Двухкомпонентный датчик механических величин Советский патент 1979 года по МПК G01V1/16 

I

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использо.вано в геофизической аппаратуре, в приборах космической и морской навигации и в стендовой технике.

Известен датчик механических величин на основе высокодобротного пьезорезонатора 1. Конструктивно пьезорезонатор, используемый в датчике, выполнен в виде пластины или в виде двояковыпуклойлинзы. Однако, пьезорезонатор в известном датчике оказывается механически непрочным и может быть применен лишь для измерения осевых нагрузок, имея низкую силовую чувствительность. Кроме того известный датчик не позволяет регистрировать более одной компоненты измеряемого механического воздействия.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является двухкомпонентный датчик механических величин, содержащий упругий элемент в виде балки прямоугольного сечения 2. Этот датчик, обеспечивая регистрацию двух компонент механического воздействия, в силу жесткой конструкции балки упругого элемента

обладает пониженной чувствител ьностью. Кроме того, поскольку в датчике применен тензорезисторный преобразователь, он не позволяет осуществлять прецизионные дистанционные измерения в комплексе с бортовыми цифровыми вычислительными машинами.

Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение функциональных возможностей датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в балке упругого элемента вдоль главной оси выполнена цилиндрическая полость, в стенке которой перпендикулярно граням балки выполнены две пары симметричных отверстий, в которых жестко закреплены пьезо5 резонаторы, причем их кристаллографические оси имеют одинаковое направление к главной оси балки.

На фиг. 1, изображена конструкция двухкомпонентного датчика, на фиг. 2 - схематически показаны деформации балки с од0ной из пар пьезорезонаторов.

Двухкомпонентный датчик (фиг. 1) состоит из упругого элемента 1 в виде балки квадратного сечения, выполненной монолитно с жестким основанием 2. У основания 2 датчика в теле балки 1 вдоль главной оси выполнена цилиндрическая полость 3 и две пары симметрично расположенных на гранях балки отверстий с жестко закрепленными в них пьезорезонаторами 4, 5. При этом кристаллографические оси закрепленных пьезорезонаторов имеют одинаковое направление относительно главной оси балки 1. На противоположном основанию 2 конце балки 1 выполнен сферический подпятник 6 для подачи измеряемого воздействия мзм в плоскости XV, параллельной основанию 2. Устройство работает следующим образом. В случае воздействия на подпятник 6 вектора усилия РИЗМ. параллельного плоскости основания 2, его можно разложить на две ортогональные компоненты РХ и Ру, параллельные граням балки 1 датчика. Действие составляющей РХ вызовет разные по знаку, но одинаковые по величине деформации пары пьезорезонаторов 4, расположенных в плоскостях, ортогональных оси X, и одинаковые по величине и знаку дефбрмации пары пьезорезонаторов 5, закрепленных на гранях балки, параллельных оси X. Вследствие такого вида деформаций и одинаковой ориентации кристаллографических осей пьезорезонаторов 4, 5 разность девиации резонансных частот пары пьезорезонаторов 4 будет пропорциональна усилию РХ, а пары пьезорезонаторов 5 равна нулю (фиг. 2). Результат действия компоненты Ру будет обратным и вызовет разные по знаку и одинаковые по величине деформации пары пьезорезонаторов 5 и одинакоЕзые по величине и знаку пары пьезорезонаторов 4. Вследствие этого разность девиации резонансных частот пары пьезорезонаторов 5 будет пропорциональна усилию Ру,а для пары пьезорезонаторов 4 равна нулю. Таким образом, разность девиации резонансных частот пары пьезорезонаторов 4 соответствует величине компоненты Р, а пары пьезорезонаторов 5 - величине компоненты Ру. Девиацйя резонансных частот может быть зарегистрирована включением пьезорезонаторов в любую из известных схем автогенераторов с последующим вычитанием частот их сигналов раздельно для каждой из пар пьезорезонаторов 4 и 5. Чувствительность датчика может изменяться в широких пределах изменением длины балки 1 и толщины стенок полости 3. Датчик может быть использован для измерения векторных усилий, в качестве прецизионных весов, гравиметра или акселерометра, а также для измерения вектора скорости потока жидкости иЛи газа. Предложенныи датчик дает возможность одновременного измерения двух компонент механического воздействия, а его чувствительность увеличена на один ,порядок по сравнению с известным из-за наличия полости в балке с отверстиями, а также за счет изменения длины балки. Расширение функциональных возможностей датчика обусловлено возможностью его применения в гравиметрии, сейсмометрии, в качестве акселерометра, датчика скорости потока жидкости или газа в комплексе с цифровыми регистраторами. Формула изобретения ДвухкомЛонентный датчик механических величин, содергцащий упругий элемент в виде, балки прямоугольного сечения, отличающийся тем, что,- с целью повышения чувствительности и расширения функциональных возможностей, в, балке упругого элемента вдоль главной, оси выполнена цилиндрическая полость, в стенке-которой перпендикулярно граням балки выполнены две пары симметричных отверстий, в которых жестко закреплены пьезорезонаторы,,.. причем их кристаллографические оси имеют одинаковоенаправление к главной оси балки. Источники информации, принятые во внимание приэкспертизе 1.Патент США № 3386292, кд. 73-517 1968.; 2.Нуберт Г. П. Измерительные преобразователи неэлектрических величин. Л., «Энергия, 1970, с. 137, рис. 4-49, (прототип).