Струнный акселерометр Советский патент 1980 года по МПК G01P15/10 

(54) СТРУННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение относится к приборостроению, измерительной технике и может быть использовано для измерения ускорения движения объекта. В дифференциальном струнном аксе лерометре П.ОД действием инерционной силы, вызванной измеряемьам ускорением, меняется натяжение струн 1. При этом, натяжение одной струны возрастает, а другой - падает, что приводит к изменению собственных частот их колебаний, Частота колебаний струн имеет квадратичную зависимость от изменения натяжения, а, следовательно, и от измеряемого ускорения. Нелинейность выходной характеристики является существенным недостатком даже в дифференциал ной схеме, в которой для уменьшения погрешности от нелинейности приходи ся существенно ограничивать диапазон изменения натяжения 2. Инерционная масса, связанная со струнами, под действием входного воздейст вия, перемещается на величину,определ емую упругими свойствами материала струны.Масса на струне является высо кодобротной колебательной системой,И в случае,.если на струнный акселерометр воздействует вибрация, имеет резко выраженный резонансный пик. Обычно для уменьшения амплитуды колебаний инерционной массы вводится демпфер. Однако малые перемещения инерционной массы в струнном акселерометре практически исключают возможность применения извесных демпферов, например .воздушных, для уменьшения амплитуды колебаний массы 4 Наиболее близким к изобретению по технической сущности является струнный; датчик, содержащий корпус с закреп.пенной в нем посредством элементов зажима струной, инерционную массу, систему возбуждения и съема сигналаколебаний струны 3. Недостатками струнного датчика являются малые перемещения инерционной массы, определяющиеся упругими свойствами материала струны и ограничивающие применение известных демпфе ров для защиты струнного акселерометра при измерениях с большим уровнем- вибрационных помех; нелинейность зависимости выходной характеристики, связывающей частоту колебаний струны с входным воздействием. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет линеаризации зависимости частоты

колебания струны от перемоз ения инерционной массыо

Для достижения этой цели в инерционной массе выполнены отверстия, посредством которых она размодена на введенных напрйвляющих, жестко укрепленных в боковых стенках корпуса, причем струна укреплена перпен дикулярно направляющим.

На чертеже изображена схема струнного акселерометра.

Струнный акселерометр содержит корпус 1, в котором закреплены направ ляющие, например две оси 2 и 3. Инерционная масса 4 поджата с двухсторон эталонными пружинами 5. На йнердионной массе закрепленаодним концом струна 6 с помощью эле лента зажима 7 Второй конец струны.закреплен в элементе зажима 8 корпуса струнного акселерометра. Струна помещена в зазор системы 9 возбуждения и съема колебаний. Инерционная масса имеет цилиндрическое отверстие, в котором размещен поршень Ю, например воздушного демпфера. Перемещение инерционной массы ограничивается упорами 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

Под действием силы инерционная масса отклоняется от положения равновесия на величину д , и длина становится равной

i, V .

(1)

где .Q -длин струны в начальном

положении инерционной массы; о -удлинение струны от перемещения инерционной массы. Исходя из схемы соединения струны и инерционной массы, удлинение струны определяется как гипотенуза в пря моугольном треугольнике, где один из катетов есть струна, длина которо , а второй - перемещение д инерционной массы

С + - 2) Подставляя выражение (I) и выражение 2), имеем

vS. «й- . -2

( )- С-

(3)

После преобразования получим о Д

(1 +,5 .

( « 2 g , то выражение (4) записано в виде

А

(5)

2е,

Анализируя выражение (5) видим, что в первой части равенства д -с 2, откуда следует, что S & , т.е. удлинение струны меньше перемещения инерционной массы.

Удлинение струны с по закону Гука эквивалетно изменения силы F, равной

„ ES о F --, 6 ,

(6)

V

где Е - модуль- упругости материала

струны;

S - площадь поперечного сечения струны.

Изменение частоты колебаний струнн С1 с учетом (5) запишем в виде

- )

где с - линейная плотность материала

. If-:струны;

У-- - коэффициент преобразова28 I ния.

Согласно выражения (7) изменение частоты колебания струны пропорционально перемещения инерционной массы.

Формула изобретения

Струнный акселерометр, содержащий корпус с закрепленной в нем посредством элементов зажима струной, инерционную массу, систему возбуждания и съема сигнала колебаний струны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет линеаризации зависимости частоты колебания струньа от перемещения инерционной массы, в инерционной массе выполнены отверстия, посредством которых он размещена на введенных направляющих, жестко укрепленных в боковых стенках корпуса, причем струна укреплена перпендикулярно направляющим.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3, Авторское свидетельство СССР №299748, кл. G 01 L 1/10, 1968

(прототип).

s

fff

уА 7/////7}///Л fi