Узел крепления датчика ускорения к объекту и устройство для приклеивания датчика ускорения к узлу крепления

Группа изобретений относится к измерительной технике и к области общего машиностроения и может быть использована при закреплении датчиков ускорения на исследуемых объектах для измерения параметров ударного ускорения в условиях высокого уровня неизмеряемых воздействий. Решаемая задача: расширение диапазона измеряемых ускорений при увеличении точности измерений. Сущность изобретения: узел крепления датчика ускорения к объекту содержит установочный блок, прикрепляемый к объекту и элементы крепления датчика к блоку. Установочный блок имеет грани, образующие прямоугольный телесный угол, а датчик выполнен в виде параллелепипеда и контактирует с внутренними поверхностями граней телесного угла по трем поверхностям, причем между внутренними поверхностями граней и соотвествующими им поверхностями датчика по всей площади их контакта размещены эластичные прокладки. Устройство для приклеивания датчика содержит основание, закрепленный на нем зажимной элемент, выполенный в виде двух параллельных идентичных стоек, и винтовой упор. Стойки выполнены в виде скоб прямоугольной формы, соединенных между собой так, что образуют жесткую пространственную конструкцию в форме параллелепипеда, охватывающую датчик. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Группа изобретений относится к измерительной технике и к области общего машиностроения. Изобретения могут быть использованы при закреплении датчиков ускорения на исследуемых объектах для измерения параметров ударного ускорения в условиях высокого уровня неизмеряемых воздействий.

Известен узел крепления датчика ускорения к объекту, содержащий установочный блок, прикрепляемый к объекту, и элементы крепления датчика к блоку. Установочный блок выполнен в виде составной рамки, на которой размещен пьезочувствительный элемент [1].

Узел крепления такой формы позволяет повысить точность измерения ускорения в небольшом диапазоне малых ускорений. Использование такого узла для измерения ускорений свыше 100 g приведет к его разрушению.

Наиболее близким аналогом узла крепления в группе изобретений, который принят за прототип, является узел крепления датчика ускорения к объекту, содержащий установочный блок, прикрепляемый к объекту, и элементы крепления датчика к блоку, при этом собственная частота колебаний материала установочного блока ниже частотной характеристики датчика [2].

Узел выполнен в виде параллелепипеда, в котором выполнены отверстия для элементов крепления различными способами, например болтовое соединение с датчиком и с исследуемым объектом.

Такое устройство узла крепления позволяет снизить уровень деформации, передаваемой от поверхности исследуемого объекта к основанию датчика, и производить фильтрацию высокочастотных составляющих ударного ускорения.

Однако в условиях одновременного воздействия на датчик поперечной составляющей ускорения и высокочатотных неизмеряемых колебаний с увеличением измеряемых ускорений увеличивается возможность ослабления болтового соединения, что ведет к уменьшению точности измерений или к потере информации. Кроме того, при таком способе крепления частота поперечного резонанса может находиться внутри рабочего диапазона частот, что также существенно уменьшает точность измерений. Таким образом, принятое за прототип устройство узла крепления, не позволяет измерять ускорения в широком диапазоне с достаточно высокой точностью.

Известно устройство для склеивания конструктивных элементов, содержащее основание и зажимной элемент. Зажимной элемент выполнен в виде взаимоподвижных втулки и подпружиненного штока [3].

Данное устройство позволяет склеивать между собой малогабаритные детали с высокой точностью соединения. Однако использование такого устройства для одновременного склеивания деталей по трем взаимно перпендикулярным поверхностям невозможно.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений является устройство для приклеивания, содержащее основание, закрепленный на нем зажимной элемент, выполненный в виде двух параллельных идентичных стоек, и винтовой упор [4].

Основание выполнено в виде плиты, на которой закреплены зажимные элементы, выполненные в виде кронштейнов с продольным разрезом, образующим стойки, которые состоят из пружинящих элементов с гнездом призматической формы.

Данное устройство позволяет надежно склеивать между собой детали по одной поверхности. Но не может обеспечить надежного контакта датчика с исследуемым объектом, что снижает точность измерений и не обеспечивает измерение ускорений в широком диапазоне.

