Датчик ускорений

 

УСКОРЕНИЙ, содержащий свободно подвешенный маятник, упруго связанный с ним дополнительный маятник и узел преобразования iперемещенийдополнительного маятника , отличающийся тем, что, с целью повьраения точности измерения ускорений ось подвеса дополнительного маятника расположена ниже оси подвеса основного маятника , а центры масс обоих маятников расположены между осями их подвесов . (Л to 4;:

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5Ц С 0 1 Р 1 5/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3227061/18-10 (22) .30.12.80 (46) 15.04.83. Бюл. 9 14 (72) П.Н.Зверев и П.A.Êðàñàâèí (71) Московский автомеханический институт (53) 531.768 (088.8) (56) 1. Патент ФРГ 9 1673366, кл. 42 0 17, 1979.

2. Патент.ФРГ Р 1950452, кл. 42 0 17, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР

9 402806, кл. G 01 P 15/08, 1969 (прототип) .

„.SUÄÄ 1012146 A (54) (57 ) ДА1ЧИК УСКОРЕНИЯ, содержащий свободно подвешенный маятник, упруго .связанный с ним дополнительный маятник и узел преобразовання

:,перемещений дополнительного маятника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения ускорений, ось подвеса дополнительного маятника расположена ниже оси подвеса основного маятника, а центры масс обоих маятников расположены между осями их подвесов.

1012146

Изобретение относится к измерениям ускорений и может быть использовано при испытаниях транспортных средств. При испытаниях транспортных средств необходимо определять горизонтальные ускорения, действующие, на них. Например при испытаниях автомобилей такие ускорения необходимо определять при тормозных испытаниях и прч определении управляемости, где горизонтальные ускорения являются основным параметром.

Известен датчик горизонтальных ускорений, содержащий маятник, связанный с измерительной системой.

При работе маятник отклоняется под 15 действием горизонтального ускорения.

При этом угол отклонения пропорционален величине ускорения и служит мерой ускорения (1).

Однако, использование .таких дат- 7О чиков при испытании транспортных средств, имеющих упругую подвеску,. не обеспечивает высокой точности измерений и требует усложнения комплекса измерительной аппарату- 75 ры. Это происходит потому, то такие транспортные средства, например автомобили, при действии на них горизонтальных ускорений наклоняются и угол их наклона, З0 складываясь с углом наклона маятника по отношению к геодезической вертикали, дает искаженное значение измеряемого. ускорения. При этом ошибка может достигать 12-15%. Для компенсации этой погрешности в комплекс измерительной аппаратуры включают гироскопический датчик наклона и электрическую схему компенсации, либо прибегают .к ручному пересчету при обработке реэуль- 40 татов. Эти мероприятия снижают точность измерений,. усложняют и повышают его энергоемкость.

Известен также датчик, содержащий маятник„связанный с иэмери- 45 . тельным элементом, измеряющим силу, действующую вдоль маятника.

Э а сила, являясь геометрической суммой силы тяготения маятника и перпендикулярной ей силы инерции, 50 от горизонтального ускорения, возникающей при действии ориэонтального ускорения, отклоняющего маятник,не зависит от наклона испыгуемого тРанспоРтного средства (2), 55

Однако, зависимость данной силы от измеряемого ускорения весьма нелинейна. Например, при изменении боково):о ускорения от 1,0 м/с до

10 м/с, т.е. в 10 раз укаэанная си- 60 ла изменяется в 82 раза, но в диапазоне 0 - 1,0 м/с всего лишь на

0,012 от своего значения при боковом ускорении, равном 10 м/с .

С-.ель высокая нелинейность снижает точность измерений, так как с одной стороны, известные датчики сил не обеспечивают высокой точности измерений в столь большом диапазоне изменения силы,.а„с другой стороны, необходимая для исправления нелинейности система электронного пересчета (при приемлемой для данного случая ее сложности и стоимости) дополнительно примерно на ЗФ снижает точность измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик ускорения, содержащий свободно подвешенный маятник, упруго связанный с ним дополнительный маят.ник и узел преобразования перемеще-. ний дополнительного маятника (3).

Однако прототип также характеризуется недостаточной точностью измерения вследствие нелинейности.

Целью изобретения является повы шение,точностй измерения ускорений.

Цель достигается тем, что в датчике ускорений, содержащем свободно подвешенный маятник, упруго связанный с ним дополнительный маятник и узел преобразования перемещений дополнительного маятника, ось подвеса дополнительного маятника расположена ниже оси цодвеса основного маятника, а центры масс обоих маятников расположены между осями их подвесов.

