Способ измерения ускорения и пьезоэлектрический акселерометр для его осуществления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ . РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 P. 15/09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! (л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4627556/10 (22) 29.12.88 (46) 15.06.92. Бюл; М 22 (71) Научно-исследовательский институт специального машиностроения МГТУ им.

Н.Э. Баумана (72) M,Ю. Сотский (53) 531.768 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 742799, кл, 6 01 Р 15/09, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N. 216736, кл„6 01 P 15/09, 1984.

Иориш Ю.И. Виброметрия. M.: Машиностроение, 1963, с. 570-571, фиг. 14.55. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ И

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

ЯЛ 1741082 А1 (57) Использование: измерительная техника, преимущественно для измерения ускорений. Сущность изобретения: внутри предохранительного съемного корпуса 2.на основании 1 закреплены инерционная масса 4 и пьезоэлемент 3 с вертикально расположенными проводами 5, 6 линии связи, Корпус 2 выполнен в виде сдвижного пенала. Через отверстие в верхней части корпуса 2 проложены провода 5 и 6 линии связи, Предохранительный корпус 2 выполнен подъем н ы м из уп ругопластическидефо рмируемого материала, Выступ 8 основания

1 имеет осесимметричную криволинейную поверхность с экстремумом в средней части. Перед измерением корпус 2 разъединяют от основания 1 и снимают его путем перемещения вдоль проводов 5, 6 линии связи, 2 с. и 2 з.п, ф-лы, 3 ил.

1741082

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения максимальных граничных значений амплитудного и частотного диапазонов измерений ударных ускорений объектов.

Известен способ измерения ускорений путем регистрации передаваемого по проводам связи электрического сигнала, генерируемого закрепленным на обьекте акселерометром, снабженным предохранительным корпусом, Недостатком известного способа является сравнительно низкий диапазон измерений при испытаниях объектов. Обусловлено это тем, что резонансные частоты акселерометра снижены многоэлементностью его конструкции, включающей пружину поджатия с крепежными деталями, значительными размерами и массой этих элементов конструкции, минимальная величина которых ограничена условиями сохранения прочности элементов при сборке акселерометра и при измерении ускорений.

Выполнение проводов связи расположенными в направлении, перпендикулярном направлению действия ускорения, снижает также и амплитудный диапазон измерений, TBK как прочность узла соединения проводов с корпусом ограничена усилиями среза проводов, возникающими при ударном нагружении объекта и акселерометра.

Известен также пьезоэлектрический ак-селерометр, в котором инерционный элемент упруго закреплен между. основанием и удлиненным корпусом, выполненным с центральным отверстием для вывода проводов связи в верхней, противоположной основанию части корпуса.

Недостатками этого акселерометра также являются ограниченный диапазон измерений из-за многоэлементности. малой ударной стойкости, Схема проведения проводов от пьезоэлемента через прорези в инерционном элементе к отверстию в корпусе не обеспечивает надежность измере-. ний при повышении амплитуд ускорений объекта в исследуемом процессе.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерений, в котором пьезоакселерометр, закрепленный на объекте. содержит упруго закрепленный между основанием и корпусом инерционный элемент с осевым отверстием. Внутри отверстия проведен провод связи от пьезоэлемента для закрепления в электрическом выводе, размещенном в отверстии, выполненном в противоположной основанию части корпуса, 40 продольный разрез; на фиг,2 — акселеро45

5

Известный способ и акселерометр позволяют проводить измерения с малой погрешностью, однако амплитудный И частотный диапазоны недостаточны для измерений ускорений объектов в процессах соударения их с прочными объектами при скоростях соударений, превышающих десятки и сотни метров в секунду. Конструктивные особенности закрепления инерционного элемента и провода связи в акселерометре предопределяют обязательное влияние корпуса на точность воспроизведения измеряемого процесса и уменьшение надежности измерений при высоких скоростях соударения, Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых ускорений.

Согласно предлагаемому способу после закрепления на обьекте акселерометра с основанием, разъемным предохранительным корпусом и расположенными вдоль оси акселерометра проводами линии связи, перед измерением разъединяют корпус от основания и снимают его путем перемещения вдоль проводов линии связи, Для реализации способа корпус в акселерометре выполнен в виде удлиненного сдвижного пенала, в противоположной основанию части которого закреплены провода линии связи с возможностью разъединения с ним, Повышение эффективности подготовки и проведения измерений достигается также при выполнении корпуса разъемным в плоскости, параллельной его оси, и при установке корпуса, выполненного из деформируемого материала, с зазором относительно основания перед измерением.

На фиг.1 показан пьезоакселерометр, метр с корпусом из деформируемого материала, разрез; на фиг.3 — осцилограмма изменения ускорения объекта во времени процесса, Пьезоэлектрический акселерометр содержит металлическое основание 1 с узлом крепления к объекту, установленный на нем корпус 2 и закрепленный на основании пьезоэлемент 3, К пьезоэлементу прикреплена инерционная масса 4 и один из проводов 5 линии связи с регистрирующей аппаратурой, Второй провод 6 соединен электрически и механически с основанием 1. Провода внутри корпуса установлены вдоль оси акселерометра, проведены в отверстие, выполненное в противоположной основанию части корпуса, и закреплены в этом отверстии элементом 7. Основание 1, удлиненный в осевом направлении предохранительный корпус 2 и элемент корпуса 7 представляют

1741082 элемент 7 относительно. корпуса 2, раскреп-. ляя тем самым провода 5 и 6 и корпус аксе- 50

55 собой сдвижной пенал для размещения предохраняемого участка проводов 5 и 6, в котором корпус 2 выполнен с возможностью сдвига с основания 1 при перемещении корпуса вдоль проводов 5 и 6 линии связи. Корпус 2 соединен с основанием 1 механически по боковой поверхности.осесимметричного цилиндрического выступа 8 на основании. Боковая поверхность 9 основания в реализованных конструкциях акселерометров снабжена шлицами под инструмент, используемый при закреплении акселерометра на объекте.