Единой задачей, решаемой данными изобретениями, является расширение диапазона измеряемых ускорений при увеличении точности измерений.

Единый технический результат заключается в том, что установка эластичных прокладок между тремя внутренними взаимоперпендикулярными поверхностями узла крепления и соответствующими им наружными поверхностями датчика и склеивание их снижает уровень деформации, передаваемой от поверхности исследуемого объекта через грани узла крепления к датчику, производит фильтрацию высокочастотных составляющих ударного ускорения и обеспечивает необходимую прочность крепления для того, чтобы поперечный резонанс не попадал в рабочий диапазон частот.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобрений по объекту - узлу крепления достигается тем, что в узле крепления датчика ускорения к объекту, содержащем установочный блок, прикрепляемый к объекту, и элементы крепления датчика к блоку, а собственная частота колебаний материала установочного блока ниже частотной характеристики датчика, особенность заключается в том, что установочный блок имеет грани, образующие прямоугольный телесный угол, одна из которых является основанием и крепится к объекту, а датчик выполнен в виде параллелепипеда и контактирует с внутренними поверхностями граней телесного угла по трем поверхностям, причем между внутренними поверхностями граней и соответствующими им поверхностями датчика по всей площади их контакта размещены эластичные прокладки, прикрепленные к ним с помощью клея.

Кроме того, для расширения дипазона измеряемых ускорений в качестве клея и материала предварительно сформированных эластичных прокладок использован герметик.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного являются: форма установочного блока, имееющего грани, образующие прямоугольный телесный угол, выполнение датчика в виде параллелепипеда и крепление его на установочном блоке по трем внутренним поверхностям граней, элементы крепления датчика к блоку выполнены в виде эластичных прокладок, размещенных между внутренними поверхностями граней и соответствующими им поверхностями датчика по всей площади их контакта с помощью клея.

Благодаря наличию этих признаков при использовании узла крепления датчика к объекту становится возможным существенно снизить уровень деформации, передаваемой от поверхности исследуемого объекта к поверхности датчика, произвести фильтрацию высокочастотных составляющих ударного ускорения и добиться несовпадения поперечного резонанса с рабочим диапазоном частот. Что, в свою очередь, позволяет расширить диапазон измеряемых ускорений при увеличении точности измерений.

Использование в качестве клея и материала предварительно сформированных эластичных прокладок герметика позволяет создать прочный клеевой шов оптимальной толщины, необходимой:

- для снижения уровня или полного "гашения" передаваемой деформации от поверхности исследуемого объекта к поверхности датчика;

- для осуществления фильтрации высокочастотных составляющих ударного ускорения;

- для достаточно прочного крепления датчика к узлу крепления, что дает возможность расширить диапазон измеряемых ускорений и увеличить точность измерений.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройству для приклеивания достигается тем, что в устройстве для приклеивания датчика ускорения к узлу крепления, содержащем основание, закрепленный на нем зажимной элемент, выполненный в виде двух параллельных идентичных стоек, и винтовой упор, особенностью является то, что основанием являются грани установочного блока, стойки зажимного элемента выполнены в виде скоб прямоугольной формы, закрепленных на двух гранях и соединных между собой так, что образуют жесткую пространственную конструкцию в форме параллелепипеда, охватывающую датчик, а винтовой упор выполнен в виде трех планок, каждая из которых содержит резьбовое отверстие с винтом и установлена с возможностью ее упора на внутренние поверхности параллельных сторон скоб, обращенные к соответствующей неприклеиваемой поверхности датчика, и с возможностью размещения винта по центру этой поверхности.

Для качественного одновременного приклеивания датчика к трем граням установочного блока и для сокращения времени работ по указанному приклеиванию скобы закреплены с помощью крепежных элементов, установленных в сквозных резьбовых отверстиях, которые выполнены на свободных концах двух граней, одна из которых - основание установочного блока, при этом сквозные резьбовые отверстия выполнены параллельно соединяющей скобы втулке на винтах, закрепленной на пересечении двух сторон скоб, не задействованных в креплении к граням, причем одна скоба расположена без зазора с третьей гранью параллельно ей, а вторая - на расстоянии от торцов граней, обеспечивающем параллелепипедную форму пространственной конструкции с помощью втулок, надетых на крепежные элементы двух граней.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного являются выполнение стоек зажимного элемента в виде скоб прямоугольной формы, образующих жесткую пространственную конструкцию в форме параллелепипеда, которая охватывает датчик, а также выполнение винтового упора в виде трех планок, каждая из которых установлена с возможностью ее упора на внутренние поверхности параллельных сторон скоб.

