Способ измерения линейных ускорений и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1)э 6 01 Р 15/09 НИ 30 РЕТЕНИ К ПАТЕНТУ ествления способа измерескорений содержит инерцив виде постоянного магнита, в вертикальной плоскости интовой пружине в осевом ительной катушки, подклюренцирующей цепи и через е устройство - к схеме обжащей нуль-орган, выход ючен к первому входу логи- а И и через триггер - к втогического элемата И, к которого подключен гене- импульсов, а выход логиче- И подключен через счетчик дика гору: 2 с и 1 з.п.ф-лы,юл. М 28 и поли ГРх и Ю.А.Ля й полител свидетель 01 Р 15/Пьезоре строение ническии инховнический инство СССР08, 1977.зонансные1989. ститу тут датчи ческого элемен рому входу ло третьему входу ратор тактовых ского элемента к цифровому ин 1 ил. ЙНЫХ Я ЕГО может 1 инейя: устна вершине коническои винтовои пружины 2, закрепленной основанием на корпусе 3. Инерционный элемент 1 установлен концентрично в осевом отверстии 4 измерительной катушки 5, подключенной к дифференцирующей цепи б и через выпрямительное устройство 7 к схел 1 е обработки выходного сигнала, состояГщей из нуль-органа 8, логического элемента И 9, счетчика 10, цифрового индикатора 11, генератора тактовых импульсов 12 и триггера 13. При этом выход нуль-органа 8 подключен к первому входу логического элемента И 9 и через триггер 13 ко второму входу логического элемента И 9, к третьему входу которого подключен генератор тактовых импульсов 12, а выход логического элемента И 9 подключен через счетчик 10 к цифровому индикатору 11. йных ус Устрой корений со ВЫПОЛНЕННтво для измере.ния л ержит инерционный й в виде постоянно ный в вертикальнои элемент 1, го магнита ПЛОСКОСТИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕ УСКОРЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: изобретение быть использовано для измерения ных ускорений, Сущность изобретен Изобретение Относится к приборостроению и может быть использовано для измерения линейных ускорений с получаемой информацией в виде частотного или временного сигнала.Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение диапазона измерения линейных ускорений, а также упрощение конструкции устройства для измерения.Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена электромеханическая схема устройства. для измерения линейных ускорений,ройство для осущ ния линейных у онный элемент установленного Нд КОНИЧЕСКой В отверстии измер ченной к диффе выпрямительно работки, содер которого подкл 831 б 85 АЗПредложенный способ измерения линейных ускорений реализуют на данном устройстве следующим образом.Прикладывают измеряемое линейное ускорение а, под действием сил инерцион ного поля инерционный элемент 1 занимает положение статического равновесия, деФормируя пружину 2. Замыканием ключа(нэ чертеже не показан) подают с дифференцирующей цепи 6 в измерительную катушку 5 10 электрический импульс типа короткий удар, возбуждая.тем самым свободные колебания инерционного элемента 1 на пружине 2 относительно положения статического равновесия, При этом амплитуду А наибольшего 15 отклонения колебательной системы инерционный элемент 1 - пружина 2 от положения статического равновесия при заданном импульсном воздействии выбирают возможно более малой по сравнению со стати ческой деформацией пружины 2 4. При свободных колебаниях постоянного магнита 1 в измерительной катушке 5 наводится ЭДС в виде затухающего электрического процесса свободных колебаний, причем, Первый выброс процесса будет в противофазе с возмущающим электрическим импульсом. Далее в схеме осуществляется процесс фиксации длительности г первого выброса процесса свободных колебаний. 30 Выпрямительное устройство 7 возмущающий импульс не пропускает, а у переходного процесса срезает верхнюю часть, имеющую одинаковую с импульсом полярность, Нуль-орган 8 преобразует первый 35 выброс переходного процесса в стандартный прямоуГольный импульс с периодом т. Передний фронт этого импульса перебрасывает триггер 13 в единичное состояние, при этом открывается второй вход логического 40 элемента И 9, через него за счетчик 1 О с генератора тактовых импульсов 12 поступает последовательность калиброванных импульсов с известным. периодом, подсчитываемых счетчиком 10, Последователь ность импульсов проходит до тех пор, пока прямоугольный импульс после нуль-органа 8 задним фронтом опять перебросит триггер 13.в нулевое состояние, логический элемент И 9 закрывается, и число зарегист рированных счетчиком 10 импульсов определит длительность т первого выброса. Далее, по значению этой длительности и по известным для данной колебательной сис- . темы значениям А, массы а инерционного 55 элемента 1 и коэффициента а нелинейной восстанавливающей силы, определяют мличину.