Датчик ускорений

,.80101 Ш С 01 Р 15/08 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Бюл. 9 14 и П.А.Кра автомехани савинческий 167336950452,детельство СССРР 15/08, 1969 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ 1 ЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) ДАТЧИК УСКОРЕНИЙ, содержащий свободно подвешенный маятник,упруго связанный с ним дополнительный маятник и узел преобразовання;перемещений дополнительного маятника, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точностиизмерения ускорений, ось подвесадополнительного маятника расположена ниже оси подвеса основного маятника, а центры масс обоих маятников расположены между осями их подвесов.65 Изобретение относится к измерениям ускорений и может быть использовано при испытаниях транспортныхсредств. При испытаниях транспортных средств необходимо определятьгоризонтальные ускорения, действующие,на них, Например при испытанияхавтомобилей такие ускорения необходимо определять при тормозныхиспытаниях и прч определении управляемости, где горизонтальные ускорения являются основным параметром,Известен датчик горизонтальныхускорений, содержащий маятник, связанный с измерительной системой,При работемаятник отклоняется под 15действием горизонтального ускорения.При этом угол отклонения пропорционален величине ускорения и служитмерой ускорения 11,Однако, использование .таких датчиков при испытании транспортныхсредств, имеющих упругую подвескуне обеспечивает высокой точностиизмерений и требует усложнениякомплекса измерительной аппарату- . 75ры. Это происходит потому, что такие транспортные средства, например автомобили, при действии наних горизонтальных ускоренийнаклоняются и угол их наклона,30складываясь с углом наклона маятника по отношению к геодезическойвертикали, дает искаженное значениеизмеряемого. ускорения. При этом ошибка может достигать 12-15%. Для компенсации этой погрешности в комплекс измерительной аппаратурывключают гироскопический датчикнаклона и электрическую схему компенсации, либо прибегают .к ручному пересчету при обработке реэультатов. Эти мероприятия снижают точность измерений, усложняют и повышают его энергоемкостьИзвестен также датчик, содержащий маятниксвязанный с иэмери. тельным элементом, измеряющимсйлу, действующую вдоль маятника.Э а сила, являясь геометрическойсуммой силы тяготения маятникаи перпендикулярной ей силы инерции, 50от горизонтального ускорения,возникающей при действии горизонтального ускорения, отклоняющегомаятник,не зависит от наклона испытуемого транспортного средства 2), 55Однако, зависимость данной силыот измеряемого ускорения весьманелинейна. Например, при изменениибокового ускорения от 1,0 м/с до10 м/с, т.е, в 10 раз укаэанная сила изменяется в 82 раза, но в диапазоне 0 - 1,0 м/с всего лишь на0,012 от своего значения при боковом ускорении, равном 10 м/с ,С-,ель высокая нелинейность снижает точность измерений, так какс однойстороны, известные датчики сил необеспечивают высокой точности измерений в столь большом диапазоне изменения силы, ас другой стороны, необходимая для исправлениянелинейности система электронногопересчета (при приемлемой для данного случая ее сложности и стоимости)дополнительно примерно на 3 снижает точность измерения.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсядатчик ускорения, содержащий свободноподвешенный маятник, упруго связанный с ним дополнительный маят,ник и узел преобразования перемеще-.ний дополнительного маятника 3).Однако прототип также характеризуется недостаточной точностьюизмерения вследствие нелинейности.Целью изобретения является повышение,точностй измерения ускорений.