Благодаря наличию этих признаков при использовании устройства для приклеивания датчика ускорения к узлу крепления становится возможным более качественно приклеивать датчик к трем взаимоперпендикулярным граням установочного блока. Это приводит к увеличению прочности клеевого слоя, что позволяет добиться несовпадения поперечного резонанса с рабочим диапазоном частот, т.е. расширить диапазон измеряемых ускорений при увеличении точности измерений.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - узел крепления предназначен для закрепления датчика ускорения к исследуемому объекту для измерения параметров ударного ускорения, а другой заявленный объект группы - устройство для приклеивания датчика ускорения к узлу крепления используется для приклеивания датчика к узлу крепления.

При этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.

При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной группы изобретений, не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной группы изобретений. Определение из перечня выявленных аналогов-прототипов каждого изобретения, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для каждого из заявленных объектов группы, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, каждый из объектов группы изобретений соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленной группы изобретений условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от выбранных прототипов признаками для каждого объекта заявленной группы изобретений. Результаты поиска показали, что каждый объект заявленной группы изобретений не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлены технические решения, содержащие в совокупности признаки, сходные с отличительными признаками каждого объекта заявляемой группы.

Следовательно, каждый из объектов заявленной группы изобретений соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображен узел крепления с датчиком ускорения, закрепленным на исследуемом объекте.

На фиг.2 изображен узел крепления с датчиком.

На фиг.3 изображена конструкция устройства для приклеивания датчика.

Узел крепления датчика к объекту содержит установочный блок 1, прикрепляемый к исследуемому объекту 2, датчик 3 и эластичные прокладки 4. Датчик 3 выполнен в виде параллелепипеда с электровыводами 5, которые выходят из датчика к прибору (не показано), при этом собственная частота колебаний материала установочного блока 1 ниже частотной характеристики датчика (фиг.1).

Установочный блок 1 имеет грани 6, 7, 8, которые образуют прямоугольный телесный угол. Одна из граней 7 является основанием и крепится к объекту 2. Датчик 3 контактирует с установочным блоком 1 по трем его внутренним поверхностям граней 6, 7, 8. Эластичные прокладки 4 размещены между внутренними поверхностями граней 6, 7, 8 и соответствующими им поверхностями датчика 3 по всей площади их контакта. Прокладки 4 прикреплены к установочному блоку 1 и датчику 3 с помощью клея, в качестве которого используют герметик ВГО-1 (фиг.2).

Прокладки 4 предварительно формируют с последующей вулканизацией под давлением грузом. Прокладки формируются жидким герметиком ВГО-1 путем заполнения форм, которые собираются из элементов, изготовленных из материала с низкой адгезией, например оргстекло или фторопласт, для исключения сцепления материала прокладок с элементами форм при вулканизации. Размеры элементов соответствуют размерам приклеиваемых поверхностей датчиков, используемых при измерении, толщина прокладок зависит от прогнозируемых условий испытаний.

На каждой грани выполнены сквозные резьбовые отверстия 9 для установки устройства для приклеивания, а одна из граней, например 7, содержит отверстия 10 под крепежные элементы 11 для фиксации к исследуемому объекту 2.

Устройство для приклеивания содержит основание из трех граней 6, 7, 8, закрепленный на нем зажимной элемент, выполненный в виде двух параллельных идентичных стоек, и винтовой упор. Стойки выполнены в виде скоб 12, 13 прямоугольной формы, закрепленных на трех гранях и соединенных между собой так, что образуют жесткую пространственную конструкцию в форме параллелепипеда, которая охватывает датчик 3 (фиг.3).

