Датчик ускорения

Союз Советских Социалистических Ресиублик(51)М. Кл. 6 01 Р 15/11 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий71) Заявитель 4 ) ДАТЧИК УСКОРЕНИЯ л измерит к устро ия при аэроди нного д й корения или акугого элемента ий элемент име Опо обе сторо- нзорезисторные собственных ускорения,ал и дела очк асс не ов уско езистор ельност ственно ий элемент его стким, что сигпорядка всегоПрименение полуезисторов могло мую чувствительбольшие темпера- а ограниченные ЗО бы Изобретение относится кной технике, и в частностиствам для измерения ускоренведении весовых измерений вмических трубах кратковремествия.Известны датчики усселерометры в виде упрс массой, причем упругет вид плоской балочкины которой наклеены тепреобразователи 1 1.Для достижения высокихчастот колебаний датчиковт.е, быстродействия, их бют достаточно жесткими, а мбольшими,Недост ат ком т аких датчикрения с проволочными тензорми является низкая чувствиттак как для обеспечения собчастоты датчиков ускорения1000 Гц и выше упругвыполняется таким жекалы имеют величинудесятков микровольт.проводниковых тензорбы обеспечить требуеность, но они имеюттурные погрешности,габариты балочки не позволяют осуществить эффективную термокомненсацию.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является датчик ускорения, содержащий инерционную массу и дифФеренциальные магнитоанизотропные преобразователи с взаимоперекрещивающимися обмотками на общем магнитопроводе в виде пластин, жестко связанных одним концом с основанием 121.Вследствие того, что магнитоанизотропные преобразователи по чувствительности превосходят проволочные тензорезисторы, то такие датчики ускорения обладают весьма высокими уровнями выходных сигналов. Однако из-за больших габаритов они имеют относительно невысокие собственные частоты и не могут быть размещены внутри тонкой полой державки аэродинамических весов для труб кратковременного действия, которые они также не удовлетворяют по быстродействиюЦель изобретения - увеличениестродействия и чувствительности датчика при уменьшении его габаритов.Указанная цель достигается тем, что в известном датчике ускорения, содержащем инерционную массу и дифференциальные магнитоанизотропные преобразователи с вэаимоперекрещивающимися обмотками на общем магнитопроводе в виде пластин, жестко связан 1 ных одним концом с основанием, пластины расположены под углом друг к другу и выполнены за одно целое с инерционной массой, при этом центр тяжести инерционной массы лежит на середине линии пересечения пластин, а обмотки выполнены общими для обоих магнитоанизотропных преобразователей. При дискретном расположении обмоток на магнитопроводе провода одной из обмоток при переходе с одной пластины на другую проходят в одноименные отверстия, провода другой обмотки в диагонально расположенные отверстия, При выполнении обмоток многосекцион О ными и расположении их непрерывно по длине пластин магнитопровода провода одной из обмоток при переходе с одной пластины на другую проходят в одноименные отверстия, провода 25 другой обмотки при числе преобраэ ователей более двух на каждой пластине, начиная со второго преобразователя, проходят. в диагонально расположенные отверстия соседних преобразователей. Угол между пластинами лежит в диапазоне 8-15оНа фиг. 1 изображен датчик ускорения с дискретным расположением обмоток на магнитопроводе; на фиг. 2 то же, с непрерывным расположением", на фиг. 3 - участок одной пластины датчика ускорения с магнитоанизотропными преобразователями, размещенными в симметричных отверстиях; на фиг.4- тс,же, второй пластины. 10Датчик ускорения содержит две упругие пластины 1 и 2, выполненные как одно целое с инерционной массой 3. Пластины 1 и 2 образуют между собой острый угол, причем центр тяжести инерционной массы лежит на середине линии пересечения пластин.Пластины имеют отверстия, в которых размещены обмотки 4 и 4и 5 и 5 при дискретном расположении, или 4 и 5 при их непрерывном расположении вдоль длины пластин.Свободные концы пластины жестко связаны с общим основанием 6, с помощью которого датчик. крепится внутри весов.ИВеличина острого угла 8 - 15На фиг. 1 и 2 показаны для упрощения пластины с четырьмя парами отверстий под обмотки.При дискретном расположении об- Я моток (фиг. 1) провода обмоток 5 и 5(порядок их следования указан стрелками) проходят в отверстие Б-а на пластине 1 и далее в одноименное отверстие Б -а на пластине 2. Затем они следуют по внешней стороне пластины 2 в отверстие А - б , оттуда -в отверстие А-б на пластине 1, а иэ него - снова в Б-а и т.д, столько раз, сколько требуется иметь витков. Такая же обмотка аналогичным образом размещена на пластинах в соседних отверстиях, но расположенных на некотором расстоянии от первыха путь следования ее проводов следующий: Б-в В -в Б -г -А-гБ-в и т.д.Б случае непрерывного расположения преобразователей (фиг. 2) провода такой же катушки 5 (ее можно условносчитать первичной) размещены аналогичным образом, но с той лишь разницей, что во всех отверстиях, сквозь которые она проходит на обеих пластинах, кроме двух крайних на каждой из них, т.е. кроме Б-а, Б -а и А-г, А -г одновременно в одинаковых направлениях проходят провода соседних, непрерывно расположенных преобразователей. В конкретном примере путь следования следующий: Б-аБ -а Б -б А-бБ-вФ Б -вА -г А-гБ-вБ -в .А -б А-б Б-а и т.д.При дискретном расположении обмотка 4, начиная с отверстия А-а, проходит в диагональное отверстие, т.е.ф рв Б -б, симметричного преобразователя на пластине 2. Далее ее провод идет по внешней поверхности пластины 2 в А -а, оттуда переходит снова в диагональное отверстие Б-б на пластине 1 и замыкается снова в А-а.