Акселерометр

Авторы патента:

Некрасов Виталий Николаевич (RU)

Зюзин Владимир Николаевич (RU)

Исаенков Игорь Петрович (RU)

Краснописцев Николай Вячеславович (RU)

G01P15/00 - Измерение ускорения и замедления; измерение импульсов ускорения

Владельцы патента RU 2559867:

Российская Федерация, от имени котрой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров ускорения в виброметрии, сейсмологии и акустике. Акселерометр содержит предусилитель и концентрично расположенные, кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями кольцевых пьезоэлектрических секторов, причем электроды электрически соединены параллельно и подключены к предусилителю, при этом в него введены второй и третий предуселители, а также второй кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над первым кольцевым пьезочувствительным элементом и выполненный в виде двух пар радиально поляризованных секторов, снабженных электродами, контактирующими с боковыми поверхностями секторов, при этом оба сектора пары установлены центрально симметрично с противоположной поляризацией, соединены через электроды параллельно и подключены ко второму и третьему предусилителям. Технический результат - расширение области применения акселерометра. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров ускорения в виброметрии, сейсмологии и акустике.

Известен трехкомпонентный акселерометр, содержащий корпус, который закреплен на базовом основании и закрыт колпачком. Корпус выполнен из металла в форме трехгранной пирамиды с тремя ортогональными плоскостями, на каждой из которых консольно закреплены по одному пьезоэлектрическому чувствительному элементу. Чувствительные элементы выполнены в виде пьезоэлектрических или биморфных пластин. (Патент №2383025, Кл. G01P 15/09, 2010 г.)

Недостатком трехкомпонентного акселерометра является его нечувствительность к высоким частотам из-за консольного закрепления чувствительных элементов.

Наиболее близким по конструкции, совпадающим по характеру работы с заявленным, является однокомпонентный акселерометр, принятый за прототип предлагаемого трехкомпонентного акселерометра.

Прототип содержит предусилитель и концентрично расположенные кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями кольцевых пьезоэлектрических секторов, причем электроды электрически соединены параллельно и подключены к предусилителю. (Патент №2098831, Кл. G01P 15/09, 1998 г.)

Недостатком прототипа является ограниченность его применения для измерения одной компоненты ускорения.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение возможности измерения трех компонент ускорения.

Данный технический результат достигается за счет того, что в известный акселерометр, содержащий предусилитель и концентрично расположенные, кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями кольцевых пьезоэлектрических секторов, причем электроды электрически соединены параллельно и подключены к предусилителю, дополнительно введены второй и третий предуселители, а также второй кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над первым кольцевым пьезочувствительным элементом и выполненный в виде двух пар радиально поляризованных секторов, снабженных электродами, контактирующими с боковыми поверхностями секторов, при этом оба сектора пары установлены центрально симметрично с противоположной поляризацией, соединены через электроды параллельно и подключены ко второму и третьему предусилителям.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 - представлена конструктивная схема акселерометра; на фиг. 2 - его электронная схема.

Акселерометр, содержит концентрично расположенные кольцевые инерционную массу 1, корпус 2 и пьезочувствительный элемент 3 с осевой поляризацией в виде пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом (на фиг. 1 - один сектор).

Имеется также кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над пьезочувствительным элементом 3 и выполненный в виде двух пар радиально поляризованных секторов 4₁ 4₂ и 5₁ 5₂. Оба сектора 4₁ 4₂ и 5₁ 5₂ пары установлены центрально-симметрично с противоположной поляризацией.

Акселерометр включает в себя электроды 6, 7, контактирующие с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов 3, 4, 5. Причем электроды электрически соединены параллельно и подключены к трем предусилителям 8, 9, 10 по количеству измеряемых компонентов х, у, z ускорения (фиг. 2).

Конкретное выполнение электродов 6, 7 в акселерометре является ноу-хау заявителя.

Кольцевой корпус 2 выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями кольцевых пьезоэлектрических секторов 3, 4, 5.

Акселерометр работает следующим образом.

