Датчик предельных ускорений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения дискретных значений ускорения и их запоминания. Датчик предельных ускорений содержит корпус, в котором размещено подпружиненное инерционное тело с режущим элементом, установленным с возможностью разъединения электрических проводников, выполненных в виде проволок. Проволоки размещены в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси датчика. Режущий элемент установлен перпендикулярно продольной оси датчика. При этом длина l, диаметр d инерционного тела и зазор Δ между корпусом и инерционным телом связаны соотношениями: l≥0,67•d; Δ=(0,005÷0,017)•d. Режущий элемент выполнен в виде трехгранного ножа, режущая кромка которого расположена перпендикулярно проволокам. Часть корпуса в зоне расположения проволок выполнена прозрачной. Технический результат: повышение чувствительности датчика при ударных нагружениях с малой длительностью воздействия, уменьшение габаритов датчика. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерениям и может быть использовано для измерения дискретных значений ускорения и их запоминания.

Известен датчик максимального ускорения (1), содержащий корпус с размещенным в нем набором инерционных тел различной массы, маркированных в порядке убывания массы и расположенных в диэлектрических каналах, проводники в виде проволок, натянутых поперек каналов, и выводы.

При воздействии ускорения на датчик каждое из набора инерционное тело давит силой на свою проволоку, вызывая разрушение проволок тех ячеек, для которых инерционные силы превысят усилия разрушения проволоки. Подбирая массу инерционных тел и сечения проволок, можно добиться перерезания проволок с определенным шагом ускорения. Срезанная проволока свидетельствует о размыкании тока в электрической цепи датчика и, следовательно, достижении определенного уровня ускорения.

Недостатками датчика являются большие габариты, так как для регистрации каждого значения ускорения необходимы свое инерционное тело и перерезаемая проволока; ошибка регистрации ускорения датчиком в случае, если на датчик предварительно воздействовал удар или транспортные вибрации, величины которых не превышают предельного значения ускорения настройки датчика. При этом инерционное тело, находящееся над проволокой, постепенно срезая ее, уменьшает сечение проволоки, и в момент действия повторного ускорения, превышающего предельное значение, для перерезания проволоки требуется усилие меньшее, чем усилие среза, соответствующее предельному значению ускорения настройки датчика. Во сколько раз уменьшается сечение проволоки, во столько раз уменьшается значение ускорения, регистрируемое датчиком.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик предельных ускорений (2), содержащий корпус с размещенным в нем инерционным чувствительным элементом, состоящим из инерционного тела, шарнирно соединенного с поршнем, имеющим диэлектрический шток, на конце которого установлен полукруглый нож.

Инерционное тело упруго поджато к корпусу пружинами. На пути перемещения ножа в контактной группе, выполненной из изоляционного материала с пазами, установлен разрушаемый элемент в виде проволок, размещенных в смежных параллельных плоскостях под утлом друг к другу. Длина диэлектрического штока поршня выполнена не менее расстояния от режущей кромки ножа в исходном состоянии до последней проволоки.

В противоположных пазах контактной группы расположены клеммы, которые соединены с разрушаемой проволокой. Одни концы разрушаемых проволок с помощью электрического провода соединены в общую электрическую цепь. Другие концы разрушаемых проволок образуют независимую электрическую цепь.

Датчик предельных ускорений работает следующим образом.

Под действием ускорения инерционный чувствительный элемент, сжимая пружины, перемещается. Если значения ускорения достаточно, то нож последовательно срезает с одной стороны несколько проволок, в результате происходит последовательное размыкание нескольких независимых электрических цепей датчика. Перерезание каждой проволоки соответствует определенному значению ускорения. После прекращения ударного воздействия на датчик инерционное тело совместно с поршнем под действием пружин возвращается в исходное состояние.

Недостатком датчика является большая масса инерционного чувствительного элемента, обусловленная наличием нескольких составных частей, в связи с чем, датчик регистрирует амплитудное значение ускорения при длительностях ударного нагружения t≥4 мс.

При ударных воздействиях меньшей длительности значительно возрастает погрешность измерения.

