Акселерометр
АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий герметичный корпус, заполненный рабочей жидкостью, плунжер, установленный с капиллярным зазором относительно стенки корпуса, электроды , отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей,, в стенку корпуса , образующую с. плунжером капиллярный зазор, установлены дополни-. тельные электроды заподлицо или заглубленно с внутренней поверхностью корпуса симметрично относительно его торцов, связанные с плунжером упругими злементами. О)
COIO3 СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
Э 511 а 01 Р 15/08
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИП" -::::, ., : „,i
К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ: "" «д l
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАЦ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЗ (21) 3428770/18-10 (22) 23.04.82 (46) 07.09.83. Бюл. 9 33 (72) В.И.Пахомов (71) Отделение Всесоюзного научноисследовательского проектно-конструкторского и технологического института Источников тока (53) 531.768(.088.8) (56) 1. Авторекое свидетельство
СССР У 664103, кл. G 01 Р 15/08, 1977.
2. Лвторское свидетельство СССР
М 509741, кл. G 01 Р 15/08, 1974 .(протогип).
„„SU 422 А (54 ) (57 ) АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий герметичный корпус, заполненный рабочей жидкостью, плунжер, установленный с капиллярным зазором относительно стенки корпуса, электроды, отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных воэможностей, в стенку корпуса, образующую с плунжером капиллярный зазор, установлены дополнительные электроды заподлицо или заглубленно с внутренней поверхностью корпуса симметрично относительно его торцов, связанные с плунжером упругими элементами.
1040422 где и с1Ь (Р1 Ро1 %"
t ро»Р
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к электро-. кинетическим преобразователям информации, Известны акселерометры линейных ускорений, основанные на электрб- 5 кинетическом преобразовании, содержащие корпус, заполненный рабочей жидкостью, плунжерную пару и электроды )1) .
Наиболее близким к предлагаемому )Q является электрокинетический акселерометр, содержащий герметичный корпус, заполненный рабочей жидкостью, плунжер, установленный с капиллярным зазором относительно
15 стенки корпуса, электроды (2) .
Недостатки известных акселерометров — ограниченное время работоспособности при действии низкочастотных ускорений, вследствие остановки плунжера в торцах корпуса, 20 ограниченный снизу диапазон частот, а также отсутствие сигнала, информирующего о положении плунжера в акселерометре, что ограничивает функциональные возможности. 25
Цель изобретения — расширение его функциональных возможностей.
Указанная цель достигается тем, что в акселерометре, содержащем герметичный корпус, заполненный yg рабочей жидкостью, плунжер,установленный с капиллярным зазором относительно стенки корпуса, электроды, в стенку корпуса, образующую с плун жером капиллярный зазор, установлены дополнительные электроды заподлицо или заглублено с внутренней поверхностью корпуса симметрично относительно его торцов, связанные с плунжером упругими элементами. 4О
Введение дополнительных электродов позволяет увеличить число выходных (или входных) электрических сигналов.
При положении электрода в капиллярном зазоре между плунжером и
45 стенкой электрические сигналы зависят от положения плунжера по оси относительно электрода, т.е. электрический сигнал с электрода несет информацию,о положении плунжера. 5О
Знание информации о положении плунжера расширяет функциональные возможности акселерометра.
На чертеже изображен схематично акселерометр линейных ускорений.
Лкселерометр содержит корпус 1, плунжер 2, установленный с капиллярным зазором относительно внутреннеф поверхности стенки корпуса. В торцы корпуса встроены основные электро- 40 ды 3, а.в стенку корпуса, образующую с плунжером капиллнрный зазор, встроен дополнительный электрод 4.
Плунжер связан с торцами корпуса упругими элементами 5 (пружинами).
Корпус заполнен рабочей жидкостью.
Для устранения возможного шумового влияния ориентации плунжера в корпусе на выходной сигнал поверхности контакта дополнительного электрода с рабочей жидкостью расположены симметрично относительно оси корпуса в плоскости перпендикулярного сечения.
Акселерометр работает следующим образом.
При ускорении акселерометра вдоль измерительной оси — оси корпуса 1, плунжер 2 создает перепад давления, вызывающий течение рабочей жидкости в капиллярном зазоре, вследствие чего возникает электрокинетическая разность потенциалов на торцах плунжера. Распределение потенциала вдоль оси в зазоре— линейное и величина потенциала на дополнительном электроде 4 в зазоре линейно зависит от положения плунжера относительно электрода.
Таким образом, на основных электродах в торцах корпуса разность потенциалов не зависит от .положения плунжера, а для дополнительного электрода относительно основного 3 — зависит.
Укаэанная зависимость потенциала дополнительного электрода от положения плунжера является источником дополнительной метрологической информации, что позволяет расширить функциональные возможности акселерометра.
