Способ измерения ускорения и пьезоэлектрический акселерометр для его осуществления

(21) 4627556/ (22) 29,12.88 (46) 15,06,92. (71) Научно- специального Н.Э. Баумана ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ л;%22следовательский институтмашиностроения МГТУ им.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ ИПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2(57) Использование: измерительная техника, преимущественно для измерения ускорений. Сущность изобретения: внутри предохранительного съемного корпуса 2 на основании 1 закреплены инерционная масса 4 и пьезоэлемент 3 с вертикально расположенными проводами 5, 6 линии связи, Корпус 2 выполнен в виде сдвижного пенала. Через отверстие в верхней части корпуса 2 проложены провода 5 и 6 линии связи, Предохранительный корпус 2 выполнен подъемным из упругопластическидеформируемого материала, Выступ 8 основания 1 имеет осесимметричную криволинейную поверхность с экстремумом в средней части. Перед измерением корпус 2 разъединяют от основания 1 и снимают его путем перемещения вдоль проводов 5, 6 линии связи, 2 с. и 2 з,п, ф-лы,3 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения максимальных граничных значений амплитудного и частотного диапазонов измерений ударных ускорений обьектов.Известен способ измерения ускорений путем регистрации передаваемого по проводам связи электрического сигнала, генерируемого закрепленным на обьекте акселерометром, снабженным предохранительным корпусом,Недостатком известного способа является сравнительно низкий диапазон измерений при испытаниях объектов. Обусловлено это тем, что резонансные частоты акселерометра снижены многоэлементностью его конструкции, включающей пружину поджатия с крепежными деталями, значительными размерами и массой этих элементов конструкции, минимальная величина которых ограничена условиями сохранения прочности элементов при сборке акселерометра и при измерении ускорений, Выполнение проводов связи расположенными в направлении, перпендикулярном направлению действия ускорения, снижает также и амплитудный диапазон измерений, так как прочность узла соединения проводов с корпусом ограничена усилиями среза проводов, возникающими при ударном нагружении объекта и акселерометра.Известен также пьезоэлектрический ак. селерометр, в котором инерционный элемент упруго закреплен между. основанием и удлиненным корпусом, выполненным с центральным отверстием для вывода проводов связи в верхней, противоположной основанию части корпуса.Недостатками этого акселерометра также являются ограниченный диапазон измерений из-за многоэлементности, малой ударной стойкости, Схема проведения проводов от пьезоэлемента через прорези в инерционном элементе к отверстию в корпусе не обеспечивает надежность измере-. ний при повышении амплитуд ускорений объекта в исследуемом процессе. Наиболее близким к предлагаемому является способ измерений, в котором пьезоакселерометр, закрепленный на обьекте. содержит упруго закрепленный между основанием и корпусом инерционный элемент сосевым отверстием. Внутри отверстия проведен провод связи от пьезоэлемента для закрепления в электрическом выводе, размещенном в отверстии, выполненном в противоположной основанию чаС- ти корпуса, 40 продольный разрез; на фиг,2 - акселеро 45 50 5 10 15 20 25 30 35 Известный способ и акселерометр позволяют проводить измерения с малой погрешностью, однако амплитудный И частотный диапазоны недостаточны для измерений ускорений объектов в процессах соударения их с прочными объектами при скоростях соударений, превышающих десятки и сотни метров в секунду. Конструктивные особенности закрепления инерционного элемента и провода связи в акселерометре предопределяют обязательное влияние корпуса на точность воспроизведения измеряемого процесса и уменьшение надежности измерений при высоких скоростях соударения,Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых ускорений.Согласно предлагаемому способу после закрепления на обьекте акселерометра с основанием, разъемным предохранительным корпусом и расположенными вдоль оси акселерометра проводами линии связи, перед измерением разъединяют корпус от основания и снимают его путем перемещения вдоль проводов линии связи,Для реализации способа корпус в акселерометре выполнен в виде удлиненного сдвижного пенала, в противоположной основанию части которого закреплены провода линии связи с возможностью разъединения с ним,Повышение эффективности подготовки и проведения измерений достигается также при выполнении корпуса разъемным в плоскости, параллельной его оси, и при установке корпуса, выполненного из деформируемого материала, с зазором относительно основания перед измерением.