Струнный акселерометр

 

Изобретение относится к измерительной технике. Для измерений ускорения корпус 1 закрепляется на исследуемый объект. Тензоструны 2 и 3 с помощью токовыводов 4 и 5, 6 и 7 включается в мостовую измерительную схему, которая балансируется. К тензострунам прикреплены инерционные массы 8 и 9. Для измерения температуры тоководы 4 и 6 соединяются вместе, а токовыводы 5 и 7 подсоединяются к измерителю температуры. Параметры тензострун подобраны таким образом, что выходной сигнал измерителя температуры 10 не будет зависеть от величины ускорения, а будет определяться только температурой тензострун. 1 ил.

СОЮЗ С08ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5))4 G 01 P 15/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

У

10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 1 (21) 4147533/24-10 (22) 14 ° 11.86 (46) 15.10.89. Бюл. У 38 (71) Воронежский политехнический институт (72) А,И. Дрожжин, Н.К. Седых, С.В ° Попов и С.А. Антипов (53) 531.768 (088.8). (54) СТРУННЫЙ АКСЕЛЕPOMETP (57) Изобретение относится к измерительной технике. Для измерений ускорения корпус 1 закрепляется на исследуемый объект. Тензоструны 2 и 3

ÄÄSUÄÄ 3535132 А1

2 с помощью токовыводов 4 и 5, 6 и 7 включаются в мостовую измерительную схему, которая балансируется. К тензострунам прикреплены инерционные массы 8 и 9. Для измерения температуры токовыводы 4 и 6 соединяют вместе, а токовыводы 5 и 7 подсоединяют к измерителю температуры. Параметры тензострун подобраны таким образом, что выходной сигнал измерителя температуры 10 не будет зависеть от величины ускорения, а будет определяться только температурой тензострун.

2 ил. струнам закреплены инерционные массы

8 и 9. Для измерения температуры тенэоструны 2 и 3 соединены токовыводами от контакто з 4 и 6 последовательно, а токовыводами от контактов 5 20 и 7 подключены к измерителю 10 температуры. Для измерения ускорения тензоструны включены в мостовую измерительную схему. Тензоструны выполнены из нитевидных кристаллов (HK) кремния, имеющих один тип проводимости, например дырочный.

Струнный акселерометр работает следующим образом.

Для измерений корпус 1 закрепляют 30 на исследуемой детали. Тензоструны

2 и 3 с помощью токовыводов 4 и 5, 6 и 7 включают в мостовую измерительную схему, которая балансируется.

При растяжении сопротивление тензоструны 2 увеличивается, а тенэоструны 3 — уменьшается. В результате этого возникает разбаланс мостовой схемы. Амплитуда выходного сигнала пропорциональна величине ускорения ° 40

Для измерения температуры токовыводы 4 и 6 соединяют вместе, а токовыводы 5 и 7 подсоединяют к измерителю 10 температуры. Если длины тенэострун 1, и 1>,, удельные сопротивле- 45 ния у и р, коэффициенты тензочувствительности К и К, площади попереч1 ного сечения, и Б, а также модули Юнга Г, и Е и величины сейсмических масс подобраны так, что при одинаковом ускорении изменение сопротивления Й1,тензоструны равно изменению соп:зотнвления BP тенэо1 струны 3, 25

55 то выходной сигнал измерителя 10 температуры не будет зависеть от ве3 1515112

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерителям ускорений.

Целью изобретения является повы5 шение точности измерений за счет одновременного измерения ускорения и температуры.

На фиг,1 показана схема акселерометра; на фиг.2 — схема деформации тенэоструны при наличии ускорения.

Струнный акселерометр состоит из корпуса 1, первой 2 и второй 3 тензострун длиной 1, и 1 и омических контактов к ним 4 — 7. К тензо4 личины ускорения (деформации тенэострун), а будет определяться только температурой тензострун. Общее сопротивление тензоструны в сумме, с учетом (1) не будет зависеть от деформации (2) R(+R =Р.

Тензоструна 3 под действием груза 9 испытывает деформацию изгиба.

Предположим, что толщина тенэоструны 3 равна Ь (фиг.2) . Кривизна изгиба сторон тензоструны будет г, и г

2 причем (3) b

;(сжатие) (4)

2r„

††---; (растяжение)

2(r,+b) (5) Ь

2ra

Результирующая деформация всей струны будет

ДЕ= Е е

Так как г „ (r, + b, то суммарная деформация тенэоструны будет являться деформацией сжатия. У тензоструны, имеющей дырочную проводимость, при сжатии уменьшается сопротивление

R, а у тензоструны 2, которая растягивается, увеличивается сопротивление, Для выполнения условий (1) и (2) необходимо, чтобы (7) aR BR G

Предположим, что делитель 1 движется с ускорением а, при этом на тензоструны 2 и 3 (фиг.1) действуют с илы:

2 8(8

F 3= m (g + B) q (8) где g — ускорение свободного падения.

Относительная деформация тензострун в этом случае определяется соотношениями:

Величины радиусов кривизны будут зависеть от ускорения, с которым движется исследуемый объект. Деформация сторон 11 и 12 тензоструны 3 (фиг.2) будет соответственно определяться по формулам:

1515112 (9) з э где Еэ =,йЕ; 2 э Е 2 F 3 площади поперечно

ro сечения и модули Юнга тензострун

2и3;

Š— коэффициент, зависящий от геометри— ческой формы тензоструны 3.

Сопротивление тензострун при деформации изменяется согласно зависимостей:

dR, = К2-R,. E2 i (1О)

КЗ 2 З

6 шэ K2 Р21 S F8 (13)

mg Кэ Рэ12 S2 Е2

Если тенэоструны 2 и 3 иэготовлеНы Из ОДНОГО НК ТО F 2 К э, f = g„1

Е = Е и соотношение ()3) примет вид

m9 К2 11

m (14)

mg К 1

10 коэффициент тенз очувстви тел ьности

К э является эффективным коэффициентом тенэочувствительности тензоструны 3 и зависит от начальной длины 12, Т ОЛЩИНЫ Ь, При выполнении условий (13) или (14) струнным акселерометром данной конструкции можно одновременно измерять параметры колеблющихся тел и

20 температуру окружающей среды.

Формул а изобретения где К и К вЂ” коэффициенты тенэо-. з чувствительности тензострун 2 и 3, имею цих удельные сопротивления р и

Г 2

99. Сопротивление тензострун без деформации равно соответственно:

Учитывая соотношения (9), (1О), (11), соотношение (1) можно записать в виде о «1- 1 m 8(к + а) К о

2|2

2 2 (12) 12 1 mg(R + а).

К g L.-ЕЗ 3 после преобразования получим

Струнный акселерометр, содержа25 щий КОрпус, на кОтОрОм Одним КОнцом закреплена тензоструна в виде нитевидного монокристалла полупроводника с токовыводами на концах, на другом конце которой закреплена сейсмичес30 кая масса, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, перпендикулярно первой тензоструне к корпусу двумя концами прикреплена вторая тензоструна из по35 лупроводника, имеющая с первой струной одинаковый тип проводимости, в центре которой подвешена вторая сейсмическая масса, причем обе тензоструны включены в мост и последо40 вательно подключены к измерителю температуры.

1515112

Составитель Т. Макарова

Редактор А. Маковская Техред Л.Олийнык Корректор С, Шекмар

Заказ 6271/43 Тирам 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям.и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.укгород, ул. Гагарина, 101