Датчик ускорения

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЗЬСТВУ

«щ866481 (61) Дополнительное к ввт. свмд-ву— (22) Заявлено 040180 (21) 2864168/18-10 с присоединением заявки HP(23) Приоритет—

Опубликовано 230981. Бюллетень Ю 35

Дата опубликованию описания 2 309.81 (51)М. Кл.

G P 15/11

Государственный комнтет

С С С. Р но делам изобретений н открытий (53) УДК 531. 7б8 (088.8) (71) Заявитель (54 ) ЛЕТЧИК УСКОРЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, и в частности к устройствам для измерения ускорения при проведении весовых измерений в аэродинамических трубах кратковременного дей:5 ствия.

Известны датчики ускорения или акселерометры в виде упругого элемента с массой, причем упругий элемент име- 1О ет вид плоской балочки, по обе стороны которой наклеены тензорезисторные преобразователи (1 1.

Для достижения высоких собственных частот колебаний датчиков ускорения, т.е. быстродействия, их балочки дела- 1з ют достаточно жесткими, а массы небольшими.

Недост ат ком т аких датчиков ускорения с проволочными тензорезисторами является низкая чувствительность, 20 так как для обеспечения собственной частоты датчиков ускорения порядка

1000 Гц и выше упругий элемент его выполняется таким жестким, что сигналы имеют величину порядка всего десятков микровольт. Применение полупроводниковых тензорезисторов могло бы обеспечить требуемую чувствительность, но они имеют большие температурные погрешности, а ограниченные ЗО габариты балочки не позволяют осуществить э фективную термокомненсацию.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является датчик ускорения, содержащий инерционную массу и ди4Ференциальные магнитоанизотропные преобразователи с взаимоперекрещивающимися обмотками на общем магнитопроводе в виде пластин, жестко связанных одним концом с основанием $2).

Вследствие того, что магнитоанизотропные преобразователи по чувствительности превосходят проволочные тензорезисторы, то такие датчики ускорения обладают весьма высокими уровнями выходных сигналов. Однако из-за больших габаритов они имеют относительно невысокие собственные частоты и не могут быть размещены внутри тонкой полой державки аэродинамических весов для труб кратковременного действия, которые они также не удовлетворяют по быстродействию.

Цель изобретения — увеличение быстродействия и чувствительности датчика при уменьшении его габаритов.

866481

Указанная цель достигается тем, что в известном датчике ускорения, содержащем инерционную массу и дифференциальные магнитоанизотропные преобразователи с вэаимоперекрещивающимися обмотками на общем магнитопроводе в виде пластин, жестко связан1ных одним концом с основанием, пластины расположены под углом друг к другу и выполнены за одно целое с инерционной массой, при этом центр тяжести инерционной массы лежит на середине линии пересечения пластин, а обмотки выполнены общими для обоих магнитоанизотропных преобразователей.

При дискретном расположении обмоток на магнитопроводе провода одной из обмоток при переходе с одной пластины на другую проходят в одноименные отверстия, провода другой обмотки в диагонально расположенные отверстия.

При выполнении обмоток многосекцион- 20 ными и расположении их непрерывно по длине пластин магнитопровода провода одной из обмоток при переходе с одной пластины на другую проходят в одноименные отверстия, провода 25 другой обмотки при числе преобразователейй более двух на каждой пластине, начиная со второго преобразователя, проходят в диагонально расположенные отверстия соседних преобразователей. Угол между пластинами лежит в диапазоне 8-15

На фиг . 1 изображен датчик ускорения с дискретным расположением обмоток на магнитопроводе; на фиг. 2 то же, с непрерывным расположением", на фиг. 3 — участок одной пластины датчика ускорения с магнитоанизотропными преобразователями, размещенными в симметричных отверстиях; на фиг.4тс,же, второй пластины. 10

Датчик ускорения содержит две упругие пластины 1 и 2, выполненные как одно целое с инерционной массой 3.

Пластины 1 и 2 образуют между собой острый угол, причем центр тяжести инерционной массы лежит на середине линии пересечения пластин.