На фиг,1 показан пьезоакселерометр,метр с корпусом из деформируемого материала, разрез; на фиг.3 - осцилограмма изменения ускорения объекта во времени процесса,Пьезоэлектрический акселерометр содержит металлическое основание 1 с узлом крепления к объекту, установленный на нем корпус 2 и закрепленный на основании пьезоэлемент 3, К пьезоэлементу прикреплена инерционная масса 4 и один из проводов 5 линии связи с регистрирующей аппаратурой, Второй провод 6 соединен электрически и механически с основанием 1, Провода внутри корпуса установлены вдоль оси акселерометра, проведены в отверстие, выполненное в противоположной основанию части корпуса, и закреплены в этом отверстии элементом 7, Основание 1, удлиненный в осевом направлении предохранительный корпус 2 и элемент корпуса 7 представляютэлемент 7 относительно. корпуса 2, раскреп-.ляя тем самым провода 5 и б и корпус аксе 55 собой сдвижной пенал для размещения предохраняемого участка проводов 5 и б, в котором корпус 2 выполнен с возможностью сдвига с основания 1 при перемещении корпуса вдоль проводов 5 и б линии связи. Корпус 2 соединен с основанием 1 механически по боковой поверхности.осесимметричного цилиндрического выступа 8 на основании, Боковая поверхность 9 основания в реализованных конструкциях акселерометров снабжена шлицами под инструмент, используемый при закреплении акселерометра на объекте.Корпус 2 может быть выполнен разъемным в полости, параллельной его оси, состоящим не менее, чем из двух, скрепленных между собой частей.Корпус 2 может быть также выполнен из материала, например полиэтилена (фиг.2) и с такими размерами, которые обеспечат его упругое или,пластическое деформирование беэ разрушения в радиальном направлении под действием осевых нагрузок на корпус, возникающих во время испытания объекта. При этом наружная боковая поверхность 10 выступа 8 основания выполняется в виде осесимметричной кричолинейной поверхности, причем площадь поперечного сечения выступа имеет экстремум в средней части по высоте выступа, а внутренняя поверхность корпуса, примыкающая к выступу 8, выполнена ответной боковой поверхно- сти 10. Нижняя торцовая поверхность корпуса 2 установлена с зазором относительно нижней поверхности основания 1 в направлении оси акселерометра сдвигом на величину Н,Способ измерения ускорения при использовании акселерометра осуществляют следующим образом.Акселерометр крепят на объекте, провода линии связи подключают. например. через разъем к соединительному кабелю линии связи с регистрирующей аппаратурой. Участок провода связи. находящийся вне корпуса акселерометра, выравнивают и располагают в направлении действия измеряемого ускорения. После этого сдвигают лерометра, затем корпус 2 сдвигают в направлении оси акселерометра с основания 1 и перемещают вдоль установленных в пространстве проводов линии. связи до полного разъединения с основанием, проводами связи или до разъема.Корпус, выполненный разьемным. может быть на этом этапе полностью отсоединен от проводов при любом разъеме,примененном в соединительном кабеле, что 15 20 25 30 35 40 45 расширяет методические возможности проведения измерений,Корпус, выполненный из легкодеформируемого материала, закрепляют с зазором Н(фиг.2) на выступе 8 основания.В процессе нагружения объекта акселерометр генерирует электрический сигнал,пропорциональный действующему на обьект ускорению, Исключение воздействиякорпуса 2 на провода 5, 6 и его механического волнового воздействия на основание вовремя измерений обеспечивает повышениерезонансных частот акселерометра и амплитуд регистрируемых ускОрений.При перемещении под действием ускорения основания корпуса акселерометра(фиг.2) его деформируемый корпус в силуинерционности сопротивляется перемещению в продольном направлении. Это приводит к его деформации в.радиальномнаправлении, смещению корпуса 2 относительно основания.1 с контактом по его поверхности 10 на величину Н с изменениемформы, как это показано пунктиром нафиг.2.Характерный результат измерений показан на фиг.3 и представляет собой репродукцию осциллограммы. Осциллограммаотображает изменение ускорений стального заостренного стержня длиной 30 мм впроцессе его проникания с начальной скоростью 273 м/с в бетон до полной остановки.В реализованных конструкциях акселерометров использован пьезоэлемент изпьезокерамики ЦТС, закрепляемый наосновании через слой припоя, и инерционная масса из материала припоя. Проводалинии связи выполнены из провода с изоляционным покрытием, например марки ПЭВ 2, диаметром 0,11 мм на участке до разъема,например, СР. Корпус изготавливался изфторопласта и полиэтилена, Деформируемай корпус выполнялся с толщиной стенки,составляющей 0,15 - 0,2 его диаметра, зазорустанавливался величиной 0,4-0,5 от высоты основания, Регистрируемая резонанснаячастота таких акселерометров превышает 1МГц в закрепленном на объекте состоянии,а регистрируемые амплитуды ускоренийпревышают. значения 10 м/с . Эти значения превышают. известные для применяемых на практике акселерометров, в томчисле и для прототипа.Формула изобретения1, Способ измерения ускорения, включающий закрепление на объекте измеренияпьезоэлектрического акселерометра с разъемным предохранительным корпусом, основанием и расположенными вдоль оси