Датчик ускорения

 

Изобретение относится к измерению линейных ускорений на объектах различного назначения. Цель изобретения - повышение точности измерения ускорения и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры. При наличии измеряемого ускорения пружины 6 и 7, нагруженные инерционной массой 2, сжимаются. Расстояния между торцовыми гранями массы, выполненными отражающими, и мембранами 11 и 12 корпуса 1 изменяются. При этом изменяются периоды акустических сигналов, проходящих от пьезоэлектрических преобразователей 9 и 10 и обратно. Разность периодов является мерой измеряемого ускорения, а сумма - температуры. Для развязки вибрационно-частотных каналов средняя часть инерционной массы 2 имеет слой 5, поглощающий акустический сигнал. При условии равенства отношения температурных коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и массы отношению длины массы и корпуса в направлении оси чувствительности датчика. Разность этих длин остается постоянной в широком интервале температур. 1 ил.

(1Ю (И2

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕОНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (51) 5 С 01 Р 15/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHAM

APM ГКНТ СССР (21) 4402437/24-10 (22) 04,04.88 (46) 23.03.90. Бюл. " 11 (75) Е.И.Пахарев (53) 531.768(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1040422, кл. G 01 Р 15/08, 1982.

Авторское свидетельство СССР

И 924582, кл. G 01 P 15/08, 1980, (54) ЛАТЧИК УСКОРЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерению линейных ускорений на объектах различного назначения, Цель изобретения - повышение точности измерения ускорения и расширение функциональных возможностей датчика за счет одновременного измерения температуры, При наличии измеряемого ускорения пружины 6 и 7, нагруженные инерционной мас2 сой 2, сжимаются. Расстояния между торцовыми гранями массы, выполненными отражающими, и мембранами 11 и 12 корпуса 1 изменяются, При этом изменяются периоды акустических сигналов, проходящих от пьезоэлектрических преобразователей 9 и 10 обратно. Разность периодов является мерой измеряемого ускорения, а сумма - температуры. Для развязки вибрационно-частотных каналов средняя часть инерционной массы 2 имеет слой 5, поглощающий акустический сигнал. При условии равенства отношения температурных коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и массы к отношению дли- д ны массы и корпуса в направлении оси @ чувствительности датчика разность этих длин остается постоянной в широ" ком интервале температур. 1 ил. з 1552106

Изобретение относится к измерению параметров движения и может быть использовано для измерения линейных ускорений объектов различного назначения, Целью изобретения RBJIRGTGR повышение точности измерения ускорения и расширения функциональных возмож1 ностей за счет одновременного измерения температуры.

На чертеже представлена упрощенная конструктивная схема датчика ускорения и температуры.

Датчик ускорения и температуры состоит из корпуса 1, содержащего внутри инерционную массу 2 с отражательными гранями 3 и 4 и внутренним поглощающим акустические сигналы слоем 5. Инерционная масса закреплена в 20 корпусе 1 посредством пружин 6 и 7, причем корпус 1 заполнен рабочей жидкостью 8, являющейся проводником акустических сигналов и одновременно демпфирующей средой. Датчик содержит 25 также обратимые пьезоэлектрические преобразователи 9 и 10 электрических сигналов в акустические„ отделенные от рабочей жидкости тонкими мембранами 11 и 12, являющимися частью корпуса 1, Кроме того, в конструкцию датчика входят генераторы 13 и 14 и усилители 15 и 16, причем пьезоэлектрические преобразователи 9 и 10 электрически соединены с выходами генера- З5 торов 13 и 14 и входами усилителей

15 и 16 соответственно. Материалы корпуса 1 и инерционной массы 2 подобраны так, что их тепловые коэффициенты расширения и линейные размеры 40 вдоль рабочей оси датчика подчиняются следующему условию: и 12

0 2

45 где ь, - тепловой коэффициент расширения материала корпуса;

L - расстояние вдоль оси чувI ствительности между внутренними по отношению к 5 корпусу, поверхностями мембран;

oL - тепловой коэффициент расширения инерционной массы;

L - длина инерционной массы от отражательной грани 3 до грани 4.

При соблюдении этих условий расстояния от пьезоэлектрического преобразователя 9 до отражательной грани

3 и от пьезоэлектрического преобразователя 10 до грани 4 и их сумма не зависят от температуры, так как величины изменений корпуса датчика и инерционной массы при изменениях их температур одинаковы, т.е, 1., — L

const в широком интервале температур, Датчик ускорения и температуры работает следующим образом.

