Двухкомпонентный резонансный акселерометр Советский патент 1979 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к измеритеЯ ной технике и может быть применено при измерении ускорений в широком диапазоне. Известны акселерометры, чувствительные элементы которых выполнены в виде консольной пружины,.на свободном конце которой закреплена некоторая масса. Такие акселерометры имеют низкую чувствительность и узкий диапазон измерений 1. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является акселерометр, который благодаря резо нансной настройке его чувствительного элемента имеет высокую порогов чувствительнойь и большой коэффициент преобразования. Недостатком его является ограниченный диапазон измерений, т.е. этот прибор не может быть применен одновременно для измерения малых или больших ускоре ний 2. Целью нзобретения является расширение пределов измеряекалх ускорений с сохранением при этом высокой пороговой чувствительности акселерометра, обусловленной резонансной настройкой чувствительного элемента. Пpeдлaгae fcJй aкceлeiзoмeтp конструктивно представлен на фиг. 1 и 2. В корпусе прибора 1, 2 сцентрирована посредством подшипников 3 вращающаяся часть прибора (цилиндр) 4, приводимая во врашение с постоянной угловой скоростью многополюсным . синхронным гистереэисным двигателем 5, у которого активная частг ротора выполнена из магнитотвердого материала, а статорная обмотка выполнена многополюсной. Электрический контакт с элементами вращающейся части прибора осуществляется при помощи токосъемного устройства, состоящего из токоподводшцих колец 6, изолированных между собой, и щеток, закрепленных на колодке. Электрощетки 7-10 служат для подвода напряжения к датчику угла чувствительного элемента и съема информации с него. Электрощетки 11, 12 служат для формирования опорной метки, которая необходима для обработки информации с целью определения направления вектора . ускорения. Чувствительным элементом, является пружина 13,консольно закрепленная в своем основании, которая расположена вдоль оси вращения цилиндра 4, Свободный конец пружины является одновременно ротором фотоэлектрического датчика угла, состоящего из двух фотодиодов 14, включенных по дифференциальной схеме, двух источников света 15, закре ленных во вращающемся корпусе 16, В средней части вращающегося цилиндра размещено арретирующее устройство 17, 18, 19, разрез по А-А которого показан отдельно на фиг. 2 Это устройство при достижении определенной скорости вращения позволяет автоматически консольно закрепит пружину в новом месте, тем самым увеличить жесткость к частоту-колебаний пластинчатой пружины. Арретирующее устройство представ ляет собой объемистое кольцо 19, в пазах которого размещены два плун жера 17, 18, с Г-образными захватами, между которыми размещена пружина 13 чувствительного элемента акcenepOMetpa. С внешней части пазов крепятся крышки 20, предохраняющие плунжеры от выпадания. Между плунже рами и крышками установлены пружины 21, жесткость которых подобрана таким образом, чтобы при переходе от одной постоянной угловой скорости вращения Си , к другой cUg пружины под действием центробежных сил плун жеров сжимались, а захваты между собой зажимали пластинчатую пружину. В рабочем режиме, когда подвижная часть акселерометра вместе с пластинчатой пружиной приводится во вращение со скоростью UJ , при наличии измеряемого ускорения свободный конец пластинчатой пружины будет под действием инерционных сил совершать периодические колебания с той же частотой кругового вращен Поскольку частота собственных коле ний пружины подобрана равной часто те вынужденного врашения двигателя то возникает явление резонанса, пр этом незначительные инерционные си лы вызывают большую амплитуду коле баний пластины: - измеряемое ускорение; где - относительный коэффициент 2 затухания) круговая частота резонансных колебаний. Для того, чтобы наряду со способностью акселерометра измерять весьма малые ускорения прибор обла дал еще широким диапазоном измерений, он снабжен одним или несколькими арретирующими устройствами, п воляющими изменять жесткость и, сл довательно, частоту собственных ко баний пружины. Для обеспечения резонансной настройки чувствительног элемента частота вынужденного вращ ния изменяется изменением числа пар полюсов, которое определяется выражением Qjгде f - частота питающего напряжения гистере.зисного двигателя; п - число оборотов в минуту. Пусть Гц, , тогда п 375 об/мин; если , то об/мин и т.д. Из формулы (1) вытекает, что ее-;ли увеличить измеряемое ускорение j и соответственно ш, то величина лмплитуды колебаний не выйдет за пределы диапазона измерений датчика угла. Для резонансной настройки пружины в заарретированном положении имеется во вращающемся цилиндре окно, позволяющее перемещать арретир вдоль оси вращения с целью изменения частоты собственных колебаний пластинчатой пружины. В зависимости от назначения в акселерометре может быть установлено несколько арретиров. Центробежная сила плунжеров, которая сжимает пружину арретируюаего устройства, при уменьшении числа пар полюсов вдвое увеличивается в 4 раза, т.е. а Я а ,, где OUgi 2U)- круговая частота врашения после уменьшения числа пар полюсов вдвое; г - радиус центра масс плунжера;m - масса плунжера. Такое скачкообразное изменение центробежной силы в четыре, в шестнадцать и т.д. раз придает устойчивость в работе арретирующего устройства. Переключение акселерометра с одного даапазона иэмеряекшх ускорений на другой может быть автоматизироваиным, приэтом сигигшом на переключение может служить предельное значение амплитуды резонансных колебаний. Формула изобретении Двухкомпонентный резонансный акселерометр, содержащий корпус, инерционную массу, закрепленную на свободном конце Консольной пружины, и привод, отличающийся тем, что, с целыо расишрения пределов нзмеряемслх ускорений, в нем установлено с возможностью перемещения вдоль 1ФУЖИНЫ арретирующее устройство, тшолненное в виде кольца, в пазах котеч;х го размешены два . подпружиненных плунжера с saxBataMHl. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования, М., 1965. 2.Авторское свидетельство СССР 502335, кл. G 01 Р 15/08, 1974..