Двухкомпонентный резонансный акселерометр

 

! п11 679882

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) ЗаявлеиЬ 140377 (21) 2462209/18-10 с присоединением заявки Нов (23) ПриоритетОпубликоваио 150879 Бюллетень Но 30

Дата опубликования описания 2008.79 (51)М. Кл.2

01 Р 15/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (5З) УД((531. 768 (088.8) (72) АВТОРЫ

ИЗОбрЕТЕНИя Ю.И. Сальников, И. К. Кучеров и В. К. Копыл (71) Заявитель (54) ДВУХКОИПОНЕНТНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ

AKCEJIEPOMETP

Изобретение относится к измеритеЛьной технике и может быть применено . при измерении ускорений в широком диапазоне.

Известны акселерометры, чувствительные элементы которых выполнены в в виде консольной пружины, на свободном конце которой закреплена некоторая масса. Такие акселерометры имеют низкую чувствительность и узкий диапазон измерений (1) .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является акселерометр, который благодаря резонансной настройке его чувствитель- 15 ного элемента имеет высокую пороговую чувствительносгь и большой коэффициент преобразования. Недостатком

его является ограниченный диапазон измерений, т.е. этот прибор не мо- 20 жет быть применен одновременно для измерения малых или больших ускорений (2).

Целью изобретения является расширение пределов измеряемых ускорений с сохранением при этом высокой пороговой чувствительности акселерометра, обусловленной резонансной настройкой чувствительного элемента.

Предлагаемый акселерометр конструктивно представлен на фиг. 1 и 2.

В корпусе прибора 1, 2 сцентрирована посредством подшипников 3 вращающаяся часть прибора (цилиндр) 4, приводимая во вращение с постоянной угловой скоростью многополюсным синхронным гнстерезисным двигателем 5, у которого активная часть ротора выполнена из магнитотвердого материала, а статорная обмотка выполнена многополюсной.

Электрический контакт с элементами вращающейся части прибора осуществляется при помощи токосъемного устройства, состоящего иэ токоподводящих колец 6, изолированных между собой, и щеток, закрепленных на колодке. Электрощетки 7-10 служат для подвода напряжения к датчику угла чувствительного элемента и съема информации с него. Электрощетки 11, 12 служат для формирования опорной метки, которая необходима для обработки информации с целью определения направления вектора . ускорения. Чувствительным элементом является пружина 13,консольно закрепленная в своем основании, которая расположена вдоль оси вращения

679882

3 цилиндра 4. Свободный конец пружины является одновременно ротором фотоэлектрического датчика угла, состоящего иэ двух фотодиодов 14, включенных по дифференциальной схеме, двух источников света 15, закрепленных во вращающемся корпусе 16. 5

В средней части вращающегося цилиндра размещено арретирующее устройство 17, 18, 19, разрез по A-A которого показан отдельно на фиг. 2.

Это устройство при достижении опре- 10 деленной скорости вращения позволяет автоматически консольно закрепить пружину в новом месте, тем саьым увеличить жесткость и частоту колебаний пластинчатой пружины.

Арретирующее устройство представляет собой объемистое кольцо 19, в пазах которого размещены два плунжера 17, 18, с Г-образными захватами, между которыми размещена пружина 13 чувствительного элемента акселерометра. С внешней части пазов крепятся крышки 20, предохраняющие плунжеры от выпадания. Между плунжерами и крышками установлены пружины

21, жесткость которых подобрана та25 ким образом, чтобы при переходе от одной постоянной угловой скорости вращения le, к другой ии< пружины под действием центробежных сил плунжеров сжимались, а захваты между

30 собой зажимали пластинчатую пружину.

В рабочем режиме, когда подвижная часть акселерометра вместе с пластинчатой пружиной приводится 35 во вращение со скоростью о, при наличии измеряемого ускорения свободный конец пластинчатой пружины будет под действием инерционных сил совершать периодические колебания 4Q с той же частотой кругового вращения.

Поскольку частота собственных колебаний пружины подобрана равной частоте вынужденного вращения двигателя, то возникает явление резонанса, при 45 этом незначительные инерционные силы вызывают большую амплитуду колебаний пластины:

А д †-а COSEU

$ — относительный коэффициент затухания круговая частота резонансных колебаний. 55

Для того, чтобы наряду со способностью акселерометра измерять. весьма малые ускорения прибор обладал еще широким диапазоном измерений, он снабжен одним или несколькими арретирующими устройствами, позволяющими изменять жесткость и, следовательно, частоту собственных колебаний пружины. Для обеспечения резонансной настройки чувствительного элемента частота вынужденного вращения изменяется изменением числа пар полюсов, которое определяется выражением ьоf

Р= п где f — частота питающего напряжения гистереэисного двигателя

n — число оборотов в минуту.

Пусть f=50 Гц, P=B, тогда

n- =375; если Р4, то

n=750 об/мин и т.д.

Иэ формулы (1). вытекает, что если увеличить измеряемое ускорение и соответственно ии, то величина амплитуды колебаний не выйдет эа пределы диапазона измерений датчика угла. Для резонансной настройки пружины в эаар- ретированном .положении имеется во вращающемся цилиндре окно, позволяющее перемещать арретир вдоль оси вращения с целью изменения частоты собственных колебаний пластинчатой пружины. В зависимости от назначения в акселерометре может быть установлено несколько арретиров. Центробежная сила плунжеров, которая сжимает пружину арретирующего устройства, при уменьшении числа пар полюсов вдвое увеличивается в 4 раза, т.е.

4 и I тги „ m>w, где Ш = 2(й - круговая частота вращения после уменьшения числа пар полюсов вдвое;

X - радиус центра масс плунжера у

m - масса плунжера.

Такое скачкообразное изменение центробежной силн в четыре, в шестнадцать и т.д. раз придает устойчивость в работе арретирующего устройства.

Переключение акселеромвтра с одного диапазона измерявших ускореиий на другой может быть автоматизированным, при этом сигналом на переключение может служить предельное значение амплитуды резонансных колебаний.

Формула изобретения

Двухкомпонентный резонансный акселерометр, содержащий корпус, инерционную массу, закрепленную на свободном конце Коисольиой пружины, и привод, о а л и ч а,ю шийся тем, что, с целью расзщрения пределов иэмеряемис ускорений, в нем установлено с воэможностью перемещения вдоль пружины арретирувщее устройство, выпопнвнное в виде кольца, в пазах которого размещены два подпружиненных плунжера с захватами

Источники информации, прин ятые во внимание при экспертизе

1. Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования, M., 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

Ю 502335, кл. G 01 P 15/08, 1974.

679882 юг.!

Составитель d. Мараховская

Техред И.ясталош Корректор Е.Лукач

Редактор Л. Бибер

Заказ 4781/39 Тираж 1090 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, E-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4