Частотный датчик линейных ускорений

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерительным элементам линейного ускорения. Частотный датчик содержит рамочный корпус (1), который крепится к основанию (8). В центральном отверстии рамочного корпуса (1) расположены инерционная масса (2), стержневой резонатор (4) и система возбуждения и съема сигнала. Инерционная масса (2) крепится к рамочному корпусу (1) с помощью плоскопараллельных пружин (3). Стержневой резонатор (4) с одной стороны соединен с инерционной массой (2), а с другой - с рамочным корпусом (1). Основание (8), оснащенное выступом (15), крепится к объекту (16). В основании (8) выполнены пазы (9), заполненные демпфирующим материалом и образующие плоские пружины (11), (12). Плоские пружины (11), (12) обеспечивают надежную развязку мест крепления стержневого резонатора (4) от мест крепления основания (8) к объекту (16), тем самым увеличивая добротность колебаний стержневого резонатора (4). 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, а более конкретно к измерительным элементам линейного ускорения.

Известен частотный датчик линейных ускорений [Эткин Л.Г. Виброчастотные датчики. Теория и практика. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. - 408 с., стр.254, рис.5.56], содержащий рамочный корпус, внутри которого размещены инерционная масса, соединенная через упругий подвес с рамочным корпусом, стержневой резонатор, соединенный с одной стороны с инерционной массой, а с другой стороны с рамочным корпусом, и систему возбуждения (возбудитель) и съема (адаптер) сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является датчик ускорений [авторское свидетельство СССР №726481, G01P 15/08, публикация 05.04.80], содержащий рамочный корпус (рамку), внутри которого размещены инерционная масса, соединенная через упругий подвес с рамочным корпусом, стержневой резонатор, соединенный с одной стороны с инерционной массой, а с другой стороны с рамочным корпусом, и систему возбуждения и съема сигнала.

В рамочном корпусе выполнены прорези, заполненные демпфирующим (резиноподобным) материалом, и он соединен с основанием (корпусом) перемычкой, причем рамочный корпус и прорези выполнены так, что длина средней линии от места крепления резонатора к рамочному корпусу до места заделки рамочного корпуса в основание составляет 1/4 длины волны, соответствующей частоте резонатора при отсутствии ускорения.

Данный акселерометр, так же как предыдущий аналог, позволяет измерять ускорение в направлении оси чувствительности, с частотным выходным сигналом.

Общим недостатком рассмотренных аналогов является слабая акустическая развязка мест крепления резонатора от мест крепления датчика на объекте, что ведет к утечке акустической энергии, которая возникает из-за колебаний резонатора, уменьшению добротности колебательной системы, тем самым уменьшая точность датчика и стабильность параметров датчика в условиях жестких механических воздействий.

Кроме того, недостаточная акустическая развязка колебательной системы от мест крепления датчика к объекту приводит к внесению в колебательную систему датчика помех от объекта, что также существенно снижает точностные характеристики датчика.

Задача предлагаемого изобретения - увеличение точности измерения и стабильности параметров частотного датчика линейных ускорений и увеличение надежности работы в условиях жестких механических воздействий.

Технический результат, достигнутый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении надежной развязки мест крепления резонатора от мест крепления датчика на объекте.

Для увеличения точности измерения и стабильности параметров в условиях жестких механических воздействий в частотный датчик линейных ускорений, содержащий рамочный корпус, внутри которого размещены инерционная масса, соединенная через упругий подвес с рамочным корпусом, стержневой резонатор, соединенный с одной стороны с инерционной массой, а с другой стороны с рамочным корпусом, и систему возбуждения и съема сигнала, согласно изобретению дополнительно введено основание, в котором выполнены пазы, заполненные демпфирующим материалом, образующие плоские пружины и разделяющие основание на две составные части, соединенные между собой плоскими пружинами, причем к одной из частей крепится рамочный корпус, а другая крепится к объекту, при этом в местах креплений одна из соединяемых деталей содержит выступы.

Для уменьшения габаритов и массы одна часть основания выполнена в виде П-образной рамы с выступами, на которых закреплен рамочный корпус, а другая его часть выполнена в виде стойки с выступом, которым она крепится к объекту.

Введение в конструкцию предлагаемого датчика основания, в котором выполнены пазы, разделяющие его на две составные части, соединенные между собой плоскими пружинами, которые заполнены демпфирующим материалом, совместно с признаками, общими с прототипом, обеспечивает надежную развязку мест крепления резонатора от мест крепления датчика к объекту, что обеспечивает увеличение надежности работы датчика в условиях жестких механических воздействий, т.к. основание является демпфирующим устройством, увеличение добротности колебательной системы, которая достигается путем минимизации потерь акустической энергии через места крепления, тем самым осуществляется увеличение точности датчика.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого частотного датчика линейных ускорений.

На фиг.2 представлен разрез А-А на фиг.1 частотного датчика линейных ускорений.

