Датчик линейных ускорений

 

ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ, содержащий упругий элемент в виде двухконсольной балки, цбнтр которой жестко соединен с корпусом, а йа свободных концах размещены идентичн ные инерционные массы, и преобразователи деформации, расположенные на взаимно противоположных широких гранях балки, отличающийс я тем, что, с целью повышення чувствительности и точности измерения линейных ускорений, преобразова-г тели деформации выполнены в виде преобразователей поверхностных акустических волн, при этом выполняющие одинаковую функцию встречно-штыревые преобразователи расположены на равном расстоянии и по разные стороны от плоскости, проходящей через ось симметрии балки перпендикулярно ее широким граням.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

- СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1029

3@g G 01 P 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ВВТОРОРОМУ C TBV (21) 3245042/18-10 (22) 12. 02. 81 (46) 15. 07. 83. Бюл. Р 26 .(72) И.Х. Исхаков и Ш.Х. Исхаков (71) Казанский ордена Трудового Крас- ного Знамени авиационный институт им. A.Н. Туполева (53). 531.768(088.8) (56) 1. Патент США М 3863497, кл. 73-71.2, опублик. 1975.

2 Авторское свидетельство СССР

9 498557, кл. G 01 Р 15/12, 1974 (прототип). (54)(57) ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ, содержащий упругий элемент в виде двухконсольной балки, цЕнтр которой жестко соединен с корпусом, а на свободных концах размещены идентич ные инерционные массы, н преобразователи деформации, расположенные на взаимно противоположных широких гранях балки, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения линейных ускорений, преобразователи деформации выполнены в виде преобразователей поверхностных акустических волн, при этом выполняющие одинаковую функцию встречно-штыревые преобразователи расположены на равном расстоянии и по разные стороны от плоскости, проходящей через

ocb симметрии балки перпендикулярно ее широким граням. е

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных ускорений при одновременном воздействии на корпус измерительного преобразователя угловых ускорений.

Известен датчик линейных ускорений, выполненный в виде консольно закрепленной балки с размещенной на свободном конце сейсмической массой.

На одной из широких граней балки, играющей одновременно роль звукопровода поверхностных акустических волн (ПАВ ), размещены передающий и приемный встречно-штыревые преобразователи ПАВ, которые служат для преобразования электрического сигнала в

IIAB и наоборот (1).

Недостатки известного датчика линейных ускорений — высокие температурная погрешность и чувствитель.— . ность к угловым ускорениям.

Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является датчик ускорений, состоящий из .упругой симметричной консоли, жестко закреплен=.. ной по центру, на которой сверху и снизу наклеены преобразователи деформации (2 g. Этот датчик при соответствующей коммутации преобразователей деформации может быть использован для измерения, линейных уско- q рений при одновременном воздействии на корпус датчика угловых ускорений.

Недостатком известного технического решения является: низкая точность, так как при одновременном использовании четырех ПАВ-преобразователей деформации на одном и том же упругом элементе вследствие акустической (генерация паразитных объемных и поверхностных волн )и электромагнитной связи между отдельными IIAB-преобразователями деформации, нарушается линейность характеристики преобразования датчика в области малых величин линейных ускорений. Кроме того низка чувствительность вследствие неэффективного использования поверхностей широких граней упругого элемен та.Электрическая схема датчика в целом сложна,так как требуется использо ванне четырех усилителей.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерения линейных ускорений.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике линейных ускорений, содержащем упругий элемент в виде двухконсольной балки, центр которой жестко соединен с корпусом, а на свободных концах размещены идентичные инерционные массы, и преобразователи деформации, расположенные на взаимно противоположных широких гранях балки, преобразователи деформации выполнены в виде преобразователей поверхностных акустических волн, при этом выполняющие одинаковую функцию встречно-штыревые преобразователи расположены на равном

5. расстоянии и по разные стороны от плоскости, проходящей через ось симметрии балки перпендикулярно ее широким граням.

На чертеже представлена схема датчика линейных ускорений, общий вид.

Датчик содержит упругий звукопровод 1, выполненный, например из пьезоэлектрика или металла. Выполняющие одинаковую функцию основные

)5 элементы ПАВ-преобразователей деформации, а именно передающие 2,3 и приемные 4,5 встречно-штыревые пре- образователи; расположены .на взаимно противоположных широких гранях упругого элемента 1 на равном расстоянии и по разные стороны от плоскости 00", проходящей через ось симметрии механической колебательной системы перпендикулярно широким граням упругого элемента. На свободных концах двУхконсольной балки-звукопровода 1 размещены идентичные инерционные массы б и 7. Поверхностные акустические волны распространяются от передающих встречно-штыревых преобразователей к приемным по поверхностям 8 и 9 звукопровода.

Датчик линейных ускорений работает следующим образом.

При подключении передающих преоб35 разователей 2 и 3 к источнику элект-.рического сигнала на противоположных широких гранях звукопровода 1 возникают две ПАВ, которые по поверхностям звукопровода 7,8 устремляются к

4О приемным преобразователям .4 и 5. Приемные преобразователи, осуществляющие обратное преобразование энергии

IIAB в электрические сигналы, подключаются к соответствующей электронной

45 аппаратуре, которая эти сигналы обрабатывает.

При воздействии на корпус датчика линейных ускорений вследствие инерционных свойств масс б и 7 возникают взаимно противоположные дефор мации поверхностей 8 и 9 звукопровода, что приводит к изменению параметров электрических сигналов приемных преобразователей 4 и 5. Величина изменения параметров электрических сиг55 налов приемных преобразователей в пределах упругих деформаций поверхностей звукопровода прямо пропорциональна величине воздействующих линейных ускорений.

60 При воздействии на корпус датчика угловых ускорений поверхности звукопровода 8 и 9, благодаря выбранной конструкции, испытывают одинаковые по величине и знаку деформации, которые не вызывают изменений парамет1029085

Редактор С. Лисина Техред С.Мигунова

Корректор,A. Ференц.

Заказ 4968/42

Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ров и электрических сигналов приемных преобразователей, а следовательно, не вызывают изменений показаний регистратора.

Предлагаемое техническое решение обладает, во-первых, более высокой точностью. Поскольку в предлагаемом датчике применяются лишь два ПАВпреобразователя деформации на одном . и том же упругом элементе, то уменьшается величина акустической и 10 электромагнитной связи (благодаря уменьшению уровня параэитных объем ных и поверхностных волн ), а следо вательно, повышается линейность характеристики преобразования датчика в области малых величин линейных ускорений. Во-вторых, достигнута более высокая чувствительность вследствие .более эффективного использования поверхности широких граней упругого элемента путем максимально, возможного увеличения расстояния между передающим и приемным преобразователями, так как чувствительность

ПАВ-преобразователя деформации прямо пропорциональна времени задержки, которое испытывает IIAB, при прохождении расстояния между центрами приемного и передающего встречноштыревых преобразователей. В-третьих, благодаря увеличению расстояния между передающим и приемным преобразователями увеличивается электрическая добротность IIAB-преобразователя. деформации, и разрешающая способности датчика, которая одновременно увеличивает и точность и чувствительность, а также повышается линейность фазочастотной характеристики IIABпреобразователя деформации, а значит, и класс точности датчика в целом, вследствие минимйзации эффектов вто-. рого порядка. В-четвертых, упрощается электрическая схема датчика, так как требуются лишь два усилителя.