а линейного ускорения. При квадратичной характеристике нелинейнойвосстанавливающей силы определяют линейное ускорение по формуле 2т х = пт(д+э)- а (4+ х)2,(2) где Г = а х - квадратичная восстанэвлива 2ющая сила конической пружины 2, Так как вположении равновесия е(д+а) = а 1 ст, то2 с = в (ца)/а(3). Преобразуем уравнение (2) к стандартномувиду х+ х+ - х =0 (4)2 О 4 т. П 2Я ЯС учетом сказанного выше для коротких йромежутков времени, соизмеримых с длительностью возмущающего импульса, и при малой интенсивности импульса решение нелинейного уравнения (4) можно описать гармонической функцией где д - ускорение свободного падения,В данном способе измерения реализуется зависимость динамических характеристик нелинейной колебательной механической системы от положения массы, и следовательно, от величины линейного ускорения. При импульсном воздействии типа короткий удар и малых амплитудах возмущения скоротечность импульсных процессов не позволяет развиваться нелинейным явлвнием и практически отсутствует различие в поведении нелинейной и соответствующей ей линейной колебательных систем. Поэтому при значениях времени, соизмеримых с длительностью импульсного воздействия, при малых по сравнению ао статическим отклонением амплитудах импульсных воздействий нелинейные колебания системы описываются гармонической функцией. В качестве фиксируемого характерного параметра процесса свободных колебаний использована длительность т первого выброса, соизмеримая по времени с длительностью возмущающего импульса, и характеризующая мгновенное значение частотной характеристики нелинейной системы, являющейся функцией измеряемых линей ных ускорений,Дифференциальное уравнение движения инерционного элемента 1 в случае квадратичной характеристики восстанавливающей силы имеет вид(5),х - Аэи( - +/3) Пользуясь наиболее распространенным при решении нелинейных задач теории 5 колебаний методом гармонического баланса находим коэффициенты линеаризации нелинейной характеристики, и с их помощью зависимость (л/т) от А в виде 10 15 20 л 2 аАст 0,85 А(6) 2- 0,85 - АП 3 П 14 а 25 где д - ускорение свободного падения.3. Устройство для измерения линейныхускорений по пп,1 и 2, содержащее инерционную массу. установленную в вертикальной плоскости на упругом подвесе, и схему 30 обработки выходного сигнала, о тл и чаю ще е с я тем, что, с целью повышения. чувствительности и упрощения конст 1рукции, в него введены измерительная катушка; дифференцирующая цепь и вы прямительное устройство, при этом инерционная масса выполнена в виде постоянного магнита, а упругий подвес - в виде конической винтовой пружины, причем инерционная масса установлена на конической 40 винтовой пружине в осевом отверстии измерительной катушки, подключенной к дифференцирующвй цепи и через выпрями- тельное устройство к схеме обработки, содержащей нудь-орган, выход которого 45 подключен к первому входу логического элемента И и через триггер к второму входу логического элемента И, к третьему входу которого подключен генератор тактовых импульсов, а выход логического элемента И 50 подключен через счетчик к цифровому индикатору,Подставив в (6) значение т иэ (3) и выражая ускорение а получаем вышеприведенную зависимость (1) для определения линейных ускорений.Точность предлагаемого устройства 0,05-0,1;ь, что примерно соизмеримо с точностью известных конструкций пьезорезонансных акселерометров. При массе инерционного элемента порядка 3 г крутизна характеристики составила (3-4) х х 10 Гцс /м, что в несколько раз выше максимальной крутизны характеристик пьезорезонансных акселерометров. Диапазон измерения ускорений достижим в пределах от.О до 300 м/с . что также превышает диапазон известных отечественных акселерометров. Конструкция механической части предлагаемого устройства для измерения линейных ускорений предельно проста и практически не критйчна к погрешностям изготовления, характеризуется значительной вибро- и ударопрочностью, Дешевизна и высокая технологичность конструкции наряду с высокими метрологическими и.эксплуатационными характеристиками позволит. выпускать ее серийно,Формула изобретения 1, Способ измерения линейных ускорений, включающий воздействие на колебательную систему сигналом, являющимся функцией измеряемых ускорений, возбуждение свободных колебаний системы и определение линейных ускорений по зафиксированному характерному параметру процесса, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения диапазона измерения, в качестве колебательной системы используют колебательную систему с нелинейной восстанавливающей силой, возбуждение свободных колебаний системы производят импульсным воздействием в виде короткого удара, а перед определением линейных ускорений определяют длительностью первого выброса в процессе свободных колебаний, и по значению этой длительности и по известным для данной колебательной системы значениям наибольшего отклонения А системы об положении статического равновесия при заданном импульсном воздействии, массы т и коэффициента анелинейной восстанавливаю.цей силы, определяют величину а линейного ускорения,2. Способ по п,1, от л и ч а ю щ и й с я тем, что при квадратичной характеристике нелинейной восстанавливающей силы определяют линейноеускорение по формуле1831685 рректор М. Тка Составителц Д. Белехред ММоргента еда ктбр НТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул на, 10 Заказ 2550 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета оо изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5