Упругие элементы 5 предохраняют плунжер от остановки в торцах кор пуса, возвращая его в положение равновесия, обеспечивая постоянную способность устройства воспринимать внешние ускорения, т.е. работоспособность.
Работа предлагаемого устройства с одним дополнительным электродом не отличается принципиально от работы устройства с несколькими до« полнительными электродаьж.
При ускорении акселерометра уравнецае движения плунжера имеет вид к осрди н ат а цен тра плунжера по оси начала, координат, для удобства — положение равновесия. плунжера, котс рое совпадает с положением электрода; — время; плотность рабочей жидкости и материала плунжера соответственно; высота плунжера; ускорение;
1040422 где знак Ь вЂ” означает приращение за интервал времениД1.
Таким образом, акселерометр выполняет функции велосиметра.. Поскольку выражение в скобках не зависйт,от частоты, оно может измеряться в той частотной области, где минимальна погрешность их измерения. Обеспечена коррекция спада сигнала на основных электродах с понижением частоты, согласно выра.жению, т.е. фактически амплитудночастотная характеристика становится плоской (Uz-()» (U -0 )» (U О ) (р,-р.)el v " В предлагаемом акселерометре коэффициент преобразования К элементов может быть прокалиброван по ускорению с неизвестной амплитудой. Для гармонического ускоре;, ния (Р,- Р,) ЕА Н= -»ь) РБ Для нижних частот q/SR:»È, Н (p» — pp ) fA/q, т,е. коордийата отслеживает ускорение, Для верхних -частот(а >)q/RS, Н = i (p» — Р» ) Ь .: сд.s Н т.е. производная dh/dt отслеживает ускорение. Поскольку P = SRdh/dt,, 20 то давление также отслеживает ускорение (т.е. пропорционально ему) . В .свою очередь h л jadt. Общее выражение для перепада давления при гар« моническом ускорении. 25 БВ и для нижних частот Д вЂ” 2Ь 2Е - 40 k(р„- р,) драв = Ц -0 . (2) При обработке выходных сигналов, 50 по вышеприведенной зависимости получают сигнал, пропорциональный координате плунжера. Известны электронные устройства, производящие обработку электрических сигналов в аналоговой форме, что позволяет произвести обработку выход -, ных сигналов по указываемым зави-/ симостям, возможно также применение микропроцессоров ° Поскольку h для верхних частот ,пропорционально скорости акселерометра (интегралу от ускорения), предлагаемый акселерометр можно ис« пользовать, как велосиметр. Причем для q 0 (отсутствие упругих эле- 65 Н вЂ” гидросопротивление капиллярного зазора по оси; S — площадь сечения корпуса; отношение жесткости упругих элементов к площади сечения корпуса. Для гармонической составляющей, т.е..d. = А Р », где А - амплитуда ускорения; M — частота,. комплексная амплитуда координаты Н выражается.. SR (Р P) PA Я Обозначив торцовые электроды индексами 1 и 2, а боковой — 3, получаем согласно. линейной зависимости 35 по оси потенциала в зазоре где k — электрокинетический коэффициент преобразования заеора по .давлению. Поскольку в эти выражения не входит частота, то для любой часто-. 45 : ты ь (u — U ).+ (u» - u>) 2 13 — У» ментов) .значение h сохраняется долго (u -U )+(u -u ) Ñ1) 4(P+(ORB) 2(U -U,) Отскда 2 (Uz — U») 4 НЗ U4 03 т.е. К выражается лишь через напряжение и частоту (R, S, 0.- const). Величина жесткости, согласно выраже= нию (1),может являться фактически одним параметром, который необходимо калибровать, поскольку величина ускорения в нем не зависит от коэффициента преобразования. Таким образом, возможно измерение ускорения при неизвестном К. Калибровку величины q легко произвести по ускорению свободного паде- . ния (W = О), и измерению отношения напряжения при W g Q. Исключая А, можно связать q u k и измеряемые напряжения ° Данное расширение функциональных возможностей (самокалибровка), т,е, наличие в выходных сигналах информации, достаточной 1040422 Составитель Н.Мараховская Редактор Н, Ковалева Техред й.Бабинец. Корректор A. Повх Заказ 6922/49 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 для контроля параметров q u значения которых могут изменяться со временем очень существенно для применения акселерометра в автономных системах с длительным сроком службы, поскольку повышена надежности работы и стабильность метрологических параметров. Таким образом, введение в акселерометр дополнительных электродов, установленных эаподлицо или эаглубленно с внутренней поверхностью корпуса симметрично относительно его торцов, связанных с плунжером упругими элементами, расширяет его функциональные воэможности.
