Акселерометр

 

АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий корпус, инерционную массу, связанную упругими элементами с корпусом, тензорезистивные измерительные преобразователи , закрепленные на упругих элементах и включенные в мостовую схему, демпфер в виде металлических частиц, заполняющих внутреннюю полость инерционной массы, и регистрирующий прибор, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений в условиях вибрационных и ударных воздействий, он снабжен источником магнитного поля, выполненным в виде катушки, охватывающей инерционную массу, и источникомпеременного тока, а металлические частицы выполнены в виде намагниченных шариков из магнитотвердого материала. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

9 1 А (19) (11) g 1) G 01 Р 15/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3455816/18-10 (22) 22.06.82 (46) 23.05.84. Бюл. и - 19 (72) А.В.Селезнев, И.А.Шваб и А.Д.Жигулев (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (53) 531.768(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N - 888045, кл. G 01 P 15/08, 15.06.79.

2. Патент США N 3636774, кл. G 01 P 15/08, 03.04.69 (прототип).. (54) (57) AKCEJ1EPOMETP, содержащий корпус, инерционную массу, связанную упругими элементами с корпусом, тензорезистивные измерительные преобразователи, закрепленные на упругих элементах и включенные в мостовую схему, демпфер в виде металлических частиц, заполняющих внутреннюю полость инерционной массы, и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений в условиях вибрационных и ударных воздействий, он снабжен источником магнитного поля, выполненным в виде катушки, охватывающей инерционную массу, и источником- переменного тока, а металлические частицы выполнены в виде намагниченных шариков из магнитотвердого материала.

f 10939

Изобретенг относится к измерению параметров движения, в частности к акселерометрам с элементом демпфирования колебаний массы чувствительного;элемента и тензометрическим преобразователем.

Известны акселерометры, .содержащие измерительный преобразователь и поглотитель свободных колебаний массы чувствительного элемента PI g. 10

Акселерометры имеют относительно низкую динамическую точность из-за узкого частотного диапазона демпфирования свободных колебаний.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является акселерометр, содержащий корпус, инерционную массу, связанную упругими элементами с корпусом, тензорезистивные измери- 20 тельные преобразователи,. наклеенные на упругие элементы и включенные в мостовую схему, демпфер и регистрирующий прибор. При этом инерционная масса выполнена с внутренней по- 25 постыл, которая заполнена металлическими частицами в виде шариков, выполняющих роль демпфера 52 3.

Недостатком известного устройства является относительно низкая точность ЗО измерений в условиях вибрационных и у (арных воздействий. Это обусловлено тем, что при низких частотах измеряемых ускорений эффект демпфирования отсутствует (металлические частицы практически не перемещаются относительно стенок инерционной массы) и свободные колебания инерционной массы вызывают искажение полезного сигнала, приводящее к существенному снижению точности измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений в условиях вибрационных и ударных воздействий.

Указанная цель достигается тем, 4 что устройство, содержащее корпус, инерционную. массу, связанную упругими элементами с корпусом, тензорезистивные измерительные преобразователи, закрепленные на упругих элементах и включенные в мостовую схему, демпфер в виде металлических частиц, заполняющих внутреннюю полость инерционной массы, и регистрирующий прибор, снабжено источником магнитного поля, 55 выполненным в виде катушки, охватывающей инерционную массу, и источником переменного тока, а металлические частицы выполнены в виде намагниченных шариков нз магнитотвердого материала.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема предлагаемого акселерометра; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 — схема включения тензорезистивных измерительных преобразователей.

Устройство для измерения ускорений содержит корпус 1 с боковыми стенками 2 и 3, жестко соединенными между собой пластинами 4 и 5. Внутри корпуса 1 на четырех упругих элементах

6, 7 и 8, 9 подвешена инерционная масса 10, выполненная с внутренней полостью 11 и изготовленная из немагнитных материалов, например беррилиевой бройзы (из которой изготовлены также и упругие элементы 6, 7 и 8, 9).