Корпус 2 может быть выполнен разъемным в полости, параллельной его оси, состоящим не менее, чем из двух, скрепленных между собой частей.

Корпус 2 может быть также выполнен из материала, например полиэтилена (фиг.2) и с такими размерами, которые обеспечат его упругое или,пластическое деформирование без разрушения в радиальном направлении под действием осевых нагрузок на корпус, возникающих во время испытания объекта.

При этом наружная боковая поверхность 10 выступа 8 основания выполняется в виде осесимметричной кричолинейной поверхности, причем площадь поперечного сечения выступа имеет экстремум в средней части по высоте выступа, а внутренняя поверхность корпуса, примыкающая к выступу

8, выполнена ответной боковой поверхно сти 10. Нижняя торцовая поверхность корпуса 2 установлена с зазором относительно нижней поверхности основания 1 в направлении оси акселерометра сдвигом на величину Н, Способ измерения ускорения при использовании акселерометра осуществляют следующим образом.

Акселерометр крепят на объекте, провода линии связи подключают. например. через разъем к соединительному кабелю линии связи с регистрирующей аппаратурой.

Участок провода связи. находящийся вне корпуса акселерометра, выравнивают и располагают в направлении действия измеряемого ускорения. После этого сдвигают лерометра, затем корпус 2 сдвигают в направлении оси акселерометра с основания 1 и перемещают вдоль установленных в пространстве проводов линии. связи до полного разъединения с основанием, проводами связи или до разъема.

Корпус, выполненный разъемным. может быть на этом этапе полностью отсоединен от проводов при любом разъеме, примененном в соединительном кабеле, что

45 расширяет методические возможности проведения измерений, Корпус, выполненный из легкодеформируеМого материала, закрепляют с зазором Н (фиг.2) на выступе 8 основания.

В процессе нагружения объекта акселерометр генерирует электрический сигнал, пропорциональный действующему на объект ускорению. Исключение воздействия корпуса 2 на провода 5, 6 и его механического волнового воздействия на основание во время измерений обеспечивает повышение резонансных частот акселерометра и амплитуд регистрируемых ускОрений.

При перемещении под действием ускорения основания корпуса акселерометра (фиг.2) его деформируемый корпус в силу инерционности сопротивляется перемещению в продольном направлении. Это приводит к его деформации в радиальном направлении, смещению корпуса 2 относительно основания .1 с контактом по его поверхности 10 на величину Н с изменением формы, как это показано пунктиром на фиг.2.

Характерный результат измерений показан на фиг.3 и представляет собой репродукцию осциллограммы. Осциллограмма отображает изменение ускорений стального заостренного стержня длиной 30 мм в процессе его проникания с начальной скоростью 273 м/с в бетон до полной остановки.

В реализованных конструкциях акселерометров использован пьезоэлемент из пьезокерамики ЦТС-19, закрепляемый на основании через слой припоя, и инерционная масса из материала припоя. Провода линии связи выполнены из провода с изоляционным покрытием, например марки ПЭВ2, диаметром 0,1 1 мм на участке до разъема. например, CP-4. Корпус изготавливался из фторопласта и полиэтилена, Деформируемай корпус выполнялся с толщиной стенки, составляющей 0,15 — 0,2 его диаметра, зазор устанавливался величиной 0,4-0,5 от высоты основания, Регистрируемая резонансная частота таких акселерометров превышает 1

МГц в закрепленном на объекте состоянии, а регистрируемые амплитуды ускорений превышают.значения 10 м/с . Эти значения превышают известные для применяемых на практике акселерометров, в том числе и для прототипа.

Формула изобретения

1, Способ измерения ускорения, включающий закрепление на объекте измерения пьезоэлектрического акселерометра с разъемным предохранительным корпусом, основанием и расположенными вдоль оси

1741082

3. Акселерометр по п.2, о т л и ч а юшийся тем, что предохранительный корпус выполнен разъемным в плоскости, параллельной его оси.

Х 10 (и/с J

1,2

8,б

0 10 20 30 40 50 $. (Мкс) Ф

Составитель М,Сотский

Редактор Т.Лазоренко Техред М,Моргентал Корректор А Ратман

Заказ 2083 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r, Ужгород, ул.Гагарина, 101 акселерометра проводами линии связи, и последующее измерение воздействующего ускорения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых . ускорений, перед измерением разъединяют 5 корпус от основания и снимают его путем перемещения вдоль проводов линии связи, 2, Пьезоэлектрический акселерометр для измерения ускорения, содержащий основание, установленные на нем внутри пре- 10 дохранительного корпуса инерционную массу и пьезоэлемент с вертикально расположенными проводами линии связи, о т л ич а ю шийся тем. что, с целью расширения диапазона измеряемых ускорений, корпус 15 выполнен в виде удлиненного сдвижного пенала, s противоположной основанию части которого закреплены провода линии связи с воэможностью разъединения с ним.

4. Акселерометр по и. 2, о т л и ч аюшийся тем, что предохранительный корпус выполнен из упругопластическидеформируемого материала и установлен с зазором относительно основания в осевом направлении, а наружная боковая поверхность основания выполнена в виде осесимметричной криволинейной поверхности, при этом основание в поперечном сечении имеет экстремум в средней части по его высоте, а внутренняя поверхность корпу са, примыкающая к основанию, выполне на ответной боковой поверхностi основания.