Винтовой упор выполнен в виде трех планок 14, каждая из которых содержит резьбовое отверстие с винтом 15. Планки 14 установлены с возможностью упора на внутренние поверхности параллельных сторон скоб, которые обращены к соответствующей неприклеиваемой поверхности датчика 3, и с возможностью размещения винта 15 по центру этой поверхности.

Скобы 12, 13 закреплены на установочном блоке 1 с помощью крепежных элементов - винтов 16, которые установлены в сквозных резьбовых отверстиях 9, выполненных на свободных концах двух граней, одна из которых 7 - основание установочного блока 1. Между собой скобы 12, 13 соединены параллельно с помощью втулки 17 на винтах 18, расположенной на пересечении двух сторон скоб, не задействованных в креплении к граням 6, 7. При этом сквозные резьбовые отверстия 9 выполнены параллельно втулке 17. Одна скоба расположена без зазора с третьей гранью 8 параллельно ей, а вторая скоба - на расстоянии от торцов граней, обеспечивающем параллелепипедную форму пространственной конструкции.

Между скобой 12 и гранями 6, 7 размещены втулки 19, надетые на крепежные элементы - винты 16. Втулки 19 выдерживают расстояние, обеспечивающее параллелепипедную форму пространственной конструкции. Скобы 12, 13 выполнены в форме незамкнутого прямоугольника для удобства проведения монтажных работ.

Устройство для приклеивания датчика ускорения работает следующим образом.

На грани 6, 7, 8 установочного блока 1 приклеивают предварительно сформированные эластичные прокладки 4. После этого в отверстия 9 на боковые поверхности граней 6 и 7 устанавливают винты 16 с предварительно последовательно надетыми на них одной из скоб 12 и втулками 19, которые обеспечивают зазор между установочным блоком 1 и скобой 12.

Скоба 13 устанавливается без зазора с гранью 8, параллельно ей и крепится также с помощью винтов 16. Скобы 12 и 13 соединяют втулкой 17 на винтах 18. Втулка 17 закреплена на пересечении двух сторон скоб, не задействованных в креплении к граням установочного блока 1.

Скобы устанавливают так, чтобы получилась пространственная конструкция в форме параллелепипеда.

Поверхности датчика 3 смазываются тонким слоем клея, например герметиком ВГО-1, и датчик устанавливается на установочный блок 1.

После этого устанавливают винтовой упор в виде трех планок 14. Каждая планка 14 содержит резьбовое отверстие с винтом 15 и устанавливается с возможностью упора на внутренние поверхности параллельных сторон скоб, которые обращены к соответствующей неприклеиваемой поверхности датчика. Планки 14 устанавливают так, что винт 15 размещен по центру внутренней поверхности сторон скоб.

После этого с помощью винтов 15 создается давление, необходимое для одновременного качественного приклеивания трех поверхностей датчика 3 к прокладкам 7. После полимеризации клея устройство для приклеивания снимается и узел крепления с датчиком устанавливают на исследуемый объект с помощью клея, например эпоксидного ЭЛ-20, и крепежных элементов 11, например винтов, размещенных в отверстиях 10.

Узел крепления датчика ускорения к объекту работает следующим образом.

При интенсивном (свыше 5000 g) ударном ускорении, воздействующем на исследуемый объект, от поверхности объекта к поверхности датчика передаются деформации и высокочастотные колебания через систему: клей - узел крепления - эластичные прокладки. Данные воздействия проходят четыре границы: объект-клей, клей-узел крепления, узел крепления-эластичные прокладки, эластичные прокладки-датчик и уменьшаются в сотни раз за счет эластичности материала клея, прокладок и узла крепления.

А объемная конструкция узла крепления (трехгранный телесный угол) предохраняет датчик 3 от разрушительного действия боковых составляющих ударного ускорения.

В результате датчик 3 измеряет ускорения с высокой степенью точности в широком диапазоне.