Аналогичным образом размещена вторая такая же обмотка 4 , общая для двух других преобразователей на пластинах 1 и 2, Путь ее следования следующий:у /А-вБ -г А -в Б-Г-А-в и т.д. Путь следования обмотки 4 при непрерывном расположении преобразователей, если их число не превышает двух, такой же, как и при дискретном. Для 3-х непрерывно расположенных преобразователей размещение проводов катушки показано на фиг. 2. Путь ее следования следующий: А-аБ -в А -а Б/ бА-в-Б -г А-в -Б-гА-вБ -б, Начиная со второго преобразователя, провод проходит в диагонально расположенное отверстие соседнего преобразователя. Иэ отверстия А-в второгопреобразователя на пластине 1 проводсначала проходит в отверстие Б -г,которое принадлежит 3-му преобразователю на пластине 2,Под действием ускорения инерционная сила деформирует упругие пластины 1 и 2 таким образом, что одна иэ них растягивается, а другая сжимается. Благодаря тому, что центр тяжести массы 3 совпадает с центром линии пересечения пластин, на них действует только линейное ускорение, а действие углового ускорения отсутствует.50 Допустим для определенности, чтообмотки 5 и 5 (фиг. 1) и 5 (фиг.2)являются первичными, т.е. к ним подведено переменное напряжение. Онизанимают отверстия Б-аА-б на пластине 1 и отверстия Б -аА -б напластине 2. При их согласном соеди 5нении(Оно обеспечивается при указанном на фиг. 1 и 2 порядке следования проводов этой обмотки) силовыелинии будут направлены так, как этоуказано на Фиг. 3 и 4. Соответственно, в исходном положении при отсутствии ускооения вектор магнитнойиндикации Й поля, индуцируемого током, протекающим по первичной обмотке, совпадает с плоскостью рамки 15вторичной обмотки (эта рамка образована сторонами обмотки, лежащими вотверстиях Б-вА-б на пластине 1 и( ( Ю (Б -а .А -б ьа пластине 2, и внешними поверхностями пластин). 20Допустим, что под действием ускорения и возникающей инерционнойсилы пластина 1 подвергается растяжению, а пластина 2 - сжатию, Тогдасиловые линии деформируются такимобразом, что результирующий векториндукции занимает положение В( асигналы на вторичных обмотках,поскольку на пластинах 1 и 2 векторыиндукции В отклоняются в разные стороны, будут противоположны по Фазе,Следовательно, эти обмотки необходимо соединить встречно, что и обеспечивается чередованием проводов 4 и4 (Фиг. 1 и 2).Если на пластине 1 участок провода вторичной обмотки 4 идет через, Б-а и А-а, то на пластине 2 - от( ( (А -а и Б -а. При перемене обмотокролями, в смысле подвода питанцегопеременного напряжения и снятия сигнала, датчик ускорения будет работать точно так же, т.е. сигналы всехпреобразователей в сигнальной цепина обеих пластинах будут суммироваться.45Чем меньше угол, образованный пластинами, тем больше выигрыш в чувствительности (или при той же чувствительности - в быстродействии, благодаря возможному уменьшению инерционной массы), Но уменьшение угламенее 8 не позволяет разместить об"Омотки на участках пластин, прилегающих к инерционной массе, а при оченьмалых углах, кроме растягивающих исжимакщих усилий, пластины начинаютподвергаться изгибным деформациям.По этой причине датчик с углом между пластинами, меньшим 8 , будетвоспринимать не только линейные, нои угловые ускорения, которые являют- ц)ся паразитными.Увеличение угла более 15 дляопредлагаемого датчика нецелесообразно, так как при этом можно, как ив случае известного магнитоанизотроп ного датчика ускорения, выполнять обмотки на каждой пластине изолировано от другой, что увеличивает габариты датчика.Высокая собстменная частота у предложенного датчика ускорения обеспечивается возможностью изготовления его с весьма небольшими габаритами при относительно более жестких пластинах по сравнению с известными датчиками ускорения.По сравнению с известным датчиком ускорения при прочих равных условиях выигрыш в чувствительности обратно пропорционален д( где д - угол между пластинами, например, при д=15о чувствительность увеличивается в 7,7 раза, т.е. почти на порядок.Формула изобретения1. Датчик ускорения, содержащийинерционную массу и дифференциальныемагнитоанизотропные преобразователис взаимоперекрещиващцимися обмоткамина общем магнитопроводе в виде пластин, жестко связанных одним конномс основанием, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения быстродействия и чувствительности датчикапри уменьшении его габаритов, пластины расположены под углом друг к другуи выполнены за одно целое с инерционной массой, при этом центр тяжестимассы лежит на середине линии пересечения пластин, а обмотки выполненыобщими для обоих магнитоанизотропныхпреобразователей.2. Датчик по п. 1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что обмотки расположены дискретно на магнитопроводе,при этом провода одной из обмотокпри переходе с одной пластины на другую проходят в одноименные отверстия,провода другой обмотки - в диагонально расположенные отверстия.3. Датчик по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что обмотки выполнены многосекционными и расположенынепрерывно по длине пластин магнитопровода, при этом провода одной изобмоток при переходе с одной пластинына другую проходят в одноименные отверстия, провода другой обмотки причисле преобразователей более двухна каждой пластине, начиная со второго преобразователя проходят в диагонально расположенные отверстия соседних преобразователей4. Датчик по п. 1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что угол между пластинами лежит в диапазоне 8 - 15.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Приборостроение и. средстваавтоматики. Справочник, т. 2, кн./5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ по 113035, Тираж 910ударствеиного ки изобретений ива, Ж, Раушс митета ССоткрытийая наб.,