Двухкомпонентный датчик механических величин

ееаЕФлФЕни 1 етеифсфл т Ф Союз Сееетских Сюцкалыстнцаскнх Республико й ЕИЗОБРЕТЕН ИЯ пц 693293 К АВТОРСКОМУ СВИДИТВДЬСТВУ 1) Дополнительное к авт 2) Заявлено 22.12.75 121 присоединением заявки3) Приоритет -Опубликовано 25.10.79 Дата опубликования о свид-ву -2303506 18-2 51) М Кт 6 01 Ч 1/16 Гвсударстэеииаа кемите СССР па делам изобретаиий и открытий2) Автор изобретен ыстуцо сесоюзный научно-исследовательский ицсти геофизических методов раЗведки(71) Заявите 4) ДВУХКОМПОНЕНТНЫЛ ДАТЧИ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИНИзобретение относится к автоматике иизмерительной технике и может быть использовано в геофизической аппаратуре, в приборах космической и морской навигации и в стендовой технике.Известен датчик механических величинна основе высокодобротного пьезорезонатора (11. Конструктивно пьезорезонатор, используемый в датчике, выполнен в виде пластины или в виде двояковыпуклой линзы. Однако, пьезорезонатор в известном датчике оказывается механически непрочным и может быть применен лишь для измерения осевых нагрузок, имея низкую силовую чувствительность. Кроме того известный датчик не позволяет регистрировать более одной компоненты измеряемого механического воздействия.Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является двухкомпонентный датчик механических величин, содержащий упругий элемент в виде балки прямоугольного сечения (21. Этот датчик, обеспечивая регистрацию двух компонент механического воздействия, в силу жесткой конструкции балки упругого элемента обладает пониженной чувствительностью.Кроме того, поскольку в датчике применен тензорезисторцый преобразователь, оч не позволяет осуществлять прецизионные дистанционные измерения в комплексе с борто ными цифровыми вычислительными машицамцЦель изобретения - повышение чувствительности и расцгирецис функциональных возможностей датчика.оПоставленная цель достигается тем, чтов балке упругого элемента вдоль главной оси выполнена цилиндрическая полость. в стенке которой перпендикулярно граням балки выполнены две пары симметричных отверстий, в которых жестко закреплены цьезо резонаторы, причем их кристаллографические оси имеют одинаковое направление к главной оси балки,На фиг. 1 изображена конструкция двухкомпонентного датчика, на фиг. 2 - схематически показаны деформации балки с одной из пар пьезорезонаторов.Двухкомцоцентцый датчик (фиг.) состоит из упругого элемента 1 в виде балки квадратного сечения, выполненной моцо житно с жестким основанием 2. У основания 2 дат ика В теле балки 1 доль Главной оси выполнена цилиндрическая полость 3 и две пары симметрично расположенных ня Гранях Оалкц Отверстии с жестко зякрег- лешыми в цих пьезорезоцаторями 4, 5. При этом кристаллогряфические оси закреплен- ЦЫХ ПЬЕЗОРЕЗОНЯТОРОВ ИМЕК)Т ОДИНЯКОВОЕ Направление относительно главной оси балки 1. На противоположном основанию 2 конце балки 1 выполнен сферический одпятцик 6 для подачи измеряемого воздействия ) Рц в плоскости ХЪ, параллельной осцованию 2.Устройство работает следующим образом.В случае воздсйствия ца подпятник 6 вектора усилия Рз, параллельного плос 1 э кости основания 2, его можно разложить ца две ортогоцальные компоненты Р) и Ру, параллельные граням балки 1 датчика. Действие составляющей Рвызовет разные по знаку, но Одинаковые по величине деформа ции пары цьезорсзонаторов 4, располокенных в плоскостях, ортогональных оси Х. и одинаковые по величине и знаку деформации пары пьезорезонаторов 5, закрепленных на гранях балки, параллельных оси Х. Вследствие такого вида деформаций и одинаковой ориентации кристаллографических осей пьезорезоцаторов 4, 5 разность девиации резонансных частот пары пьезорезонатсров 4 будет и )опорционяльня усилию Р, а пары зо пьезорезо.яторов 5 равна нулю (фиг. 2).Результат действия компоненты РУ будет обратным и вызовет разные по знаку и одинаковые Го величине деформации пары пьезо-. резонаторн) 5 и одинаковые по величине и знаку цяры пьезорезоняторов 4. Вследствие этОГО разность девиации резонансных частот пары пьезорезонаторов 5 будет пропорциональна усилию Ру,а для гяры цьезорезонаторов 4 равна нулю.Таким образом, разность девиации резонансных частот пары пьезорезокаторов 4 соответствует величине компоненты Р, а зары пьезорезонаторов 5величине компоненты Р . Девиация резонансных частотУможет быть зарегистрирована включением пьезорезонаторов в любую из известных схем автогецераторов с последующим вычитанием частот их сигцалов раздельно для каждой нз пар пьезорезонаторов 4 и 5.чувствительность датчика может изменяться в широких пределах изменением длины балки 1 и толщины стенок полости 3.Датчик может быть использован для измерения векторных усилий, в качестве прецизионных весов, гравиметра или акселерометра, а также для измерения вектора скорости потока жидкости или газа. Пред- ложе:ный датчик дает возможность одновременного измерения двух компонент механического воздействия, а его чувствительность увеличена на один порядок по сравнению с известным из-за наличия полости в балке с отверстиями, а также за счет изменения длины балки. Расширение функциональных возможностей датчика обусловлено возможностью его применения в гравиметрии, сейсмометрии, в качестве акселерометра, датчика скорости потока жидкости или газа в комплексе с цифровыми регистраторами.Форлула изобретенияДвухкомпонецтный датчик механических величин, содержащий упругий элемент в виде балки прямоугольного сечения, отличаюЧийсн тем, что; с целью повышения чувствительности и расширения функциональных возможностей, в балке упругого элемента вдоль главной. оси вьцолнена цилиндрическая полость, в стенке которой перпендику- ЛЯРНО РЯНЯМ ОЯЛКИ ВзПОЛНЕНЫ ДВЕ ПЯРЫ симметричных отверстий, в которых жестко закреплены пьезорезонаторы, причем их кристаллорафические оси имеют одинаковое цаправлецис к глацнои оси балки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СШЛ3386292, кл. 7357,1968.2. Нуберт Г. П. Измерительные преобразователи неэлектрических величин, Л Энергия,970, с. 137, рис. 4 - 49,Ггц тот". ) .Редакто Заказ 6 11лна Составитель Л. Соло Техред О. Луговая Тираж 63 у ствеи ного комитета обретений и откры- 35, Раушская на г. ужгород, ул.Л. Алексеенко217ЦН И И П И Госудапо делам и3035, Москва, Жл ППП Патент лов Корректор М. Внг) Подписное СССР иид. 45 роектная