Устройство для измерения ускорения больших,гречинского и клочко

 

А. С. Больших, Д. А. Гречинский и В. А. Клочко

1 у

J

Научно-исследовательский институт интроскопи@ - "ф„

/ с (72) Авторы изобретения (71) Зйявитель

/ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕЦИЯ-,-:;.

БОЛЬШИХ, ГРЕЧИНОКОГО И КЛОЧКО

Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к пьезоэлектрическим акселеромерам.

Известные пьезоэлектрические акселерометры )1) и (2) имеют относительно низкую точность измерения при ограничен- 5 ной чувствительности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство, содержащее симметрично установленные по периметру между основанием и грузом пакеты пьезоэлементов (3 j .

Недостатком известного устройства является относительно низкая точность . измерения ускорений, обусловленная повышенным влиянием боковых ускорений.

Цель изобретения - повышение точности измерения ускорения.

Для достижения поставленной цели в устройство введены дифференциальные усилители и сумматор, вход которого соеди нен с выходами дифференциальных усилителей, в каждом пакете пьезоэлементы соединены параллельными парами, а входы каждого усилителя соединены со средними выводами пар пьезоэлементов с противоположной полярностью соседних пакетов пьезоэлементов.

На фиг. 1 — 3 представлена упрощенная конструктивная схема устройства.

Устройство (фиг. 1 и 2) содержит груз 1, установленный на пьезоэлементах 2, размещенных на основании 3. Пьезоэлементы объединены в три пакета 46 пьезоэлементов, расположенные на основании симметрично под углом 120

Груз и основание стянуты между собой упругой шпилькой 7 с дисковой пружиной

8 и гайкой 9. Таким образом, пьезоэлементы датчика предварительно нагружены усилием, пропорциональным упругой деформации шпильки и дисковой пружины.

В каждом из пакетов пьезоэлементов образованы пары 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15 параллельно соединенных пьеэоэлементов (фиг. 3), а средние выводы пар пьезоэлементов с противо олажной паля

3 96281 ризацией соседних пакетов пьезоэлементов присоединены к входам дифференциальных усилителей 16 - 18. Так, например, к входам дифференциального усилителя 16 присоединены средний вывод от пары 10, находящейся в пакете 4 пьезоэлементов, . и средний вывод от пары 13, находящейся в пакете 5 пьезоэлементов. Выходы дифференциальных усилителей 16 - 18 через резисторы 19 - 21 присоединены Е к неинвертируюшему входу усилителя 22, на инвертирующий вход которого с его выхода подается напряжение отрицательной обратной связи через цепь из реэистров 23 и 24 и конденсатора 25. Резисторы 19 - 21 и усилитель 22 образуют сумматор выходных сигналов дифференциальных усилителей, а те же резисторы

19- 21 и конденсатор 26 на входе усилителя 22 в сочетании с упомянутой частотноэависимой цепью обратной связи (23 - 25) образуют активный фильтр нижних частот.

Устройство работает следующим образом.

$$

При сообщении ускорения основанию3 в направлении оси j(;-Õ груз 1 воздействует На пьезоэлементы с силой, пропорциональной ускорению. Эта сила разлагается на три составляющие, действующие

Э9 в одном направлении вдоль осей, проходящих через центры пакетов 4- 6 пьезоэлементов. Поскольку к инвертируюшим и неинвертирующим входам дифференциаль ных усилителей 16 — 18 подключены противоположно поляризованные пьезоэлемен- ты соответстввуюших пар, происходит суммирование сигналов и сигнал ча выходе каждого иэ упомянутых дифференциальных усилителей в этом случае равен сумме сигналов от подключенных к нему пар пьезоэлементов.

В этом случае, если датчику будут сообщены ускорения, которые вызовут поворот груза 1 вокруг какой либо из осей, лежащих в плоскости пьезоэлементов, то составляющие инерционной силы, действующие вдоль осей; проходящих через центры

5 4 пакетов 4 — 6 пьезоэлементов, будут направлены в разные стороны и сигналы, пропорциональные моментам, возникающим от поворота груза, скомпенсируются и 6удут отсутствовать на выходах дифференциальных усилителей.

Таким образом, сигнал на выходе усилителя 22 представляет собой сумму сигналов всех пар пьезоэлементов, пропорциональную ускорению, действующему вдоль главной оси, Предлагаемое конструктивное исполнение устройства для измерения ускорения благодаря компенсации сигналов пьезоэлементов от крутильных колебаний вокруг осей, ортогональных главной.оси 7 - М позволяет повысить точность измерения ускорений.

Формула изобретения

Устройство для измерения ускорения, . содержащее симметрично установленные по периметру между основанием и грузом пакеты пьезоэлементов, о т л и ч а ю— ш е .е с я тем, .что, с целью повышения точности измерения ускорения, в него введены дифференциальные усилители и сумматор, вход которого соединен с выходами дифференциальных усилителей, в каждом пакете пьезоэлементов пьезоэлементы соединены параллельными парами, а входы каждого усилителя соединены со средними выводами пар пьезоэлементов с противоположной полярностью соседних пакетов пьезоэлементов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 324581, кл. 6 01 P 15/08, 10. 12.69.

2. Патент США № 3304787, кл. 73-517, 21.02.67.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 446778, кл. 5014 1/16, 14.06.71 (прототип) .