Двухкомпонентный резонансный акселерометр

п 11 679882 Сова Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву- (22) ЗаявлемЬ 140377 (21) 2462209/18-10 с присоединением заявки Нов(23) ПриоритетОпубликоваио 150579 Ьоллетень Йо 30 Дата опубликования описания 2008.79(51)М. Кл.2 С 01 Р 15/08 Государственны Я комитет СССР по делам изобретеииЯ и открытиЯ1Изобретение 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 ного элемента имеет высокую пороговую чувствительнос,"гь и большой коэффициент преобразования. Недостатком его является ограниченный диапазон измерений, т.е. этот прибор не мо 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.30 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 токо- подводящих колец б, 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. Электро- щетки 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 вращения679882 3цилиндра 4, Свободный конец пружины является одновременно роторомфотоэлектрического датчика угла,состоящего иэ двух фотодиодов 14,включенных по дифференциальной схеме, двух источников света 15, закрепленных во вращающемся корпусе 16. 5В средней части вращающегося цилиндра размещено арретирующее устройство 17, 18, 19, разрез по А-Акоторого показан отдельно на фиг. 2,Это устройство при достижении опре Оделенной скорости вращения позволяет автоматически консольно закрепитьпружину в новом месте, тем саьымувеличить 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 пазовкрепятся крышки 20, предохраняющиеплунжеры от выпадания. Между плунжерами и крышками установлены пружины21, жесткость которых подобрана та 25ким образом, чтобы при переходе отодной постоянной угловой скоростивращения О, к другой сю пружиныпод действием центробежных сил плунжеров сжимались, а захваты между30собой зажимали пластинчатую пружину.В рабочем режиме, когда подвижная часть акселерометра вместе спластинчатой пружиной приводится 35во вращение со скоростью ю, приналичии измеряемого ускорения свободный конец пластинчатой пружиныбудет под действием инерционных силсовершать периодические колебания 40с той же частотой кругового вращения.Поскольку частота собственныхколебаний пружины подобрана равной частоте вынужденного вращения двигателя,то возникает явление резонанса, при 45этом незначительные инерционные силы вызывают большую амплитуду колебаний пластиныф3А да СОВЫ 1,50 где- измеряемое ускорение;- относительный коэффициентзатуханиямиф- круговая частота резонансных колебаний, 55Для 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 часгота вынужденного вращения изменяется изменением числа пар полюсов, которое определяется выражениемьо 1о где Г - частота питающего напряжениягистереэисного двигателяи - число оборотов в минуту.Пусть 2=50 Гц, Р=8, тогдаи= 375 об/мин; если Р 4, топ=750 об/мин и т.д.Иэ формулы (1). вытекает, что если увеличить измеряемое ускорениеи соответственно се, то величина амплитуды колебаний не выйдет эа пределыдиапазона измерений датчика угла. Длярезонансной настройки пружины в эаар-ретированном .положении имеется вовращающемся цилиндре окно, позволяющее перемещать арретир вдоль оси вращения с целью изменения частоты собственных колебаний пластинчатой пружины. В зависимости от назначенияв акселерометре может быть установлено несколько арретиров. Центробежная сила плунжеров, которая сжимаетпружину арретирующего устройства,при уменьшении числа пар полюсоввдвое увеличивается в 4 раза,т.е.йвгщ-мт щ,где Ш= 2(в- круговая частота вращения после уменьшениячисла пар полюсов вдвое;г " радиус центра масс плунжераую - масса плунжера.Такое скачкообразное изменение центробежной силн в четыре, в шест" надцать и т.д. раз придает устойчивость в работе арретирующего устройства.Переключение акселерометра с одного диапазона измерявввх ускорений иа другой может быть автоматизированным, нри этом сигналом на переключение может служить предельное значение амплитуды резонансных колебаний,форьрла изобретенияДвухкомпонентный резонансный акселерометр, содержащий корпус, инерционную массу, закрепленную на свободном конце консольНой пружины, и привод, о т л и ч а,ю щ и й с я тем, что, с целью расширения пределов измеряемых ускорений, в нем установлено с воэможностью перемещения вдоль пружины арретирувщее устройство, выпояивнное в виде кольца, в пазах которого размещены два подпружиненных плунжера с захватами Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Агейкии Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования, М., 1965. 2. Авторское свидетельство СССР 9 502335, кл. С 01 Р 15/08, 1974.679882 фог. Составитель Л. МараховскаяРедактор Л. Бибер Техред ИЛсталош Корректор Е,Лук иал ППП фПатент, г. ужгород, ул. Проектная,Тираж 1090 Поарственного комитетиэобретений и открыт4-35, Раушская наб аказ 4781/39 ЦНИИПИ Госу по делам 113035, Москваписное СССР ий д. 4