Закрепляют корпус акселерометра на исследуемом изделии (элементы крепления акселерометра не приведены).

При колебаниях корпуса 2 в среде вдоль осей x, y, z на пьезоэлементы 3, 4, 5 действует сила инерции, деформирующая пьезоэлементы. На выходах пьезоэлементов появляются напряжения U_x, U_y, U_z, пропорциональные измеряемым компонентам вектора ускорения.

Таким образом, область применения акселерометра, работающего на деформации сдвига, расширена на случай измерения параметров вектора ускорения. Этим достигается поставленный технический результат.

Акселерометр, содержащий предусилитель и концентрично расположенные, кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями кольцевых пьезоэлектрических секторов, причем электроды электрически соединены параллельно и подключены к предусилителю, отличающийся тем, что в него введены второй и третий предуселители, а также второй кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над первым кольцевым пьезочувствительным элементом и выполненный в виде двух пар радиально поляризованных секторов, снабженных электродами, контактирующими с боковыми поверхностями секторов, при этом оба сектора пары установлены центрально симметрично с противоположной поляризацией, соединены через электроды параллельно и подключены ко второму и третьему предусилителям.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использован в приборостроении и машиностроении для измерения ускорения подвижных объектов. Чувствительный элемент акселерометра на поверхностных акустических волнах содержит встречно-штыревой преобразователь, связанный с приемопередающей антенной, и две решетки отражателей, выполненных зеркально-симметричными относительно встречно-штыревого преобразователя и образующих структуру резонатора на поверхностных акустических волнах, при этом он снабжен единой конструкцией, выполненной из монокристаллического кремния, и состоящей из рамки, консоли треугольной формы, основание которой неподвижно прикреплено к рамке с ее внутренней стороны, инерционной массы, находящейся на одной стороне консоли, и пьезоэлектрической пленки, нанесенной на второй стороне консоли, причем встречно-штыревой преобразователь и решетки отражателей нанесены на поверхность пьезоэлектрической пленки, приемопередающая антенна размещена по периметру рамки.

Способ регулировки коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра // 2553422

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для обеспечения взаимозаменяемости пьезоэлектрических вибропреобразователей ускорения (вибродатчиков ускорения), входящих в состав акселерометров или измерительных систем, без дополнительной настройки электронных согласующих элементов акселерометра или измерительных систем.

Устройство определения ускорения // 2549926

Устройство (12) определения ускорения содержит блок (21) корректировки нулевой точки для корректировки положения нулевой точки значения сигнала (Gsen) датчика, используя величину корректировки (абсолютное значение для значения (Gd) корректировки) на основе ускорения (Gout), когда транспортное средство переходит от остановленного состояния на наклонной дороге к состоянию движения, и блок (20) ограничения величины корректировки для ограничения величины корректировки, тем самым пресекая вычисление избыточной величины корректировки вследствие неровностей поверхности дороги или перемещения пассажира.

Устройство и способ калибровки датчика ускорения // 2549041

Изобретение относится к калибровке датчика ускорения. Способ калибровки датчика ускорения для определения показателей ускорения транспортного средства содержит этап определения характеристической постоянной для датчика ускорения.

Компенсационный акселерометр // 2539826

Компенсационный акселерометр предназначен для применения в качестве чувствительного элемента в системах стабилизации и навигации. Изобретение может найти применение в приборах измерения механических величин компенсационного типа.

Термоинвариантный измеритель линейного ускорения // 2528119

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения линейных ускорений в системах управления движущимися объектами, например к средствам измерения линейного ускорения в бесплатформенных инерциальных навигационных системах управления космическими объектами.

Устройство определения движения тела // 2517766

Изобретение относится к средствам определения движения тела. Устройство содержит средство определения ускорения и вычислительное средство для вычисления движения тела на основании данных ускорения, участок закрепления/раскрепления для закрепления рабочей части на основном блоке устройства или раскрепления от него, причем вычислительное средство выполнено с возможностью выполнения процедуры определения закрепления/раскрепления на основании изменения ускорения, при закреплении закрепляемой рабочей части на участке закрепления/раскрепления или при раскреплении от него, и выполнения вычисления движения тела на основании определенного закрепления/раскрепления, при переключении в режим, соответствующий состоянию после закрепления/раскрепления.