Преимущество изобретения состоит в том, что выполнение установочного блока в виде трех граней, образующих прямой телесный угол, и датчика в форме параллелепипеда, который приклеивается в установочном блоке по трем поверхностям с эластичными прокладками, предварительно сформированными из герметика, который служит и клеем, позволило:

- снизить уровень деформации, передаваемой от поверхности исследуемого объекта к основанию датчика в сотни раз;

- снизить (отфильтровать) амплитуду высокочастотных составляющих ударного ускорения в десятки раз, что расширило диапазон регистрируемых частот до 10 кГц;

- добиться примерной равнозначности резонансных частот в основном и поперечном направлениях;

- увеличить прочность соединения "узел крепления - датчик" примерно в двадцать раз;

- расширить диапазон измеряемых ускорений до 30000 g и снизить динамичность системы "узел крепления - датчик" с ˜20 единиц у резьбового соединения до ˜5 единиц.

Выполнение устройства для приклеивания датчика ускорения к узлу крепления в виде основания с зажимным элементом и винтовым упором позволило:

- обеспечить качественное приклеивание датчика к узлу крепления одновременно по трем взаимно перпендикулярным поверхностям;

- упростить монтажные работы по приклеиванию датчика к узлу крепления одновременно по трем поверхностям;

- сократить время монтажных работ при установке системы "узел крепления - датчик" на испытуемый объект до 3 мин за счет проведения всех подготовительных работ в нормальных лабораторных условиях.

Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой группы изобретений следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в измерительной технике и области машиностроительной промышленности для закрепления датчиков ускорения в условиях высокого уровня неизмеряемых воздействий;

- для заявлемой группы устройств в том виде, в котором она охарактеризована в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета конструкций.

Следовательно, заявляемая группа изобретений соответствует условию "промышленная применимость".

Источники информации

1. А.с. СССР (РФ) №1030734, МКИ G 01 Р 15/09, 1980 г.

2. Патент США №4347743 МКИ G 01 Р 15/09, 1980 г.

3. А.с. СССР (РФ) №744156, МКИ F 16 В 11/00, 1977 г.

4. А.с. СССР (РФ) №388138, МКИ F 16 В 11/00, 1970 г.

1. Узел крепления датчика ускорения к объекту, содержащий установочный блок, прикрепленный к объекту, и элементы крепления датчика к блоку, при этом собственная частота колебаний материала установочного блока ниже частотной характеристики датчика, отличающийся тем, что установочный блок имеет грани, образующие прямоугольный телесный угол, одна из которых является основанием и крепится к объекту, а датчик выполнен в виде параллелепипеда и контактирует с внутренними поверхностями граней телесного угла по трем поверхностям, причем между внутренними поверхностями граней и соответствующими им поверхностями датчика по всей площади их контакта размещены эластичные прокладки, прикрепленные к ним с помощью клея.

2. Узел крепления по п.1, отличающийся тем, что в качестве клея и материала предварительно сформированных эластичных прокладок использован герметик.

3. Устройство для приклеивания датчика ускорения к узлу крепления, содержащее основание, закрепленный на нем зажимной элемент, выполненный в виде двух параллельных идентичных стоек, и винтовой упор, отличающееся тем, что основанием являются грани установочного блока, стойки зажимного элемента выполнены в виде скоб прямоугольной формы, закрепленных на двух гранях и соединенных между собой так, что образуют жесткую пространственную конструкцию в форме параллелепипеда, охватывающую датчик, а винтовой упор выполнен в виде трех планок, каждая из которых содержит резьбовое отверстие с винтом и установлена с возможностью упора на внутренние поверхности параллельных сторон скоб, обращенные к соответствующей не приклеиваемой поверхности датчика и с возможностью размещения винта по центру этой поверхности.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что скобы закреплены с помощью крепежных элементов, установленных в сквозных резьбовых отверстиях, которые выполнены на свободных концах двух граней, одна из которых - основание установочного блока, при этом сквозные резьбовые отверстия выполнены параллельно соединяющей скобы втулке на винтах, закрепленной на пересечении двух сторон скоб, не задействованных в креплении к граням, причем одна скоба расположена без зазора с третьей гранью параллельно ей, а вторая - на расстоянии от торцов граней, обеспечивающем параллелепипедную форму пространственной конструкции с помощью втулок, надетых на крепежные элементы двух граней.