Акселерометр

(19) (11) 1511 а 01 Г 15/О Й И ОТНРЫТЮЕ ИЗОБР О ДЕЛЮН ИЗОЬРЕТЕ ИС ЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСК го научнотно-конструк- ого институельств Р 15/О ство ССС8, 1974 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР(71) Отделение Всесоюзноисследовательского проекторского и технологическта Источников тока(54)(57) АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащийгерметичный корпус, заполненныйрабочей жидкостью, плунжер, установленный с капиллярным зазоромотносительно стенки корпуса, электроды, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения его функциональных воэможностей, в стенку корпуса, образующую с плунжером капиллярный зазор, установлены дополнительные электроды заподлицо илизаглубленно с внутренней поверхностью корпуса симметрично относительно его торцов, связанные с плунжером упругими элементамиИзобретение относится к измерительной технике, а именно к электрокинетическим преобразователям информации,Известны акселерометры линейныхускорений, основанные на электрокинетическом преобразовании, содержащие корпус, заполненный рабочейжидкостью, плунжерную пару и электро ИНаиболее близким к предлагаемому 10являетсяэлектрокинетический акселерометр, содержащий герметичныйкорпус,заполненный рабочей жидкостью, плунжер, установленный скапиллярным зазором относительно15стенки корпуса, электроды 2 .Недостатки известных акселерометров - ограниченное время работоспособности при действии низкочастотных ускорений, вследствиеостановки плунжера в торцах корпуса, 20ограниченный снизу диапазон частот,а также отсутствие сигнала, инфдрмирующего о положении плунжерав акселерометре, что ограничиваетфункциональные возможности.Цель изобретения - расширениеего функциональных возможностей.Указанная цель достигаетсятем что в акселерометре, содержаФщем герметичный корпус, заполненный З 0рабочей жидкостью, плунжер,установленный с капиллярным зазором относительно стенки корпуса, электроды,в стенКУ корпуса, образующую с плунжером капиллярный зазор, установлены дополнительные электроды заподлицо или заглублено с внутреннейповерхностью корпуса симметричноотносительно его торцов, связанныес плунжером упругими элементами, 40Введение дополнительных электродов позволяет увеличить число выходных или входных) электрическихсигналов.При положении электрода в капиллярном зазоре между плунжером и45стенкой электрические сигналы зависят от положения плунжера по осиотносительно электрода, т.е. электрический сигнал с электрода несетинформацию,о положении плунжера. 50Знание информации о положении плунжера расширяет функциональные возможности акселерометра. На чертеже изображен схематично акселерометр линейных ускорений.Лкселерометр содержит корпус 1, плунжер 2, установленный с капиллярным зазором относительно внутреннеф поверхности стенки корпуса. В торцы корпуса встроены основные электро ды 3, а.в стенку корпуса, образующую с плунжером капиллнрный зазор, встроен дополнительный электрод 4.Плунжер связан с торцами корпуса упругими элементами 5 (пружинами). 65 Корпус заполнен рабочей жидкостью.Для устранения возможного шумовоговлияния ориентации плунжера в корпусе на выходной сигнал поверхности контакта дополнительного электрода с рабочей жидкостью расположены симметрично относительно осикорпуса в плоскости перпендикулярного сечения.Акселерометр работает следующимобразом.При ускорении акселерометравдоль измерительной оси - оси корпуса 1, плунжер 2 создает перепаддавления, вызывающий течение рабочей жидкости в капиллярном зазоре,вследствие чего возникает электрокинетическая разность потенциаловна торцах плунжера. Распределениепотенциала вдоль оси в зазоре -линейное и величина потенциала надополнительном электроде 4 в зазорелинейно зависит от положения плунжера относительно электрода,Таким образом, на основныхэлектродах в торцах корпуса разностьпотенциалов не зависит от положения плунжера, а для дополнительного электрода относительно основного .3 - зависит,Укаэанная зависимость потенциала дополнительного электрода отположения плунжера является источником дополнительной метрологической информации, что позволяетрасширить функциональные возможности акселерометра.