Микромеханический акселерометр // 2515378

Изобретение может применяться в микромеханических датчиках линейных ускорений. Сущность изобретения заключается в том, что микромеханический акселерометр содержит чувствительный элемент, выполненный из монокристаллического кремния низкой проводимости, внешнюю рамку с закрепленным на ней маятником при помощи упругих торсионов.

Акселерометр // 2514150

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям линейных ускорений. Акселерометр содержит корпус, первую пластину с внешней подвижной частью, внутренней неподвижной частью и соединяющими их упругими перемычками по оси подвеса, дифференциальный емкостный преобразователь положения, вторую пластину с электродами, третью пластину, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом и компенсационной катушкой, груз на подвижной части первой пластины, усилитель.

Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр на основе углеродных нанотрубок // 2455652

Изобретение относится к области измерительной техники и микросистемной техники, а более конкретно к интегральным измерительным элементам величин угловой скорости и ускорения.

Способ, использующий опознавание воздействия для системы управления парками транспортных средств // 2561482

Изобретение относится к способам опознавания воздействий на подъемно-транспортную машину. Осуществляя контроль эксплуатации транспортного средства, обнаруживают перегрузки при столкновении транспортного средства. Контролируют скорость транспортного средства на основе информации, полученной от датчика скорости. Рассчитывают изменения количества движения транспортного средства на основе контролируемой скорости транспортного средства. Определяют, произошли ли изменения количества движения и обнаружены ли перегрузки при столкновении транспортного средства в течение заданного периода времени между ними. Формируют сигнал воздействия, указывающий, что изменение количества движения и обнаруженные перегрузки при столкновении транспортного средства произошли в течение заданного периода времени. Достигается опознавание воздействий на подъемно-транспортные машины, определение перегрузки и изменения количества движения для обнаружения воздействий и определения, какие воздействия достаточно значимы, чтобы о них сообщить, занести их в журнал или иным образом довести их до сведения оператора машины и для управления оператором при помощи беспроводных решений 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 18 ил.

Линейный микроакселерометр с оптической системой // 2564810

Изобретение относится к области измерительной техники и касается линейного микроакселерометра с оптической системой. Микроакселерометр включает в себя корпус, две инерционные массы на упругих подвесах, два датчика положения, два компенсационных преобразователя. Датчики положения выполнены в виде двух пар монохроматических излучателей с различным спектром излучения и двух фотоприемников с цветоделением, имеющих не менее двух выходов спектральных диапазонов. Излучатели расположены над инерционной массой, а фотоприемники размещены в корпусе соосно с фотоприемниками. Монохроматические излучатели снабжены ограничителями светового потока. Технический результат заключается в повышении точности измерений и упрощении конструкции. 1 ил.

Способ измерения кажущегося ускорения и пьезоэлектронный акселерометр для его реализации // 2566655

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения кажущегося ускорения в системах ориентации и навигации подвижных объектов и путеизмерительных комплексах, а также сейсмических измерениях. Сущность изобретения заключается в том, что при помощи пьезоэлектрического возбудителя, преобразующего электрический сигнал опорной частоты, создаются синфазные механические напряжения в двух идентичных пьезоэлектрических преобразователях. Преобразователи закреплены на основании и сочленены с возбудителем, который одновременно является пробной массой, преобразующей кажущееся ускорение в противофазные механические напряжения в идентичных пьезоэлектрических преобразователях. Далее находят разность электрических сигналов, снимаемых с идентичных пьезоэлектрических преобразователей, которая представляет собой сигнал опорной частоты, амплитуда которого пропорциональна кажущемуся ускорению, и разностный сигнал опорной частоты преобразуют в сигнал постоянного тока, пропорциональный кажущемуся ускорению. Технический результат - измерение кажущегося ускорения при помощи пьезоэлектрических преобразователей и расширение частотного диапазона работы пьезоэлектронных акселерометров. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения замедлений поступательно движущихся систем // 2581738