Тензорезистивные измерительные преобразователи 12, 13 и 14, 15 наклеены на упругие элементы б, 7 и 8, 9 и включены в мостовую схему (фиг. 3), выход которой соединен с регистрирующим прибором 16. Для повышения чувствительности может быть использовано восемь тензорезистивных преобразователей, наклеенных на разные стороны упругих элементов. Металлические частицы 17 изготовлены из магнитотвердого материала, например гексаферрита бария, выполнены в виде намагниченных шариков и помещены во внутреннюю полость 11 инерционной массы 10 °

В корпусе 1 размещена также катушка 18, охватывающая инерционную массу 10 и подключенная к источнику

19 переменного тока. На боковых стенках 2 и 3 закреплены упоры 20 н 21, ограничивающие перемещение инерционной массы 10 в случае воздействия больших ускорений, во много раз превышающих верхний предел измерения.

Ось чувствительности устройства совпадает с направлением, отмеченным стрелкой 22. Размеры магнитных частиц 17, напряженность и частота изменения магнитного поля, количество частиц, заполняющих внутреннюю полость 11 инерционной массы 10, выбираются исходя иэ собственной частоты колебаний инерционной массы, частоты и амплитуды вибрационных н ударных воздействий, а также обеспечения требуемого коэФФициента демирир< аниа.

Соотношение между намагниченкостью ферромагнитных шариков и величиной переменного магнитного поля, созда1093981 рения.

3 ваемого электрической катушкой, выбирается таким образом, чтобы обеспечить. необходимую кинетическую .энергию хаотического движения шариков и тем самым заданный коэффициент демпфирования. Так, например, если шарики изготовлены из гексаферрита бария,. то они имеют остаточную намагниченность около 1000 Э. В этом случае для придания шарикам хаоти- 10 ческого движения минимальная напряженность переменного магнитного поля катушки должна быть порядка 500 Э.

Таким образом, в предложенном устройстве, изменяя величину напряженности магнитного поля посредством изменения тока в катушке, можно изменять коэффициент демпфирования свободных. колебаний инерционной массы, при этом частота переменного магнитного поля щ должна отличаться от частоты соб-. .ственных колебаний инерционной массы,, шарики должны быть изготовлены из материала с большой остаточной намагниченностью, которую имеют магнито- р5 твердые материалы, и иметь высокую износостойкость (гексаферрит бария)..

Коэффициент заполнения шариками полости 11 выбирается исходя из того, чтобы все шарики имели относительную свободу перемещения. Это условие выполняется при коэффициенте заполнения меньшем 0,8.

Предложенное устройство работает следующим образом.

При отсутствии ускорения инерционная масса 10 находится в состоянии равновесия.,Упругие элементы 6, 7 и

8, 9 недеформированы, соответственно 40 недеформированы и тензорезистивные измерительные преобразователи 12, .13 и 14, 15, и поэтому на выходе мосто„-. вой схемы сигнал рассогласования равен нулю. При наличии ускорения в направлении оси чувствительности инерционная масса 10 смещается относительно корпуса 1 Упругие элементы

6, 7 и 8, 9 деформируются и вызывают деформацию тензорезистивных измерительных преобразователей 12, 13 и

" 14, 15. На выходе мостовой .схемы (фиг. 3) появляется сигнал, пропорциональный величине измеряемого ускорения, который регистрируется прибором 16. Высокая точность измерения в широком диапазоне частот измеряемых ускорений обеспечивается благодаря демпфированию сврбодных колебаний, особенно в условиях воздействия вибрационных и ударных возмущений.

Демпфирование свободных колебаний происходит следующим образом.

При включении источника 19 переменного тока катушка 18 создает вокруг инерционной массы 10 переменное магнитное поле, с которым начинают взаимодействовать намагниченные частицы 17. При взаимодействии частицы перемещаются относительно инерционной массы и ударяются о стенки внутренней полости 1 1. Вследствие ударов происходит рассеяние энергии, приводящее к демпфированию колебаний..

Путем изменения напряженности магнитного поля получают требуемый коэффициент демпфирования. При этом демпфирующее действие намагниченных частиц

17 практически не зависит.от частоты и амплитуды вибрационных и ударных воздействий.

Предложенное устройство в сравнении с известными позволяет осуществлять более эффективное демпфирование свободных колебаний в широком диапазоне как частот измеряемых ускорений, так и частот вибрационных и ударных воздействий, что в конечном итоге

:обеспечивает повышение точности изме1093981

? 2

4 иг. 2

Составитель К. Лукомский

Редактор А, Козориз Техред И.Метелева Корректор О. Билак

Заказ 3416/36 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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