Электрические импульсные сигналы генераторов 13 и 14 поступают на соответствующие им пьезоэлектрические преобразователи 9 и 10, где преобразуются .в акустические импульсы, которые через мембраны 11 и 12 излучаются в рабочую жидкость 8 и начинают распространяться в сторону инерционной массы 2, положение которой в каждый момент времени определяется действующей на датчик вдоль его рабочей оси инерционной силой, После отражения от отражательных граней 3 и 4 инерционной массы 2 акустические сиг" налы поступают на соответствующие пьезоэлектрические преобразователи 9 и 10, где преобразуются в электрические импульсы, которые после усиления усилителями 15 и 16 поступают на запуск генераторов 13 и 14. С этого момента циклы повторяются. В результате с выходов генераторов 13 и 14 снимаются две частотно-импульсные последовательности, частоты которых (или однозначно связанные с ними периоды колебаний Т, и Т ) зависят от скорости прохождения акустического импульса от преобразователя (9 или 10) до отражательной грани (3 или 4) инерционной массы 2 и обрат но и расстояния между ними. В связи с тем, что расстояния от пьезоэлектрического преобразователя 9 до отражательной грани 3 и от пьезоэлектрического npe" образователя 10 до грани 4 инерционной массы 2 и их сумма не зависят от температуры датчика и рабочей жидкости, то это дает возможность по периодам Т, и Т и указанной сумме расстояний, которая равна (1,, — 1, )/t

= const, рассчитать скорость звука к рабочей жидкости и сопоставить ей температуру датчика, зависящую от температуры окружающей среды.

Смещение инерционной массы вдоль рабочей оси датчика под воздействием ускорения однозначно зависит от разформула и э о б р е т е н и я

Составитель К.Лукомский

Редактор И.Дербак Техред Л.Сердюкова Корректор М.Иаксимишинец

Заказ 327 Тираж 444 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.ужгород, ул. Гагарина,101

»

15521 ности периодов Т, и Т, рассчитанной скорости звука в рабочей жидкости и упругости пружин 6 и 7, Так как скорость звука в рабочей жидкости для

5 определенной температуры и упругость пружинящих систем для конкретного датчика являются величинами постоянными, то разность периодов (т, — т ) является мерой ускорения, причем знак 10 разности указывает направление действия ускорения в каждый момент времени, Поглощающий слой 5 в инерционной массе служит;.ля t oêëþ÷åíèâ взаимного влияния сигналов одного пьезо- 15 электрического датчика на цепь другого.

В периодах Т, и Т, кроме времени распространения сигнала только по рабочей жидкости от плоскости внутренней части корпуса до отражательной грани инерционной массы и обратно, присутствует время распространения в мембранах и в электронной части, датчика (в генераторах и усилителях), являющееся в данном случае систематической погрешностью (ошибкой) . При измерении смещения инерционной массы под действием ускорения в случае идентичности электронных схем и равенстве толщин данная погрешность существенного влияния на точность измерения не оказывает, так как мерой служит разность (Т - Т ). Но для измерения температуры данную погрешность необходимо учитывать, несмотря на ее малую величину, из-за большой скорости распространения акустических сигналов в мембране () 5000 м/с) и ее малой толщины и малой задержки в электронных цепях при использовании элементов СВЧ-диапазона с большим значением верхней граничной частоты.

Данная систематическая погрешность выявляется при калибровке датчика со 45 поставлением точного значения скорос.ти звука в рабочей жидкости при определенной температуре значению, вычисленному по величинам Г, и Fz (или Т<

06 6 и Т 1 . Калибровка проводится по всему рабочему интервалу температур датчика. B результате калибровки составляется таблица (график) поправок к показаниям датчика. При обработке данных возможна аппроксимация полученной таблицы (графика) полиномом без существенной потери точности, Таким образом работа датчика ускорения и температуры сводится к получению двух частотно-импульсных последовательностей с периодами Т< и Т причем сумма периодов является мерой температуры, а разность - мерой ускорения, Датчик ускорения, содержащий корпус, заполненный жидкос1ью, инерционную массу, установленную в корпусе на упругих элементах, и вибрационно-частотные преобразователи смещения инерционной массы, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения ускорения и расширения функциональных возможностей эа счет одновременного измерения температуры, в нем инерционная масса в центральной ее части разделена звукопоглощающим слоем, параллельно которому на боковых ее гранях выполнены звукоотражающие слои, в торцовых стенках корпуса выполнены мембраны, расположенные параллельно и напротив слоев инерционной массы на оси чувствительности датчика, а преобразователи смещения инерционной массы выполнены пьезоэлектрическими и закреплены на внешних поверхностях мембран корпуса, причем отношение температурных коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и инерционной массы равно отношению длины инерционной массы между отражательными гранями к расстоянию между внутренними„ по отношению к корпусу, поверхностями мембран.