Предложенное изобретение относится к области испытания механических систем, которые оценивают по замедлению при выбеге вращающейся детали, и может быть использовано для определения отрицательных ускорений вращающихся частей или систем в целом. Способ определения замедлений поступательно движущихся систем заключается в том, что на вращающуюся деталь системы устанавливают метку, сигналы от которой принимают посредством датчика. При этом используют только одну метку, создающую один сигнал во время одного оборота вращающейся детали, регистрируют число оборотов вращающейся детали в функции времени, аппроксимируют зависимость числа оборотов от времени непрерывной дифференцируемой функцией «путь-время», учитывающей кинематическую связь вращающейся детали с поступательной скоростью системы. После этого замедление получают в виде второй производной указанной функции по времени. Данное изобретение позволяет повысить точность и эффективность определения малых по величине замедлений механических систем. 7 ил.

Акселерометр-тахогенератор // 2584576

Изобретение относится к электрическим микромашинам, а именно к датчикам угловых ускорений (акселерометрам), предназначенным для измерения угловых ускорений контролируемых валов в устройствах автоматики и вычислительной техники. Сущность изобретения заключается в том, что акселерометр-тахогенератор содержит статор с полюсами возбуждения в виде постоянных магнитов и полюсами с измерительной обмоткой и компенсационной обмоткой, полый электропроводный ротор и усилитель, при этом полый электропроводный ротор выполнен с продольными прорезями со скосом в виде окон шириной, соизмеримой с полюсными наконечниками статора, шаг которых равен полюсному делению, причем полый электропроводный ротор на участках между продольными прорезями выполнен из изолированных друг от друга аксиальных пластин, замкнутых на торцах полого электропроводного ротора. Технический результат - улучшение метрологических характеристик акселерометра-тахогенератора и повышение их линейности, а также расширение функциональных возможностей за счет возможности применения устройства в качестве тахогенератора и повышение быстродействия устройства. 3 ил.

Сенсор на пространственной спирали // 2594071

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении характеристик движения объектов, таких как скорость, ускорение, вибрации и прочее. Чувствительный элемент датчика для определения характеристик движения объекта включает пространственную винтовую спираль или ее часть и жестко связанный с указанной спиралью магнит, который располагают относительно спирали таким образом, чтобы спираль находилась в неоднородном поле магнита. Устройство также может включать дополнительный магнит, расположенный относительно спирали и первого магнита таким образом, что спираль находится в неоднородном поле обоих магнитов. Техническим результатом изобретения является усиление полезного сигнала сенсора, основанного на электроинерционных явлениях. 28 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ измерения выталкивающей силы упругого объекта методом отскока и устройство для его осуществления // 2600508

Изобретение относится к области спорта и может быть использовано при создании упругих подпятников, вкладываемых в спортивную обувь с целью получения дополнительной выталкивающей силы. Устройство для измерения выталкивающей силы упругого объекта состоит из устанавливаемой на исследуемый образец трубки с приваренным к одному из ее концов фланцев и металлических стержней разной массы, на верхних концах которых закрепляют датчики ускорения. При измерении выталкивающей силы упругого объекта металлические стержни с различными массами размещают внутри трубки на фиксированной высоте от поверхности образца и отпускают. Далее измеряют ускорения указанных стержней и рассчитывают выталкивающую силу исследуемого упругого объекта по формуле: Fkn = mk·akn, где Fkn - удельная выталкивающая сила упругого объекта на n-й гармонике при к-й удельной массе стержня; mk - к-я удельная масса стержня; akn - ускорение удельной к-й массы стержня на n-й гармонике. Техническим результатом изобретения является возможность осуществления оценки частотных характеристик двигательных действий спортсменов, а также максимальной силы выталкивания. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Способ пневматического частотного измерения ускорения движения тела // 2601271

