Тензоакселерометр Советский патент 1979 года по МПК G01P15/12 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения линейных ускорений.

Известны тензоакселерометры, у которых чувствительный элемент выполнен в виде консольно закрепленной балки с 4-мя резисторами, соединенными по мостовой схеме, и инерционной массой на конце ее, выполненной в форме шара или короткого цилиндра 1. Для такого типа тензоакселерометров идеальная форма инерционной массы - шар, центр которого должен совпадать с осью чувствительности консольной тензобалки, чтобы не вызывать крутяших моментов на балке в плоскости рабочего изгиба консольной балки.

Недостатками акселерометров с инерционной массой в виде шара является трудоемкость в изготовлении и закре-плении сферической инерционной массы, а также отсутствие максимального коэффициента заполнения (шаром) объема, предназначенного для рабочего перемешения консольной балки с инерционной массой на конце. Эти недостатки относятся и к инерционной массе цилиндрической формы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является тензоакселерометр, содержащий корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, размещенную в нем консольно установленную кремниевую

балку с закрепленными на ней тензорезисторами, включенными в измерительную схему, и инерционную массу на конце балки 2. В зависимости от диапазона измеряемого ускорения существует несколько модификаций акселерометра. Инерционная масса

тензоакселерометра выполнена в форме параллелепипеда постоянной длины для всех диапазонов измеряемого ускорения с основанием в форме квадрата. При уменьшении верхних пределов диапазона измеряемого ускорения за счет увеличения массы инерционного .тела в этом типе акселерометров площадь основания (квадрата) инерционной массы выполняется соответственно большей при постоянстве ее длины, что приводит к увеличению габаритных размеров и веса тензоакселерометра, предназначенного для измерения ускорений малых величин, и к снижению стойкости тензоакселерометра к случайным импульсным механическим воздействиям из-за возросшей величины опрокидывающего момента относительно места закрепления инерционной массы на консольной балке. Целью изобретения является создание тензоакселерометра с уменьшенными габаритами при одновременном повышении стойкости его к импульсным механическим воздействиям. Для достижения поставленной цели в известном акселерометре и инерционной массе со стороны закрепления ее на консольной балке выполнен паз с расширением к торцу -массы, симметричный относительно оси балки. На чертеже изображен предлагаемый тензоакселерометр. Тензоакселерометр содержит корпус 1 с консольно закрепленной в нем кремниевой балкой 2, на поверхностях 3, 4 которой непосредственно около места ее закрепления 5 расположено по два рабочих резистора 6 работающих на растяжение и сжатие и выполненных методом диффузии. На конце кремниевой балки 2 закреплена инерционная масса 7. Все полости тензоакселерометра заполнены демпфирующей жидкостью 8. Работа тензоакселерометра заключается в следующем. При воздействии на корпус 1 тензоакселерометра измеряемого ускорения n(t) инерционная масса 7, жестко связанная с балкой 2, поворачивается на соответствующий угол, а кремниевая балка 2 изгибается, занимая определенное положение относительно корпуса 1 и стенок паза 9 инерционной массы 7. Угол поворота инерционной массы 7 зависит как от величины измеряемого ускорения n(t) и геометрических размеров консольно закрепленной балки 2, так и от точности выполнения и установки плоскостей 10, 11 инерционной массы 7. При изгибе балки 2 под воздействием измеряемого ускорения n(t) в месте расположения рабочих резисторов 6 возникает деформация кремниевой балки 2, относительная величина которой пропорциональна величине n(t). В результате деформации балки 2 сопротивление резисторов 6, соединенных по мостовой схеме, и, следовательно, величина выходного напряжения с мостовой схемы изменяются на величину, пропорциональную величине деформации. Инерционная масса 7 в тензоакселерометре установлена так, что ось симметрии ее совпадает с осью чувствительности кремниевой балки 2 с тензорезисторами 6 в целях исключения возникновения крутящего момента (стрелка 12). Инерционная масса выполнена в форме параллелепипеда и может быть выполнена различной длины, что позволяет обеспечить максимальный коэффициент заполнения объема, предназначенного для рабочего хода консольной балки с инерционной массой на конце, не увеличивая габаритные размеры тензоакселерометра нри установке инерционной массы большей масВ инерционной массе 7 со стороны закрепления 13 в ней консольной балки 2 выполнен паз 9 с расширенной частью 14 у торца 15 массы 7, расположенный симметрично оси балки 2, а по граням 10, 11, 16, 17 параллелепипеда выполнены фаски 18. Назначение фасок 18 - обеспечение ламинарност.и потока демпфирующей жидкости 8, обтекающей инерционную массу 7 при движении ее в целях исключения пульсирующих воздействий демпфирующей жидкости 8 на инерционную массу 7, а значит, и на- кремниевую балку 2 и, следовательно, в целях повышения ударостойкости тензоакселерометра. Геометри4еские размеры паза выполнены минимальными, с целью повышения коэффициента заполнения прибора инерционной массой. Назначение паза 9 с его расширяюшейся частью 14 заключается в следуюшем. 1. Паз 9 обеспечивает рабочую длину балки 2, следовательно и массу инерционную 7, равную указанным величинам в известном акселерометре. 2. Расширяющаяся часть 14 обеспечивает свободное расположение кремниевой балки 2 при изгибе ее под воздействием измеряемой перегрузки, исключая тем возможность поломки тензобалки в проц ссе работы тензоакселерометра. 3.Расширяющаяся часть 14 паза 9 ис.ключает появление царапин на поверхностях 3, 4 кремниевой балки 2 в результате случайных прикосновений этих поверхностей при изгибе балки -2 в процессе работы тензоакселерометра, что также исключает возможность поломки тензобалки в процессе работы тензоакселерометра. 4.Опрокидывающий момент 12 инерционной массы 7 относительно точки 13 закрепления в ней кремниевой балки 2 уменьшается за счет меньшего сечения инерционной массы 7 по сравнению с массой в известном тензоакселерометре и за счет противодействия выступаюш.их частей 19,. 20 инерционной массы 7, образованных в инерционной массе пазом 9, тем самым уменьшена возможность поломки кремниевой балки в месте закрепления 13 ее в инерционной массе 7 при импульсных механических воздействиях на тензоакселерометре. Формула изобретения Тензоакселерометр, содержащий корпус, заполненный демпфирующей жидкостью.