Кроме того, недостатком прототипа являются его относительно большие габариты.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в измерении нескольких предельных значений ускорения при аварии транспортируемого объекта, например, при его взрывном нагружении или при повторных ударных воздействиях, и надежное сохранение этой информации при произвольном расположении объекта в пространстве после аварии.

Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в повышении чувствительности датчика при ударных нагружениях с длительностью t≥1 мс и уменьшении габаритов датчика.

Это достигается тем, что в датчике предельных ускорений, содержащем корпус, в котором размещено подпружиненное инерционное тело с режущим элементом, установленным с возможностью разъединения электрических проводников, выполненных в виде проволок и размещенных в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси датчика, новым является то, что режущий элемент установлен перпендикулярно продольной оси датчика, при этом длина l, диаметр d инерционного тела и зазор Δ между корпусом и инерционным телом связаны соотношениями: l≥0,67•d; Δ=(0,005÷0,017)•d. (1) Указанное выполнение датчика позволяет повысить его чувствительность, так как инерционный чувствительный элемент с ножом имеет меньшую в ~3 раза массу, по сравнению с прототипом, что позволяет датчику реагировать на ударные воздействия более короткой длительности. При перемещении под действием инерционных сил нож инерционного тела последовательно срезает расположенные на определенном расстоянии друг от друга проволоки и, тем самым, последовательно размыкаются электрические контакты. Меняя параметры чувствительного элемента датчика (массу инерционного тела, характеристики пружин) и расстояние между срезаемыми проволоками, можно добиться различных усилий сжатия чувствительного элемента, при которых происходит размыкание контактов датчика. Размыкание каждого контакта соответствует измерению и запоминанию предельных значений ускорения.

Непосредственная установка ножа в инерционном теле позволяет существенно сократить габариты и массу датчика.

Выполнение датчика с учетом соотношения (1) позволяет обеспечить его работоспособность при различных углах ударного воздействия относительно оси чувствительности датчика. При l<0,67•d и Δ>0,017•d происходит перекос инерционного тела относительно продольной оси датчика. При Δ<0,017•d увеличивается трение при перемещении инерционного тела относительно корпуса, что приводит к увеличению погрешности измерения.

Релейное размыкание электрической цепи датчика достигается тем, что, во-первых, трехгранный нож в процессе срезания проволоки раздвигает ее срезанные концы, во-вторых, натянутая проволока между клеммами, диаметром в несколько десяток микрон, после срезания скручивается и отходит из зоны среза. Нож инерционного тела при движении скользит по пазу диэлектрического корпуса контактной группы, где размещены срезаемые проволоки и электрически изолирован от корпуса датчика. Выполнение части корпуса датчика в зоне расположения проволок прозрачной позволяет зрительно определить по размыканию контактов датчика значение ускорения, которое зарегистрировал и запомнил датчик.

На фиг.1 изображен продольный разрез заявляемого датчика.

На фиг.2 изображен вид сверху на датчик.

На приведенных чертежах изображен датчик предельных ускорений, предназначенный для регистрации трех дискретных предельных значений ускорения. Датчик предельных ускорений содержит корпус 1 с продольным пазом, в котором размещены инерционное тело 2 с изолированным с помощью стакана 3 режущим элементом, выполненный в виде трехгранного ножа 4, две пружины 5, 6 крышку 7 с отверстием в центре, съемную контактную группу 8 с пазом в центре для обеспечения перемещения ножа 4, упор 9, регулировочную гайку 10.

Контактная группа 8 содержит четыре контакта 11, 12, 13, 14, три электрических проводника в виде проволок 15, 16, 17, размещенных в пазах диэлектрического корпуса контактной группы 8 и прозрачной крышки 18. При этом проволоки размещены в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси датчика. Контакты 11-14, 12-14, 13-14 соединены соответственно проволоками 15, 16, 17 путем лазерной сварки или пайки. В корпусе контактной группы 8 размещается не менее трех групп контактов.

