Датчик ускорения с частотным выходом Советский патент 1978 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении переменных ускорений, в том числе и ускорений в вибрационных процессах.

Известны датчики ускорений с частотным выходом, содержащие кори/ус, инерционную массу, подвешенную в корпусе с помощью струн, автоколебательный контур и вторичную измерительную аппаратуру частотного типа .

Указанные датчики предназначены для измерения линейных ускорений. При использовании в качестве измерителей вибрационных ускорений их чувствительность низка. Кроме того, обусловленное их конструктивными особенностями предварительное натяжение струны приводит к временным изменениям их характеристик вследствие релаксации напряжения в материале чувствительного элемента (в струне).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик ускорения с частотным выходом, содержащий укрепленную в корпусе на зпругом подвесе инерционную массу, основание и пластинчатый резонатор, образующий совместно с электромагнитным возбудителем автоколебательный контур . Под действием измеряемого ускорения инерционная масса

воздействует на резонатор с усилием, определяемым по выражению

N m а,

(П

где .V - массовая сила, приложенная к резонатору вследствие воз|Действия измеряемого ускорения на инерционную массу;

т - :вел1ичина И1нерциоиной массы;

а - измеряемое (действующее) ускорение.

При действии массовой силы Л на резонатор изменяется частота его собственных поперечных колебаний

1 - /о 1/

(2) -ЯКР

где / - частота собственных колебаний резонатора, соответствующая измеряемому ускорению;

/о - начальная частота ненагрул енного резонатора;

РКР - критическая (Зйлерова) сила резонатора.

После подстановки выражения (1) в (2) характеристика датчика имеет вид

1 т Of

(3)

);

кр

где at VI ft - соответственно текущие значения измеряемого переменного ускорения и соответствующей ему частоты собственных колебаний резонатора.

Знаки « + или «- перед вторыми членами подрадикального выражения соответствуют направлению действия измеряемого ускорения.

Как видно из выражения (3), при измерении знакопеременных ускорений чувствительность известных датчиков с частотным выходом оказывается низкой, поскольку серийно производимые вторичные приборы (частотомеры или периодомеры). измеряют среднее значение частоты колебаний резонатора за конечный отрезок времени.

Применение специальных приставок, например, позволяющих измерять разность частот резонатора, сответствующих амплитудным значениям измеряемого ускорения противоположных направлений, значительно усложняет и удорожает вторичную аппаратуру.

Цель изобретения- упрощение конструкции датчика.

Для достижения поставленной цели н датчике упругие подвесы инерционной массы совмещены с резонатором, выполненным в виде плоской , состоящей из трех параллельных балочек, консоли которых с каждой стороны соединены жесткой перемычкой, середины крайних балочек жестко заделаны в основание, а посередине внутренней балочки укреплена пнерциоиная масса, при этом продольная ось пружины ориентирована перпендикулярно к оси чувствительности датчика, а момент инерции сечения внутренней балочки равен сумме моментов инерции сечений крайних балочек.

На чертеже представлена схема предлагаемого датчика ускорения с частотным выходом.

Датчик включает основание /, резонатор 2, инерционную массу 3, адаптер 4, возбудитель 5 колебаний и усилитель 6, выход которого электрически соединен с измерительным прибором 7. Резонатор 2 выполнен в виде плоской прзжины, состоящей из крайних балочек S и 9 и внутренней балочки 10, консоли которых жестко соединены перемычками // и 12. Длинная ось резонатора 2 расположепа нормально к оси чувствительности датчика. Середины крайних балочек 5 и Р при помощи планок 13 жестко заделаны на основании /. Инерционная масса 5 жестко укреплена в центре внутренней балочки.

Работа датчика осуществляется следующим образом.

При воздействии измеряемого ускорения на инерционную массу 3 действует массовая сила противоположного направления, которая деформирует пружину-резона

тор 2. Поскольку щирина балочки 10 равна суммарной ширине балочек 8 и 9, заделка последних выполнена посередине, а инерционная масса 3 укреплена в центре внутренней балочки 10, инерционная масса 3 и перемычки 11 и 12, являющиеся консолями резонатора 2, соверщают плоскопараллельные перемещения. Пропорционально перемещению инерционной массы 3 возрастает момент инерции поперечных сечений резонатора 2, т. е. повышается его жесткость, вследствие чего увеличивается собственная .частота поперечных колебаний консолей (перемычек 11 и 12).

С изменением направления действия измеряемого ускорения инерционная масса 3 перемещается в противоположном направлении, при этом аналогичным образом возрастает жесткость резонаторов и частота поперечных колебаний консолей. В остальной части работа датчика осуществляется аналогично прототиву: механические колебания адаптером 4 преобразуются в колебания электрического тока, которые усиливаются усилителем 6 по амплитуде и через возбудитель 5 воздействуют на перемычки // и 12 резонатора 2. С другой стороны от усилителя 6 сигнал поступает на измерительный прибор 7.

Так как в предлагаемом устройстве текущая частота собственных колебаний резонатора под нагрузкой всегда больше его начальной частоты, то чувствительность датчика при измерении знакопеременных (вибрационных) ускорений на порядок выше, чем в известной конструкции, что позволяет использовать его в комплекте с серийными частотомерами и избавляет от необходимости применять дорогостоящие спецпальные приставки.

Формула изобретения

Датчик ускорения с частотным выходом, содержащий укрепленную в корпусе на упругом подвесе инерционную массу, основание и пластинчатый резонатор, образующий совместно с электромагнитным возбздителем колебаний, адаптером и усилителем автоколебательный контур, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции датчика, в нем зпругие подвесы инерционной массы совмещены с резонатором, выполненным в виде плоской пружины, состоящей из трех параллельных балочек, консоли которых с каждой стороны соединены жесткой перемычкой, середины крайних балочек жестко заделаны в основание, а посередине внутренней балочки укреплена инерционная масса, при этом продольная ось пружины ориентирована перпендикулярно к оси чувствительности датчика, а момент инерции сечения внутренней балочки равен сумме моментов инерции сечений крайних балочек. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:5 №

1. Авторское свидетельство СССР № 408219, кл. G 01 Р 15/08, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР 392490, кл. G 01 Р 15/08, 1973.

/2