Устройство для измерения ускорения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик0 01. Р 15/04 с присоединением заявки Мо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 25 Р 230. Бюллетень М 7 Дата опубликования описания 25028072) Автор изобретения Н.К.Ерофеев инградский ордена Красного Знамени механический институт витель 4) УСТРОЙСТ ЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ вень помех и наводокаСующегб усилит-еля.сказывается так назывй эффект, в наибольшляющийся при большихскоростях объекта и относится к области ехники и может быть я измерения ускорений, й и других Физических 5 растет урвходе согно сильномикрофойнпени проямещенияхния,Изобретениеизмерительной тиспользовано длусилий, давленивеличин,Известные устройства для измерения.ускорения содержат корпус;с рас"положенными в нем инерционным теломи пьезоэлементом. В качестве электродов для съема зарядов используютсяпроводящие контактные поверхностиинерционного тела и корпуса, которые соединены с помощью экранирован"ного антивибрационного кабеля с высокоомным согласующим усилителем, авыход последнего связан с входом регулирующего устройства (13 и (23 .В ряде случаев, например, в слу"чае, когда перемещение иэделия в про-;щцессе испытания велико, требуютсякабели большой длины. Помимо усложнения и удорожания измерений в связис большой длиной кабеля, по мере увеличения длины увеличивается емкость,подключаемая к пьезоэлементу, и,следовательно, уменьшается чувствитеЛьность пьезопреобразователя Крометого, в связи с увеличением длиныкабеля пропорционально его длине собенаемый й сте 3 пере- мереВ результате, по мере увеличения длины кабеля отношение сигнал/шум падает, и падает точность цзмерения. В связи с этим, например, попытки измерений ускорения, возникающие в грунте при подрыве зарядов, с помощью проводной связи из-за низкой точности измерения пока что не дают достаточно доатоверчых результатов,Целью изобретения является повышение достоверности результатов измерения предельного ускорения за счет обеспечения возможности сохранения информации об измеряемом ускорении.Эта цеяь достигается введением в конструкцию устройства диода, анод и катод которого подключены к положительному и отрицательному электродам пьезоэлемента соответственно, и ,прерывателя электрической цепи, соединяющего электроды пьезоэлемента и диода, в качестве которого исполь(6) Дополнительное к авт. свид-ву"-"мощью разъема подключают прибор для В предлагаемом устройстве в корпу се 1 размещен пьезоэлемент в виде шайбы 2, приклеенной верхней плоскостью к инерционному телу 3, выполняющему одновременно и фуйкцйю-поло- ж)й)тельного"электродапьезоэлемейта. Инерцй "о)йное тело ймеет проточку, в исходном состоянии не совпадающую с осями двух фиксирующих устройств, состоящих из фиксатора 4, пружины 5 и йробки 6. Детали 3,4,5 и 6 образу-; 20 ют прерыватель электрической цепи. ны выбирается много меньше максимальных инерционныХ сил, действующих при 30 вых втулок 14 и 15. 35Полупроводниковый диод 16, состоящий из десяти.последовательно"соединенныхдиодов, размещается в основании 17, в котором установлена ответ"ная" часть- разъема "состоящая Фз шты Оря 18, изоляционных деталей 19, 20 игайки 21; В нижнейчастй штырьимеето)1)Гербтйе для"крейленйя ййог(йогогвывода диода. 16, анодный вывод сбедийен с лепестком 22 и винтом 23 с ос-нованием 17. Катод диода изолированспомощью втулки 24. Полость втулки,где расположен ХФод",залита "компаун-,дом и" закрытаснизу крцйкой 2"5.Нанаружной аббе)хйостй Основания17 ймеется резьба и лыски под ключ.Основание 17 соединено"скорпусом1 с помощью резьббвог)о"хв)"бровикана корйусе. По плоскости 26 -осуЩествленожесткое механическое креплениедеталей 1 и 17 надежныйэлектрический 55контакт между этими детйляйй, вТакже электрическое соединение гнезда13 к 6 рпуса со штырем 8 основания;Катод диода 16 соедийен Со штырем 18 и,"слйдовательно; - с отрица(тельным электродом 10 (фиг. 2)."До"измерения необходимо произвес ти градуировку преобразователя, Для ф) ЯМфФЯФЮ),% )Ф. ".," ) .).-;Ъ ) . , ,) .,р,,:.Ыйй-Йюъ)ь) ;.)кж)й)ыФь)м",) эовано "подпружи)ненное инерционн)оетело,установленно)е) с возможностьюперемещения и жестко связанное с од" =Ййм йз Эйектродов МьезоэГлемента.