Нож 4 установлен на инерционном теле 2 перпендикулярно продольной оси датчика с возможностью перерезания проволок 15, 16, 17. При этом режущая кромка трехгранного ножа 4 расположена перпендикулярно проволокам 15, 16, 17. Длина l, диаметр d инерционного тела 2 и зазор Δ между корпусом 1 и инерционным телом 2 связаны соотношениями: l≥0,67•d; Δ=(0,005÷0,017)•d При фиксированных расстояниях между проволоками параметры пружин 5, 6 выбираются расчетным путем, исходя из того, какие значения ускорений необходимо зарегистрировать. Предварительно усилие перемещения инерционного тела 2 с ножом 4 определяется с помощью технологического штока, который проходит через отверстие на крышке 7. Усилие или ускорение, при котором нож 4 инерционного тела 2 срезает первую проволоку 15, устанавливается с помощью регулировочной гайки 10 при квазистатической настройке датчика на центробежной установке. Сечение проволок 15, 16, 17 выбирается исходя из того, что усилие среза ножом должно составлять менее трех процентов от действующих инерционных сил.

Экспериментальные значения ускорений, при которых происходит срезание проволок 15, 16, 17 ножом 4 инерционного тела 2, сопоставляются с расчетными данными. Если их разница не превышает 10%, то в контактной группе заменяют перерезанные проволоки или заменяют контактную группу с проволоками на новую. После этого датчик используется по назначению.

Датчик предельных ускорений работает следующим образом.

Под действием ускорения инерционное тело 2, сжимая пружины 5, 6, перемещается вправо. Если значения ускорения достаточно, то нож 4, перемещаясь совместно с инерционным телом 2, последовательно срезает, например, первую и вторую проволоки 15 и 16, в результате происходит последовательное релейное размыкание двух независимых электрических цепей датчика. Перерезание каждой проволоки соответствует определенному значению ускорения. После прекращения ударного воздействия на датчик инерционное тело 2 с ножом 4 под действием пружин 5, 6 возвращается в исходное состояние.

Если ударное воздействие на объект, в котором установлен датчик, повторяется и значение ускорения больше, чем в первом случае, то датчик регистрирует значение ускорения тогда, когда параметры ударных воздействий будут равны или больше максимального значения настройки третьего контакта датчика.

Датчик имеет диаграмму срабатывания с телесным углом, равным ~70^o, что обеспечивается за счет наличия зазора между инерционным телом 2 и корпусом 1, а также определенного соотношения между длиной l и диаметром d инерционного тела. Для получения всенаправленной, сферической диаграммы срабатывания регистратора, необходимо в регистраторе использовать шесть датчиков, расположенных по одному датчику по осям декартовых координат.

Если датчик используется: - в автономном режиме, когда отсутствует электрическое напряжение на выводах, то в процессе ударного воздействия последовательно размыкаются несколько контактов, что свидетельствует о регистрации нескольких значений ускорения. По визуальному наблюдению состояния контактов оценивается величина максимального ускорения, действующего на исследуемый объект; - в измерительной системе, то при последовательном срезании проволок датчика, в измерительной системе регистрируется ступенчатое изменение напряжения. По количеству ступенек напряжения определяется последовательное значение ускорений, действовавших на исследуемый объект.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Датчик максимальных ускорений. Авторское свидетельство СССР 528509, кл. G 01 Р 15/04, опубл. в БИ 34, 1976 г.

2. Датчик предельных ускорений. Патент РФ 2077816, МКИ G 01 P 15/04, опубл. в БИ 11, 1997 г.

Формула изобретения

1. Датчик предельных ускорений, содержащий корпус, в котором размещено подпружиненное инерционное тело с режущим элементом, установленным с возможностью разъединения электрических проводников, выполненных в виде проволок, размещенных в диэлектрическом корпусе контактной группы в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси датчика, отличающийся тем, что режущий элемент установлен непосредственно на инерционном теле перпендикулярно продольной оси датчика, в корпусе датчика и корпусе контактной группы выполнены пазы для обеспечения перемещения режущего элемента, при этом длина l, диаметр d инерционного тела и зазор Δ между корпусом датчика и инерционным телом связаны соотношениями
l≥0,67 d;
Δ= (0,005÷0,017)d.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что режущий элемент выполнен в виде трехгранного ножа, режущая кромка которого расположена перпендикулярно проволокам.

3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что в случае выполнения инерционного тела из электропроводного материала режущий элемент выполнен изолированным от него.

4. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что часть корпуса в зоне расположения проволок выполнена прозрачной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2