Датчик ударных ускорений Советский патент 1979 года по МПК G01P15/08 

(54) ДАТЧИК УДАРНЫХ УСКОРЕНИЙ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении мопных механических ударов. Известны датчики ускорений пьезоэлектрического типа, солерхацие корпус, пьезоэлёмент и инерционную массу, а также калибровочное устройство 1 . Наличие калибраторов в известных конструкциях дает возможность повыси точность измерения, но только для из мерений вибраций, а не ударных воздействий. Использование этих констРУКГ1ИЙ при ударных воздействиях в целях калибровки невозможно, так как калибровка датчиков должна производиться при воздействии пёриодическо:ГО измеряемого ускорения, что-исключает использование подобного калибратора для калибровки датчика, Измеряющего ударные, т.е. импульсные ускорени я. Акселерометр может быть калиброван без воздействия измеряемого ускорения, однако при калибровке этим методом проверяется только чувствительность пьезоэлемента к статической деформации, а не чувствительност датчика в целом как механической сие темы к импульсным ускорениям. Таким образом, этот метод калибровки также не пригоден для калибровки датчиков, измеряющих импульсные ускорения, так как не позволяет получить частотные характеристики датчиков. Кроме того, в вышеуказанных датчиках, имеющих калибровочное устройство, использовано клеевое соединение элементов датчика, что снижает механическую прочность пьезоэлемента, так как в нем создаются значительные механические найряжениявследствие усадки клея в npionecce его отвердевания. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является пьезоэлектрический датчик, содержащий корпус, инерционную массу и пьезоэлёмент с нанесенньп ш электродами/ выполненныйпо.схеме с предварительным поджатием упругим элементом 3. . Основной недостаток датчиков с поджатым пьезоэлементом - несовершенство контактных поверхностей пьезоэлектрического элемента и корпуса, пьезоэлемента и инерционной массы (шероховатости, неплоскость).Контакт происходит не по всей поверхности, а в ее отдельных тбчках. Это приводит к повышенной концентрации напряжений в этих точках и, слеловательно, к сни жению верхнего предела допустимых ускорений, -ЧТО и ограничивает сверху диапазон измеряемых величин. Для датчика характерна низкая точ ность измерений за счет разрушения контактной поверхности, так как вслед ствие разрушения меняется механичес кб1я резонансная частота всего датчика, а это, в свою очередь, приводит к изменению чувствительности датчика в целом и к снижению точности. При увёлйч ений верхнего предела измёряемых ускорений точность измерений сни жается еще и за счет того, что под действием мощных механических ударов происходит изменение пьезоэлектрических свойствэлемента, что требует регулярной калибровки датчика. Целью изобретения является рас1чирёниб диа.Пйзона измеряемых ускорений и побьштение точности измерений, а Ta зке yrtpotiieHHe конструкций; прибора. Это до;стигаетсятем, что в датчик содержащий корпус, пьеЗоэлемент с на нёсемн ши электродами и инерцйййную массу, птзижатые к корпусу упругим . элементой, введён калибровочный у9ел выполненный в виде катушки йндук;ти вности; размещенной над инерционной массой соосно с йьезоэл1ементом и отЯёлённой от корпуса и инерционной массн, явМйютейся токовыводЬМ, изблирующиШ. прокладками, а электроды выполнёны из текучего материала. При этом катушка индуктиё11бсти вййблйёШ в ййде незамкнутого витка и совмещена с упругим элементом в форме тарельчатой пружины, разрезанной ййЬлЬ своей образующей. , .. На схематически изображён пьезоэлектрический датчик ударных ус .корений. -., , : . - . Датчик ударных ускбрений содержит корпус 1, электроды 2 из текучего материала, пьезоэлемент 3, йнё ционную,массу, одновременно являющуюся токовыводом 4, тарельчатую пружи ну 5, разрезанную вдоль,образующей, изолирутощие прокладки 6 и 7, стопорн кольцо 8 и припаянные к пружййё rijjbвода 9. Работа датчика основана на преобр зовании механических напряжений пьёздэлемёмта, вызванных действием приложенных ускорений, в электрический сигнал-аналог. Материал текучих прокладок, будучи под нагрузкой, заполн ет через некоторое время все дефекты контактных поверхностей. Таким образом, ударные нагрузки распределяются по всей площади пьезоэлемента, и это повымает ударопрочность датчика. Дальнейшее Повышение точности при мощных ударах достигается применением калибратора, который работает следующим образом. Через проводя1чий виток пропускается импульс тока, напрмер, путем разряда конденсатора через него. В инерционной массе, плоская часть которой паргшлельна витку, наводится ток, обратный по знаку току, текущему по витку (согласно закону Ленца), отталкивание антипараллельных токов сообщает инерционной массе Механический импульс, что эквивалентно .нанесению удара. Точность калибровки с.помощью такого устройства обусловлена точностью воспроизведения характеристик импульса тока, обусловленной в свою, очередь стабильностью геометрических размеров датчика и параметров э лек триЧёскойцепи, т.е. величины конденсатора и величины первоначаль нОго напряженияна нём. Формула изобертения 1.Датчик ударных ускорений, соЙётрЖ сйй корпус, Пьезоэлемент с нанесёнными электродами и инерционную массу, прижатые к корпусу упругим элементом, 6. т л и ч а ю и и и с я Тем, что, с целью повыиёния точности, ра1ОШйрёнйй диапазона измерения и уп1р5йёния конструкции, в него введен калибровочный узел, выполненный в виде катушки индуктивности, раз мещенной над инерционной массой соосно с пьезойлёментом и отделенной от корпуса И йнёрцион нОЙ массы, являюГдеЙся токовыводом, изолирующими прокладками, а электроды выполнены из текучего Материала. 2.Датчик по п. 1, о т Л и ч а ю щ и и с я тем,что катушка индуктивности вйполнена в йиде Незамкнутого витка и совмёщёна с упругим элементом в форме тарельчатой пружины, разрезанной вдоль своей образующей. Источники информации, принятые ао внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 344359, кл. G 01 Р 15/08, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 502333, кл. G 01 Р 15/0-8, 1973. 3.Пеллинец B.C. Измерение ударных ускорений. М., 1975, с. 185.