Датчик виброускорений Советский патент 1981 года по МПК G01P15/10 

(5А) ДАТЧИК ВИБРОУСКОРЕНИЙ Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к струнным датчикам виброускорений и может быть использовано для измерения параметров низкочастотных вибраций в промьшшенности и на транспорте Известные струнные датчики ускорений ГП и 2 при измерении низкоча тотных виброускорений объектов с угл вым перемещением основания относительно плоскости горизонта подвержены отрицательному влиянию реакции опоры (кажущемуся ускорению).В результате этого кроме полезного сигнала о вибрациях на выходе датчика имеется нестационарный сигнал, функ ционально связанный с проекцией ускорения силы тяжести на ось чувствительности датчика, что также ограни чивает диапазон измеряемых ускорений. Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам К изобретению является датчик вибро ускорений, содержащий инерцисЛ1ную массу, закрепленную в корпусе посредством биморфного пьезокерамического кристалла и двух соосно расположенных струн, блок поддержания незатухающих колебаний струн и блок сравнения частот колебаний 3. Недостатком устройства также является, наличие дополнительной погрещности, обусловленной наличием паразитного сигнала, функционально связанного с ускорением силы тяжести. Вследствие этого сужается и диапазон измерения виброускорений, так как биморфный элемент {исполнительное устройство канала компенсации) кроме инерционных сил, возникающих от вибрационных ускорений, компенсирует еще и составляющую силы тяжести инерционной массы, направленную по оси иувст- вительности датчика, что равносильно B конечном итоге потере чувствительности датчика. Цель изобретения - повышение точности измерения вибрационных ускорений. Это достигается тем, что датчик снабжен усилителем с фильтром низких частот, вход которого подключе.н к в ходу блока сравнения, а выход - к одному из составных элементов биморфно кристалла, второй элемент- которого соединен с выходом блока сравнения. На чертеже представлена упрощенная конструктивная схема датчика виброускорений. Датчик содержит корпус I, струнные резонаторы 2 и 3, инерционную мае су 4, устройства возбуждения 5, 6 колебаний струнных резонаторов, блок сравнения 7, биморфный пьезокерамический кристалл, состоящий из двух с ставных элементов 8 и 9, усилитель 1 и фильтр 11 ршзких частот. Выход бл ка сравнения 7 одновременно подключе.н к входу усилителя 10 и к одному из составных элементов 8 биморфного пьезокерамического кристалла (к его внешнему и внутреннему общему заземленному электродам). Выход фильтра 1 подключен к второму составному элеме ту 9. Датчик работает .следующим образом При отсутствии виброускорений и при нулевом угле отклонения оси чувствительности от плоскости горизонта собственные частоты резонаторов 2 и 3 равными выходное напряжение блока сравнения 7 равно нулю. При наличии ускорения а на инерционную массу 4 воздействует сила F -та, пытающаяся изогнуть элемент 9 биморфного пьезокерамического крис талла, в направлении, противоположно ускорению а. При этом собственные ча тоты резонаторов 2 и 3 изменяются, и на выходе блока сравнения 7 появится напряжение. Выходной сигнал с бло ка сравнения 7 с частотой, соответствующей частоте вибрационного ускорения а не пройдет через фильтр 11 низких частот с полосой пропускания 0,1 Гц, а поступит сразу на элемент 8 биморфного пьезокерамического кристалла. При этом биморфный пьезокерамический кристалл компенсирует инерционную силу F ma. Таким образом в работе задействован только один элемент 8 биморфного пьезокерамического кристалла, при этом сигнал с блока сравнения 7, пос тупакнций на элемент 8, содержит в се бе информацию об измеряемом вибрационном ускорении. При изменении углового положения оси чувствительности датчика в пространстве на инерционную массу А бует действовать составляющая силы тяести, направленная по этой оси. В езультате чего собственные частоты езонаторов 2 и 3 изменяются, и на выоде блока сравнения 7 появится сиг- нал, который через фильтр 11 низких астот и усилитель 10 с коэффихщентом силения К поступит на другой элеент 9 биморфного пьезокерамического гисталла, и таким образом произойдет омпенсация указанной составляющей силы тяжести. Так как на выходе блока сравнения (выходе датчика) сигнал, функционально связанный с этой составляющей, будет по амплитуде примерно в К раз меньше по сравнению с полезным сигналом /при условии равенства амплитуды виброускорения и величины составляющей ускорения силы тяжести). Таким образом конструкция датчика позволяет существенно снизить погрешность, связанную, с наклонами основания, на котором установлен датчик, при этом диапазон измерения может быть расширен. Формула изобретения Датчик виброускорений, содержащий инерционную массу, закрепленную в корпусе посредством биморфного пьезокерамического кристалла и двух соосно расположенных струн, блок поддержания незатухающих колебаний струн и блок сравнения частот колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения вибрационных ускорений, он снабжен усилителем с фильтром низких частот, вход которого подключен к выходу блока сравнения, а выход - к одному из составных элементов биморфного кристалла, второй элемент которого соединен с выходом блока сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции 1344358, кл. G 01 Р,21.10.63. 2.Патент США 3153351, кл. 73-497, 20.iO.64. 3.Авторское свидетельство СССР № 637733, кл. G 01 Р 15/10, 23.11.78 (прототип).