На фиг.3 представлено основание частотного датчика линейных ускорений.

Частотный датчик линейных ускорений содержит прямоугольный рамочный корпус 1, в центральном отверстии которого размещены инерционная масса 2, соединенная с двух сторон через упругий подвес, выполненный в виде плоскопараллельных пружин 3, с рамочным корпусом 1, стержневой резонатор 4, соединенный с одной стороны с инерционной массой 2, а с другой стороны с рамочным корпусом 1, и систему возбуждения и съема сигнала, состоящую из электромагнита возбуждения 5, электромагнита съема колебаний 6 резонатора 4, между которыми расположен резонатор 4, и автогенератора 7 (фиг.1). Предлагаемый датчик снабжен основанием 8 прямоугольной формы, в котором выполнены два фигурных паза 9 и паз 10. Фигурные пазы 9 расположены зеркально относительно центральной продольной оси, каждый из которых содержит расположенную параллельно продольной оси центральную часть, на концах которой расположены перпендикулярные ей части, обращенные к большей стороне основания 8. Фигурные пазы 9 с одной стороны перпендикулярными частями образуют с краем основания 8 упругий элемент, в виде двух плоских пружин 11, а с другой стороны перпендикулярными частями и пазом 10 образуют упругий элемент, в виде двух плоских пружин 12. Плоские пружины 11 и 12 параллельны друг другу. Фигурные пазы 9 и паз 10 разделяют основание 8 на стойку 13, образованную центральными частями фигурных пазов 9, и на П-образную раму 14. Стойка 13 своим выступом 15 крепится к объекту 16. Рамочный корпус 1 закреплен на выступах 17, расположенных на П-образной раме 14 выше перпендикулярных частей фигурных пазов 9, расположенных ближе к объекту 16. Плоские пружины 11 и 12 соединяют между собой стойку 13 и П-образную раму 14 и создают развязку мест крепления стержневого резонатора 4 от выступа 15, через который основание 8 крепится к объекту 16. Фигурные пазы 9 заполнены демпфирующим материалом (фиг.2, 3).

Фигурные пазы 9 и паз 10 могут быть выполнены различными способами с условием, чтобы они разделяли основание 8 на две части и образовывали плоские пружины 11 и 12, которые бы соединяли эти две части.

Рамочный корпус 1 может быть закреплен на любой из двух частей разделенного основания 8, тогда на части, к которой крепится рамочный корпус 1, необходимо выполнить выступы 17 для крепления рамочного корпуса 1, а на другой части основания 8 выполнить выступ 15 для крепления к объекту 16.

Работает устройство следующим образом.

При подаче с выхода автогенератора 7 на электромагнит возбуждения 5 переменного напряжения создается переменное магнитное поле, которое вызовет колебания стержневого резонатора 4. Колебания стержневого резонатора 4 приведут к изменению зазора между электромагнитом съема колебаний 6 и самим стержневым резонатором 4. Изменение зазора приведет к наведению ЭДС в катушке электромагнита съема колебаний 6 резонатора 4, которая по амплитуде будет пропорциональна амплитуде колебаний резонатора 4, а по частоте будет равна частоте колебаний резонатора 4. ЭДС, наводимая в катушке электромагнита 6, подается на вход автогенератора 7. Автогенератор 7 выбирает частоту переменного напряжения, подаваемого на электромагнит возбуждения 5, таким образом, чтобы амплитуда ЭДС, которая наводится в катушке электромагнита 6, была максимальной, то есть резонатор 4 совершал колебания на своей резонансной частоте. Пружины 11 и 12 осуществляют развязку места крепления резонатора 4 от места крепления основания к объекту, тем самым увеличивается добротность колебаний резонатора 4.

При действии ускорения вдоль оси чувствительности Y на инерционную массу 2 действует сила инерции, которая либо сжимает стержневой резонатор 4 либо растягивает его, тем самым меняя резонансную частоту его колебаний. Величина резонансной частоты колебаний резонатора 4 зависит от величины действующей силы инерции и, следовательно, зависит от ускорения.

При действии на объект 16 ударов и вибрации пружины 11, 12 и демпфирующий материал, которым заполнены фигурные пазы 9, послужат демпфером, что предотвратит сбой колебаний резонатора 4 или разрушение конструкции.

Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой частотный датчик линейных ускорений, позволяющий измерять величину действующего линейного ускорения в направлении оси Y и, по сравнению с аналогами, обеспечивающий повышение точности измерения линейного ускорения и стабильности параметров в условиях жестких механических воздействий за счет введения в конструкцию основания, которое выполняет надежную акустическую развязку между местами крепления резонатора и местами крепления датчика к объекту, а также исполняет роль демпфирующего элемента при действии ударов и вибрации.

Выполнение основания в виде П-образной рамы, на которую крепится рамочный корпус, и стойки, которая крепится к объекту, соединенными между собой плоскими пружинами уменьшает габариты и массу прибора.

Представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в измерительной технике для измерений линейного ускорения;

- для заявленного устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить повышение точности измерения линейного ускорения и уменьшить температурную погрешность.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

1. Частотный датчик линейных ускорений, содержащий рамочный корпус, внутри которого размещены инерционная масса, соединенная через упругий подвес с рамочным корпусом, стержневой резонатор, соединенный с одной стороны с инерционной массой, а с другой стороны - с рамочным корпусом, и систему возбуждения и съема сигнала, отличающийся тем, что он снабжен основанием, в котором выполнены пазы, заполненные демпфирующим материалом, образующие плоские пружины и разделяющие основание на две составные части, соединенные между собой плоскими пружинами, причем к одной из частей крепится рамочный корпус, а другая крепится к объекту, при этом в местах креплений одна из соединяемых деталей содержит выступы.

2. Частотный датчик линейных ускорений по п.1, отличающийся тем, что одна часть основания выполнена в виде П-образной рамы с выступами, на которых закреплен рамочный корпус, а другая его часть выполнена в виде стойки с выступом, которым она крепится к объекту.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники, а более конкретно к измерительным элементам линейного ускорения. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для измерения ускорения и углового положения относительно горизонта, и в частности для коррекции положения при измерениях прецизионными датчиками давления.

Изобретение относится к акселерометрам, в частности к трехосевым кристаллическим акселерометрам. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам навигационных систем, измеряющим ускорение. .

Изобретение относится к монолитным вибрационным датчикам, функционирующим в дифференциальном режиме. .

Изобретение относится к инерциальным датчикам, в частности к акселерометрам. .

Изобретение относится к измерению параметров двилсения на испытательных прецизионных центрифугах или других силозадающих установках и позволяет упростить конструкцию устройства .

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для высокоточных измерений ускорений, давления , силы тяжести и т.д. .

Изобретение относится к устройствам для измерения линейных ускорений и может быть использовано для одновременного измерения ускорений вдоль трех взаимно перпендикулярных осей. Сущность: акселерометр содержит инерционную массу (1), которая закреплена во внутренней раме (2) с помощью торсионов (3- 6). Торсионы (3-6) размещены в микромеханическом акселерометре с возможностью совершения поступательных колебаний инерционной массы (1) вдоль оси Х. На инерционной массе (1) закреплены подвижные электроды (7, 8) датчика перемещения, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны. На внутренней раме (2) закреплены подвижные электроды (9, 10) датчика перемещения, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны. Внутренняя рама (2) закреплена во внешней раме (11) с помощью торсионов (12-15). Торсионы (12-15) размещены в микромеханическом акселерометре с возможностью совершения поступательных колебаний внутренней рамы (2) вдоль оси Y. Внешняя рама (11) закреплена в корпусе (16) с помощью торсионов (17-20). Торсионы (17-20) размещены в микромеханическом акселерометре с возможностью совершения поступательных колебаний внешней рамы (11) вдоль оси Z. На внешней раме (11) закреплены подвижные электроды (21, 22) датчика перемещения. Корпус (16) закреплен на подложке (23), на которой закреплены неподвижные электроды (24, 25) датчика перемещения, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны. Неподвижные электроды (24, 25) образуют конденсаторы с подвижными электродами (7, 8) в плоскости их пластин, образуя при этом емкостной датчик перемещения инерционной массы (1) относительно подложки (23). На подложке (23) закреплены неподвижные электроды (26, 27) датчика перемещения, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны. Неподвижные электроды (26, 27) образуют конденсаторы с подвижными электродами (9, 10) в плоскости их пластин, образуя при этом емкостной датчик перемещения внутренней рамы (2) относительно подложки (23). На подложке (23) закреплены неподвижные электроды (28, 29) датчика перемещения. Неподвижные электроды (28, 29) образуют конденсаторы с подвижными электродами (21, 22) в плоскости их пластин, образуя при этом емкостной датчик перемещения внешней рамы (11) относительно подложки (23). Инерционная масса (1), внутренняя рама (2), внешняя рама (11), торсионы (3-6, 12-15, 17-20), подвижные электроды (7-10, 21, 22) датчиков перемещения расположены с зазором относительно подложки (23). Инерционная масса (1), внутренняя рама (2), внешняя рама (11), торсионы (3-6, 12-15, 17-20), подвижные электроды (7-10, 21, 22) датчиков перемещения, неподвижные электроды (24-29) датчиков перемещения, корпус (16) выполнены из полупроводникового материала, например, из монокристаллического кремния. Подложка (23) может быть изготовлена из диэлектрика, например, из боросиликатного стекла. Технический результат: возможность проведения одновременных измерений ускорений вдоль трех взаимно перпендикулярных осей X, Y, Z. 1 ил.
Наверх