На фиг.l изображен датчик, разрез A-А на фиг.2; на фиг.2 — разрез

Б-Б на фиг.l; на фиг.3 - вид Г на фиг.2; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.l; на фиг.5 — электрическая схема измерительной системЫ.

Датчик состоит из корпуса 1, закрепленного на испытуемом транспортном средстве (не показано). В корпусе на кронштейне 2 и оси 3 подвешен основной маятник 4, несущий ось 5,ее опору 6,экран 7, регулировочный винт 8 и упор 9. На оси 5 установлен дополнительный маятник 10, с прикрепленными к нему лампами 11 и фотодиодами 12-14, входящими в измерительную систему.

/

Ось 5 одним концом 15 неподвижно (например пайкой) соединена с маятником 10. Другой ее конец защемлен в опоре 6 при помощи пяты 16, винта 17, заворачиваемого в квадрат- ную гайку 18. Все остальные места контакта оси 5 с деталями устройства выполнены с зазором. Ось 5 изготовлена из упругого материала и работает как торсион. При отпущеном винте 17, он сам, пята 16 и гайка 18 могут перемещаться вдоль опоры 6, изменяя точку защемления оси 5, т.е. ее длину, что влечет изменение ее угловой жесткости.

1012146

Это делается при настройке прибора.

Экран изготовлен из прозрачного материала и при качении вторичного маятника 10 вокруг оси 5.в любом его положении находится между лампами

11 и фотодиодами 12-14. На экран . нанесена непрозрачная маска (на--. пример, краска не показана) с отверстиями, позволяющими освещать фотодиоды в определенной комбинации.

Регулировочный винт 8 служит для выведения вторичного маятника 10 иэ мертвой точки, если при отсутствии горизонтального ускорения центр его масс окажется на прямой,, соединяющей ocb 3 с центром масс системы, состоящей иэ двух маятников 4 и 10.

Упор 9 ограничивает максимальный поворот маятника 10 относительно маятника 4. Электрическая схема состоит из указанных ранее ламп 11, фотодиодов 12-14 источника питания 19, регистрирующего прибора (например шлейфа осциллографа) 20 и резисторов 21-24.

Предлагаемый датчик работает следующим образом.

При отсутствии горизонтального ускорения маятниковая система, состоящая из маятников 4 и 10 висит вертикально. При этом вторичный маятник 10 касается регулировочного винта 8 и удерживается в этом положении упругостью оси 5.

Под действием горизонтального ускорения маятниковая система отклоняется от вертикали, а маятник

10 поворачивается еще и относительно маятника 4, закручивая ось 5.

При этом лампы 11 и фотодиоды 12-14 перемещаются относительйо экрана 7 и отверстия в маске по системе, определяемой их расположением, освещают фотодиоды, изменяя сопротивление электрической цепи и ток, текущий через регистрирующий прибор 20. Угол поворота маятника

10 пропорционален величине горизонтального ускорения.

На участке маски, соответствун щем значению ускорения 0-0,2 м/с . отверстий нет, все. фотодиоды закрыты и ток через регистрирующий прибор

20 не течет. При величине ускорения

0,2 м/с освещается диод 12 и на приборе 20 появляется ток, определяемый суммой сопротивлений резисторов

21,22 и 24. После достижения величины горизонтального ускорения

0;4 м/с дополнительно освещается диод 13, подключающий резистор 23 параллельно резистору 22, из-за чего ток в цепи возрастает При

20 значении ускорения 0,6 м/с диод

13 закрывается, а диод 14 открывается и резистор 23 переключаетcs на работу параллельно резистору

24, в результате чего ток на при25 боре 20 возрастает еще более.

И, наконец, при величине ускорения 0,8 м/с1- вновь открывается диод 13 и ток достИгает максимума, определяемого сопротивлением

ЗО резистора 21. На участке маски, соответствующем значениям горизонтального ускорения 1,0-1,2 м/с отверстий нет и ток в цепи не течет.

Использование предлагаемого

35, датчика ускорений позволяет повы,сить точность измерений, упростить комплект измерительной аппаратуры эа счет исключения гироскопического датчика, снизить его энергоемкость (в некоторых случаях это

4О очень важно) и ускорить обработку результатов.

1012146

Фиг,2

В-,В.Фиг. 4

Составитель B.Ïèìåíîâ

2ехред K.Мыцьо Корректор М,Коста

Редактор М.Товтин

Заказ 2752/55 1 ираж 871 Подписное

ВКИИПИ Государственного Комитета СССР.по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауиская наб., д. "4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4