Датчик ускорения Смыслова Советский патент 1993 года по МПК G01P15/12 

Изобретение относится кизмеритель ной технике точнее к датчикам для измерения линейного и углового ускорения на основе использования сил инерции с преобразованием их в электрическую величину путем изменения электрического сопротивления переменного резистора с закорачиванием рёзистивного элемента. г Целью, изобретения является устра- ; пение недостатков, т.е. повышение .точности благодаря устранению ступенчатого изменения сопротивления, гистерезиса, релаксации, старения, незначительной деформации при конструктивно-тёхнологи- ческом упрощении датчика благодаря устранениюнамотанного резисторного элемента и шара, а также увеличение .срока службы благодаря отсутствию временной погрешности.

На фиг. 1 показан вариант датчика ли- , иейного ускорения в плоскости наибольшей гибкости упруго-контактного элемента; на

фиг. 2 -то же,вид сбоку, продольный разрез; на фиг. 3 - схема варианта датчика углового ускорения; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема датчика.

В корпусе 1 закреплен конец упруго- контактного элемента в виде плоской консольной балочки (консоли) 2 из бериллиеврй бронзы, на свободном конце которой закреплен инерционный элемент в виде шарика 3, например, из вольфрама, поэтому консоль 2 выполняет функцию упругого эле- . мента. По обе стороны консоли 2 закреплены на корпусе 1 металлические основы 4, выпуклые к консоли 2 в плоскости ее наибольшей гибкости, т.е. плоскости, в которой лежит продольная ось консоли 2 и которая перпендикулярна широкой стороне консоли 2. На выпуклой поверхности основы 4, обращенной .к консоли 2, выполнено, например, напылено, прочное пиэлектрикрвое покрытие, например, окись алюминия., служащее подложкой 5 для резистивного элемента,

ел

G

СО

о

00

со

о

выполненного в виде дорожки 6 из рези- стивного материала, нанесенного, например, по толстопленочной технологии (толщины подложки 5 и дорожки 6 на фигурах преувеличены). При ускорении консоль 5 2 изгибается и закорачивает часть дорожки 6, выполняя функцию контактного элемента; . . ;

Дорожка 6 непрерывная, гладкая, продольный профиль имеет форму, обеспечива- 10 ющую заданную зависимость сигнала датчика от ускорения. Этот профиль определен профилем основы 4 под дорожкой 6, поскольку подложка 5 и дорожка 6 тонки и .каждая из них имеет равную толщину. Ко- 15 мель консоли 2 находится в контакте с. началами дорожек 6, а от концов дорожек 6 отходят металлические выводы 7 (например, напыленные, толщина преувеличена) на другие стороны основ 4 по подложкам 5 для 20 подсоединения к измерительной цепи изве- ,; стным образом, например, в виде полумо- стовой схемы. Контактные поверхности начал выводов 7 от концов дорожек б выполнены не выступающими над заданным про- 25 филем контактной поверхности дорожек 6. В нижней части основ 4 выполнены упругие демпфирующие упоры 8 дпя смягчения ударов шарика 3 по основам при ударных |. перегрузках датчика. Линия действия изма- 30 ряемого ускорения а находится на прямой, проходящей перпендикулярно широкой стороне консоли 2 в ее плоскости симметрии и в плоскости крепления корпуса 1 к измеряемому объекту (показана стрел- 35 кой а). Датчик может быть установлен при любом угле консоли 2 к горизонту, но положение, показанное на фиг. 1, - лучшее, ибо в этом случае практически нет погрешности от ускорения силы тяжести.40

На основе известных конструктивных решений может быть выполнен датчик угловых ускорений: для этого, например, два описанных датчика линейных ускорений следует закрепить на переходник 9 (с отвер- 45 стаем 10 для крепления на конце вращающегося вала) шариками 3 в противоположные стороны, а дорожки б включить в мост так, чтобы только при одновременном изгибе консолей 2 по (или про- 50 тив) часовой стрелке приращения сопротивлений в соседних плечах 6 имели противоположные знаки.

Варианты конструкции (детали, не имеющие номеров позиций в тексте, на фигурах 55 не показаны, ибо они понятны на основе вышеизложенного). Форма выпуклой поверхности основы 4 может быть рассчитана rfo формулам сопромата в зависимости от формы консоли 2..

Основа 4 может быть выполнена из диэлектрика, тогда подложка 5 не нужна. Профиль выпуклой поверхности основы 4, толщина, ширина и удельное сопротивление дорожки 6 могут изменяться вдоль дорожки 6, как и толщина подложки 5 и толщина и ширина консоли 2, для получения нужной зависимости сигнала датчика от ускорения. Контактный элемент 2 может иметь различную форму, однако консоль предпочтительна, ибо она имеет наибольшую деформацию при прочих равных уело виях, что особенно важно при измерении небольших ускорений. Датчик может иметь одну основу 4, если надо измерять ускорения, направленные в одну сторону (одного знака), например, по стрелке а, тогда левая основа 4 не нужна. Но и с одной основой 4 можно измерять ускорения в обе стороны, для этого консоль должна иметь предварительный изгиб, обеспечивающий границу контакта на середине дорожки б при нулевом ускорении, или консоль 2 должна быть изогнута до такого же положения дополнительной пружиной, действующей на шарик 4. Консоль 2 может быть электрически изолирована от корпуса 1.

Датчик работает следующим образом.

Исходное положение показано на фиг. 1. Мост (фиг, 4) уравновешен. При появлении ускорения а корпус 1 с основами 4 движется по стрелке а, но шарик 3 стремится сохранить свое положение, поэтому изогнет консоль 2 вправо, и граница закороченного участка дорожки 6 опустится, т.е. сопротивление плеча 6п моста (фиг. 3) уменьшится, в диагонали моста появится сигнал, однозначно зависящий от ускорения. При уменьшении ускорения процесс пойдет в обратном направлении. При изменении знака ускорения то же самое произойдет на дорожке 6п. Дорожка б гладкая, консоль 2 - тоже, поэтому граница пятна контакта будет двигаться без скачков, в связи с чем характеристика датчика - плавна без ступенек. .

Формул а изобретения

Датчик ускорения, содержащий корпус, закрепленную на нем основу с резистивным злементом и упругий контактный элемент, скрепленный с инерционным элементом, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности при конструктивно- технологическом упрощении и увеличений срока службы, контактный элемент выполнен в виде консоли, закрепленной .в корпусе, по крайней мере одна поверхность основы, обращённая к консоли, выполнена выпуклой в плоскости наибольшей гибкости консоли, а резистивный элемент расположен на выпуклой поверхности основы в виде непрерывной гладкой дорожки, один конец которой прижат к комлю консоли, а к другому присоединен металлический вывод, толщина которого меньше толщины дорожки.

Использование; датчик предназначен для измерения линейных или угловых ускорений. Сущность изобретения: в датчике в корпусе закреплен контактный элемент в виде консоли, которая, изгибаясь под действием инерционного элемента в зависимости от ускорения а, закорачивает соответствующую часть резистивного элемента в виде дорожки, закрепленной через изолирующую подложку на основе, вплоть до полного /закорачивания при номинальном ускорении. При противоположном направлении ускорения консоль закорачивает дорожку. 4 ИЛ. - ;-. ;; V v ... ; , ..-. . ; . .

Фиг.

Фиг.2

ФигЛ