Упругие элементы 5 предохраняютплунжер от остановки в торцах корпуса, возвращая его в положениеравновесия, обеспечивая постоянную способность устройства воспринимать внешние ускорения, т.е. ра.ботоспособность.Работа предлагаемого устройствас одним дополнительным электродомне отличается принципиально от работы устройства с несколькими дополнительными электродаьи.При ускорении акселерометрауравнецае движения плунжера имеетвид координата центра плунжерапо оси начала, координат, для удобства - положениеравновесия плунжера, котс- рое совпадает с положениемэлектрода;- время;плотность рабочей жидкостии материала плунжера соответственно;высота плунжера;ускорение;для нижних ча БВ ( 1 яды ин- полуости 35,. вые электр оковой - 3 йной завис в зазоре Обозн дексами чаем сог по оси п2 Пэлектрофициентзаеораьку в эстота,инетический о преобразова ия о .давлению. и выражения не о для любой ча о . 45 ко чг В - гидросопротивление капилляр"ного зазора по оси;Б - площадь сечения корпуса;отношение жесткости упругихэлементов к площади сечениякорпуса.Для гармонической составляющейфт.еб. = А Р , где А - амплитудаускорения; Ы - частота,. комплекснаяамплитуда координаты Н выражается10 Для нижних частот /БВ И, Н(в (Э 0 ) 6 А/я, т,е, коордийата отслеживает ускорение, Для верхних .частот Ы )/ВБ, Н =( р - Р ) 1 Асд.Б Вт,е. производная 6 Ь/а отслеживает ускорение. Поскольку р = БВай/йс, , 20 то давление также отслеживает ускорение (т.е. пропорционально ему) .В свою очередь Ь л ай 1. Общее выражение для перепада давления при гармоническом ускорении 25 При обработке выходных сигналов , 50по вышеприведенной зависимостиполучают сигнал, пропорциональныйкоординате плунжера. Известныэлектронные устройства, производящие обработку электрических сигналов в аналоговой форме, что позволяет произвести обработку выход-,ных сигналов по указываемым зави-/симостям, возможно также применениемикропроцессоров.Поскольку Ь для верхних частот40пропорционально скорости акселерометра интегралу от ускорения),предлагаемый акселерометр можно использовать, как велосиметр, Причемдля аО (отсутствие упругих эле ментов) значение Ь сохраняется долго где знак Ь - означает приращениеза интервал времениЮ .Таким образом, акселерометр вы-полняет функции велосиметра Поскольку выражение в скобках не зависйт,от частоты,.оно может измеряться втой частотной области, где минимальна погрешность их измерения. Обеспечена коррекция спада сигнала на основных электродах с понижением частоты, согласно выражению, т,е, фактически амплитудно- частотная характеристика становится плоскойОг-О 0 -О)(О-П,)(,0-0.)е 1"Ч ц 0,-о,)Кроме того, нижняя граничная частота снижена до нулевого значения и время работоспособности увеличено, что позволяет использовать акселерометр как наклономер в поле сил тяготения.В предлагаемом акселерометре коэффициент преобразования К элементов может быть. прокалиброван по ускорению с неизвестной амплитудой. Для гармонического ускоре- ния 1 2 (и, О)Сд ВБ". У - У + Ц -,ц т.е. К выражается лишь через напряжение и частоту (В, Б, 0 - сопзС). Величина жесткости, согласно выраже-. нию (1),может являться фактически одним параметром, который необходимо калибровать, поскольку величина ускорения в нем не зависит от коэффициента преобразования.Таким образом, возможно измерение ускорения при неизвестном К, Калибровку величины ц легко произвести по ускорению свободного паде- . ния (У = 0), и измерению отношения напряжения при МО, Исключая А, можно связать Ч и Е и измеряемые напряженияДанное расширение функциональных возможностей (самокалибровка), т,е, наличие в выходных сигналах информации, достаточной1040422 Составитель Н,МараховскаяРедактор Н, Ковалева Техред А.Бабинец. Корректор А, Повх Заказ 6922/49 Тираж 873 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 для контроля параметров ч изначения которых могут изменятьсясо временем очень существенно дляприменения акселерометра в автономных системах с длительным срокомслужбы, поскольку повышена надежности работы и стабильность метрологических параметров. Таким образом, введение в акселерометр дополнительных электродов, установленных эаподлицо или эаглубленно с внутренней поверхностью корпуса симметрично относительно его торцов, связанных с плунжером упругими элементами, расширяет его функциональные воэможности.