Изобретение относится к устройствам, использующимся при навигации летательных аппаратов, при измерении ускорения. Техническим результатом является повышение достоверности (уменьшения погрешности) за счет включения в прямую цепь интегратора, линеаризующего выходную характеристику системы измерения, и эффективности измерения путем включения в цепь обратной связи частотной части измерения. Технический результат достигается с помощью способа пневматического частотного измерения ускорения движения тела, по которому ускорение инерционной массы преобразуют во входное давление, усиливают, при этом используют аналоговую отрицательную обратную связь по ускорению, сигнал которой суммируют с входным давлением, выходное давление преобразуют в частоту и подают на счетное устройство, отличающийся тем, что по обратной связи подают выходной частотный сигнал, который преобразуют в частоту импульсов постоянной длительности и постоянной амплитуды, преобразуют импульсный сигнал в аналоговой сигнал давления обратной связи для последующего суммирования и интегрируют сигнал в прямой цепи перед нелинейным элементом, выпрямляя выходную характеристику системы. 2 ил.

Способ обеспечения виброустойчивости маятникового акселерометра линейных ускорений с цифровой обратной связью и виброустойчивый маятниковый акселерометр // 2615221

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в области приборов для измерения линейного ускорения. Сущность изобретения заключается в том, что обеспечивают изменение значения коэффициента передачи регулятора в микроконтроллере от Крег до Kрегmax по закону, для чего на каждом шаге дискретизации выполняют измерение и сравнение в микроконтроллере напряжения U на входе АЦП усилителя с пороговым значением Uпор; при значениях напряжений, меньших либо равных Uпор, для организованного внутри микроконтроллера ШИМ-модулятора формируют в микроконтроллере цифровой входной сигнал для ШИМ-модулятора, для текущего значения напряжения U при значении коэффициента передачи регулятора Крег; обеспечивают формирование ШИМ-модулятором последовательности импульсов постоянной амплитуды и определенной длительности; определяют в микроконтроллере тот шаг дискретизации, на котором U больше Uпор, обеспечивают на последующих шагах дискретизации формирование увеличенного цифрового сигнала U*ув, для увеличенного коэффициента передачи, что обеспечивает увеличение длительности импульсов до определенной величины τув; обеспечивают соответствующее увеличение длительности открытого состояния, определяемого величиной τув, переключателя тока усилителя мощности, что обеспечивает поступление с выхода усилителя мощности в обмотку датчика момента акселерометра последовательности импульсов тока стабилизированной амплитуды и увеличенной длительности, определяют тот шаг дискретизации, на котором на входе АЦП напряжение U меньше либо равно Uпор, после чего обеспечивают возврат системы обратной связи к режиму работы со значением коэффициента передачи, равным Крег. Технический результат – обеспечение виброустойчивости маятниковых акселерометров с цифровой обратной связью при действии линейных ускорений и вибраций любого характера и любой амплитуды, величина которых не была прогнозирована на этапе проектирования прибора. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения // 2618481

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения коэффициента преобразования датчика ускорения в узкой полосе частот. Способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения заключается в поднятии штока, имеющего свободный или скользящий ход по отношению к трубке, внутри которой он движется, на высоту Н. При отпускании шток совершает свободное падение до удара об упругий массив с частотой отскока, определяемой формулой где w0 - угловая частота отскока штока (рад/с); g=9,8 м/с2; λ0 - рабочий ход упругого массива, мм, при ударе об него штока, падающего с высоты Н. Расчетная величина ускорения будет определяться формулой (2),где а0 - расчетное значение ускорения штока, падающего с высоты Н, при собственной частоте колебаний упругого массива w0=2πf0. Датчик, который закреплен на верхнем торце штока с помощью коаксиального кабеля, подключен к входу спектранализатора с установленным в нем полосовым фильтром с центральной частотой w0, к выходу которого подключен вольтметр; он вырабатывает сигнал напряжения u0, соответствующий расчетной величине ускорения а0 при равенстве параметров w0 и wn, по которым вычисляется коэффициент преобразования датчика. Заявляемый способ позволяет без применения вибростенда оперативно и достоверно определять качество покрытия упругого массива по коэффициенту преобразования датчика ускорения в требуемой полосе частот. 1 табл., 1 ил.