Цель достигается тем, что вдатчике ускорений, содержащем свободно подвешенный маятник, упругосвязанный с ним дополнительныймаятник и узел преобразованияперемещений дополнительного маятника, ось подвеса дополнительногомаятника расположена ниже осицодвеса основного маятника, ацентры масс обоих маятников расположены между осями их подвесов,На фиг.1 изображен датчик, разрез А-А на фиг.2; на фиг.2 - разрезБ-Б на фиг.1 на фиг,3 - вид Г нафиг.2; на фиг.4 - разрез В-В нафиг.1; на фиг.5 - электрическая схема измерительной системЫ,Датчик состоит из корпуса 1, закрепленного на испытуемом транспортном средстве (не показано), В корпусе на кронштейне 2 и оси 3 подвешен основной маятник 4, несущийось 5,ее опору 6,экран 7, регулировочный винт 8 и упор 9. На оси 5 установлен дополнительный маятник 10,с прикрепленными к нему лампами 11и фотодиодами 12-14, входящими визмерительную систему./Ось 5 одним концом 15 неподвижно (например пайкой) соединена смаятником 10. Другой ее конец защемлен в опоре 6 при помощи пяты 16,винта 17, заворачиваемого в квадрат-ную гайку 18. Все остальные местаконтакта оси 5 с деталями устройства выполнены с зазором. Ось 5 изготовлена из упругого материала иработает как торсион. При отпущеном винте 17, он сам, пята 16 игайка 18 могут перемещаться вдольопоры 6, изменяя точку защемленияоси 5, т.е. ее длину, что влечетизменение ее угловой жесткости.Это делается при настройке прибора.Экран изготовлен из прозрачного материала и при качении вторичногомаятника 10 вокруг оси 5 в любом егоположении находится между лампами11 и фотодиодами 12-14. На экран .нанесена непрозрачная маска (на-,пример, краска не показана) с отверстиями, позволяющими освещатьфотодиоды в определенной комбинации.Регулировочный винт 8 служит длявыведения вторичного маятника 10 иэмертвой точки, если при отсутствиигоризонтального ускорения центр егомасс окажется на прямой соединяющей ось 3 с центром масс системы,состоящей иэ двух маятников 4 и 10.Упор 9 ограничивает максимальныйповорот маятника 10 относительномаятника 4. Электрическая схемасостоит из указанных ранее ламп 11,Фотодиодов 12-14 источника питания 19, регистрирующего прибора(например шлейфа осциллограФа) 20и резисторов 21-24.Предлагаемый датчик работаетследующим образом.При отсутствии горизонтальногоускорения маятниковая система, состоящая из маятников 4 и 10 виситвертикально. При этом вторичныймаятник 10 касается регулировочноговинта 8 и удерживается в этом положении упругостью оси 5,Под действием горизонтальногоускорения маятниковая система отклоняется от вертикали, а маятник10 поворачивается еще и относительно маятника 4, закручивая ось 5.При этом лампы 11 и Фотодиоды 12-14перемещаются относительйо экрана 7и отверстия в маске по системе,определяемой их расположением,освещают Фотодиоды, изменяя сопротивление электрической цепи иток, текущий через регистрирующийприбор 20. Угол поворота маятника 510 пропорционален величине горизонтального ускорения.На участке маски, соответствун- щем значению ускорения 0-0,2 м/с.отверстий нет, все фотодиоды закрыты и ток через регистрирующий прибор20 не течет. При величине ускорения0,2 м/с освещается диод 12 и на при.боре 20 появляется ток, определяемый суммой сопротивлений резисторов21,22 и 24. После достижения вели чины горизонтального ускорения0;4 м/с дополнительно освещаетсядиод 13, подключающий резистор 23параллельно резистору 22, из-зачего ток в цепи возрастает При 20 значении ускорения 0,б м/с диод13 закрывается, а диод 14 откры"вается и резистор 23 переключается на работу параллельно резистору24, в результате чего ток на при боре 20 возрастает еще более.И, наконец, при величине ускорения 0,8 м/с 1- вновь открываетсядиод 13 и ток достИгает максимума, определяемого сопротивлением З резистора 21, На участке маски,соответствующем значениям горизонтального ускорения 1,0-1,2 м/с отверстий нет и ток в цепи не течет,Использование предлагаемогодатчика ускорений позволяет повы,сить точность измерений, упроститькомплект измерительной аппаратурыэа счет исключения гироскопическОгодатчика, снизить его энергоемкость (в некоторых случаях это 40 очень важно) и ускорить обработкурезультатов.