Пластины имеют отверстия, в которых размещены обмотки 4 и 4 и 5 и

5 при дискретном расположении, или

4 и 5 при их непрерывном расположении вдоль длины пластин.

Свободные концы пластины жестко связаны с общим основанием 6, с помощью которого датчик. крепится внутри весов.

И

Величина острого угла 8 — 15

На фиг. 1 и 2 показаны для упрощения пластины с четырьмя парами отверстий под обмотки.

При дискретном расположении об- Я) моток (фиг. 1) провода обмоток 5 и

5 (порядок их следования указан стрелками) проходят в отверстие Б-а на пластине 1 и далее в одноименное отверстие Б -а на пластине 2. Затем у они следуют по внешней стороне пластины 2 в отверстие A — б, оттуда—

Ф в отверстие A-б на пластине 1, а иэ него — снова в Б-а и т. д, столько раз, сколько требуется иметь витков.

Такая же обмотка аналогичным образом размещена на пластинах в соседних отверстиях, но расположенных на некотором расстоянии от первых,. а путь следования ее проводов следующий:

Б-в- Б -в Б -r - А-г Б-в и т.д.

Ф

Б случае непрерывного расположения преобраз ователей (фиг. 2 ) провода такой же катушки 5 (ее можно условно считать первичной) размещены аналогичным образом, но с той лишь разницей, что во всех отверстиях, сквозь которые она проходит на обеих пластинах, кроме двух крайних на каждой из них, т.е. кроме Б-а, Б -а и A-г, A -r одновременно в одинаковых направлениях проходят провода соседних, непрерывно расположенных преобразователей.

В конкретном примере путь следования следующий: Б-а Б -а Б -б А-б Б-в+

Б -в !А -r А-г Б-в Б -a +A -б +A-б!

Б-а и т.д.

При дискретном расположении обмотка 4, начиная с отверстия A-а, проходит в диагональное отверстие, т.е. р в Б -б, симметричного преобразователя на пластине 2. Далее ее провод идет .по внешней поверхности пластины 2 в А -а, оттуда переходит снова в диагональное отверстие Б-б на пластине 1 и замыкается снова в A-a.

Аналогичным образом размещена вторая такая же обмотка 4, общая для двух других преобразователей на пластинах

1 и 2. Путь ее следования следующий: ! г Ф

А-в Б -r A . B-Г А-в и т.д.

Путь следования обмотки 4 при непрерывном расположении преобразователей, если их число не превышает двух, такой же, как и при дискретноМ. Для

3-х непрерывно расположенных преобразователей размещение проводов катушки показано на фиг. 2. Путь ее следования следующий: A-а Б -в À -а Б-! ! б А-в Б -г A -в Б-r A-в Б -б . Начиная со второго преобразователя, провод проходит в диагонально расположенное отверстие соседнего преобразователя. Иэ отверстия A-в второго преобразователя на пластине 1 провод сначала проходит в отверстие Б -г, которое принадлежит 3-му преобразователю на пластине 2.

Под действием ускорения инерционная сила деформирует упругие пластины 1 и 2 таким образом, что одна иэ них растягивается, а другая сжимается. Благодаря тому, что центр тяжести массы 3 совпадает с центром линии пересечения пластин, на них действует только линейное ускорение, а действие углового ускорения отсутствует.

866481

Допустим для определенности, что обмотки 5 и 5 (фиг. 1) и 5 (фиг.2) являются первичными, т.е. к ним подведено переменное напряжение. Они занимают отверстия Б-а А-б на пластине 1 и отверстия Б -а A -б на пластине 2. При их согласном соеди5 нении(Оно обеспечивается при указанном на фиг. 1 и 2 порядке следования проводов этой обмотки) силовые линии будут направлены так, как это указано на фиг. 3 и 4. Соответственно, в исходном положении при отсутствии ускорения вектор магнитной индикации Й поля, индуцируемого током, протекающим по первичной обмотке, совпадает с плоскостью рамки вторичной обмотки (эта рамка образована сторонами обмотки, лежащими в отверстиях Б-в А-б на пластине 1 и

I I I

Б -а +A -б на пластине 2, и внешними поверхностями пластин) . 20

Допустим, что под действием ускорения и возникающей инерционной силы пластина 1 подвергается растяжению, а пластина 2 — сжатию. Тогда силовые линии деформируются таким образом, что результирующий вектор I индукции занимает положение В, а сигналы на вторичных обмотках, поскольку на пластинах 1 и 2 векторы индукции В отклоняются в разные сто- роны, будут противоположны по фазе.

