примет

вид

0

5}J mg

Кг-1,

(i)

Козффициент тензочувствительности Kj является эффективным коэффициентом тензочувствительности тензоструны 3 и зависит от начальной длины l,

5 толпшны Ь.

При выполнении условий (13) или (1-4) струнньм акселерометром данной конструкции можно одновременно измерять параметры колеблющихся тел и

0 температуру окружающей среды.

Формула изобретения

Струнный акселерометр, содержа- 5 щий корпус, на котором одним концом закреплена тензоструна в виде нитевидного монокристалла полупроводника с токовыводами на концах, на другом конце которой закреплена сейсмичес- Q кая масса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, перпендикулярно первой тензоструне к корпусу двумя концами прикреплена вторая тензоструна из полупроводника, имеющая с первой стру- ной одинаковьп тип проводимости, в центре которой подвешена вторая сейсмическая масса, причем обе тензоструны включены в мост и последовательно подключены к измерителю тем0

пературы.

Изобретение относится к измерительной технике. Для измерений ускорения корпус 1 закрепляется на исследуемый объект. Тензоструны 2 и 3 с помощью токовыводов 4 и 5, 6 и 7 включается в мостовую измерительную схему, которая балансируется. К тензострунам прикреплены инерционные массы 8 и 9. Для измерения температуры тоководы 4 и 6 соединяются вместе, а токовыводы 5 и 7 подсоединяются к измерителю температуры. Параметры тензострун подобраны таким образом, что выходной сигнал измерителя температуры 10 не будет зависеть от величины ускорения, а будет определяться только температурой тензострун. 1 ил.