Следовательно, эти обмотки необходимо соединить встречно, что и обеспечивается чередованием проводов 4 и

4 (фиг. 1 и 2).

Если на пластине 1 участок провода вторичной обмотки 4 идет через. Б-а и A-а, то на пластине 2 — от

I f

A -а и Б -а . При перемене обмоток ролями, в смысле подвода питанцего переменного напряжения и снятия сиг- 40 нала, датчик ускорения будет работать точно так же, т.е. сигналы всех преобразователей в сигнальной цепи на обеих пластинах будут суммироваться.

Чем меньше угол, образованный пластинами, тем больше выигрыш в чувствительности (или при той же чувствительности — в быстродействии, благодаря возможному уменьшению инерционной массы). Но уменьшение угла менее 8 не позволяет разместить обО мотки на участках пластин, прилегающих к инерционной массе, а при очень малых углах, кроме растягивающих и сжимакщих усилий, пластины начинают подвергаться изгибным деформациям.

По этой причине датчик с углом между пластинами, меньшим 8, будет воспринимать не только линейные, но и угловые ускорения, которые являют- ц) ся паразитными.

Увеличение угла более 15 для о предлагаемого датчика нецелесообразно, так как при этом можно, как и в случае известного магнитоанизотроп- 5 ного датчика ускорения, выполнять обмотки на каждой пластине изолировано от другой, что увеличивает габариты датчика.

Высокая собстменная частота у предложенного датчика ускорения обеспечивается возможностью изготовления его с весьма небольшими габаритами при относительно более жестких пластинах по сравнению с известными датчиками ускорения.

По сравнению с известным датчиком ускорения при прочих равных условиях выигрыш в чувствительности обратно пропорционален 4, где d — угол между пластинами, например, при d=15 о чувствительность увеличивается в

7,7 раза, т.е. почти на порядок. формула изобретения

1. Датчик ускорения, содержащий инерционную массу и дифференциальные магнитоанизотропные преобразователи с взаимоперекрещивакяцимися обмотками на общем магнитопроводе в виде пластин, жестко связанных одним конном с основанием, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и чувствительности датчика при уменьшении его габаритов, пластины расположены под углом друг к другу и выполнены за одно целое с инерционной массой, при этом центр тяжести массы лежит на середине линии пересечения пластин, а обмотки выполнены общими для обоих магнитоанизотропных преобразователей.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что обмотки расположены дискретно на магнитопроводе, при этом провода одной из обмоток при переходе с одной пластины на другую проходят в одноименные отверстия, провода другой обмотки — в диагонально расположенные отверстия.

3. Датчик по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что обмотки выполнены многосекционными и расположены непрерывно по длине пластин магнитопровода, при этом провода одной из обмоток при переходе с одной пластины на другую проходят в одноименные отверстия, провода другой обмотки при числе преобразователей более двух на каждой пластине, начиная со второго преобразователя„ проходят в диагонально расположенные отверстия соседних преобразователей °

4. Датчик по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что угол между пластинами лежит в диапазоне 8 — 15 .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Приборостроение и. средства автоматики. Справочник, т. 2, кн.

"Машиностроение", 1964, с. 134.

2. Авторское свидетельство СССР

9 312205, кл. G 01 Р 15/08, 1970 (прототип).

866481

8)

Юие.5

Составитель H. Полунина

Редактор В. Еремеева Техред Т. Маточка Корректор В,Синицкая

Заказ 8067/67 тираж 910 Подписное

BHHHGH Государствеиного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4