="На фиг". "1 изобрй%енайонструйцйя предлагаемого устройства; на фиг.2 -электрическая схема; на фиг. 3 - временные диаграммы ускорения (а) иразносТи потенциалов между поверхностями пьезоэлемента (б),В центральной части инерционное тело--имеет выступ 7 проходящий сквозь- отверстие пробки 8. Инерционное тело" "вместе "с "пьезоъйеМентом" поджато пружиной 9" к второму отрицательному электроду 10,приклеенномк изоляционной прокладке 11, Прокладка 11 также приклеена к корпусу. усилие пружй-"ударе. К электроду 10 припаян проводник 12, спаянный с "раз)резнйй" гнеэдом 13 разъема, гнездо 13 изолирова" йо"от коРпуса с помощью фторопластоэтого из. основания 17 вййийчйваетсякорпус 1, а к деталям 13 и 1 с поизмерения заряда, например, баллистический гальванометр. Приложив к выступу 7 инерционного тела 3 усилие известной величины (Ггр ), измеряют возникающий при этом заряд Щ ) . Коэффициент преобразования преобразователя определяется по формуле:игр"Р Егр/т )где ю -масса инерционногб тела,Преобразователь завинчивают в резьбовое отверстие, заранее подго товленноев объекте. Ось отверстия совпадает с направлением измеряемойкомпоненты ускорения. Преобразователь крепят так, чтобыизмеряемое ускорение было направлено от детали 25 к детали 8 (см,фиг1)В этом случае электроды пьезоэлемента 3 и 10 являются положительным и отрицательным соответственно.При воздействииизмеряемого ускорения инерционное тело давит на пьезоэлемент с усилием, равным произведению ускоренияна массу инерционноготела, Под воздействием этого усилияна поверхностях пьезоэлемента возникают заряды, снимаемые электродами3 и 10, причем на электроде 3 возникает положительный, а на электроде10 отрицательные заряды. При этомдиод открыт и заряды сразу же стекают через малое прямое сопротивление диода, Заряд на электродах (Ян) по этой причине равен нулю (фиг. 3),.В момент 1, когда ускорение достигает максимума, заряд 9 п по прежнему равен нулю, но в следующий момент времени 1 ) начинается разгрузкапьезоэлемента, при этом на электро-.дах пьезоэлемента возникают зарядыпротивоположного знака. Диод запирается. Скорость разряда определяетсяобратнЬЙ сопротивлением диода и емкостью пьезоэлемента. Необходимо,4 тобы обратное сопрбтивление диодабыло йо возможности большим, в этомслучае заряд практически не стекаети сохраняется без изменений в течениевремени порядка десятков секунд. По "мере спада ускорения, а следоватЪльно, и усилия, приложенного кпьезоэлементу, заряд на его контакт-йй х пбверхностях (электродах) растет,достигая величины, пропорциональноймаксимальному ускорению в момент времени 1 , и возрастает далее. Начинаяс этого момента, на инерционное телодействует сила, стремящаяся отброситьего вместе с пьезоэлементом вверх.Когда эта инерционная сила превыситнезначительное по величине усилиеподжатия пружины 9, пьезоэлементотойдет от электрода 10 (моментна фиг. 3). При этом, во-первых,разомкнется электрическая цепь, соединявшая прежде контактные поверхности пьезоэлемента с диодом, вследствие чего прекратится ток утечкизаряда через обратное сопротивлениедиодов, и, во-вторых, давление напьезоэлемент станет равным нулю,После нескольких циклов колебаний,,вызванных переходными процессами,йа контактных поверхностях пьезоэлемента установится заряд 9 Р, соответствующий разности двух состоянийпьезоэлемента;, состояния максимального сжатия, вызванного минимальнымдействующим ускорением (моментна фиг. 3), и состбяния, когда напЪезоэлемент не действуют какие-либосилы (момент 1) .Если в преобразователе не было быпредусмотрено отодвигание инерционно"го тела после смены полярности воздействующего ускорения (включатель),токонечное состояние пьезоэлемента будетсоответствовать исходному состоянию. 26пьезоэлемента (до начала измерения),в этом случае на контактных поверхностях остается заряд Ощ, точно соответствующий максимальному ускорению.Разность зарядов ч -Яопределяется 25усилием предварительного поджатия,осущесвтляемого пружиной 9.Инерционное тело, перемещаетсявверх, в момент, когда проточка теларасположится напротив фиксатора,.4, 3 Офиксаторы под действием сжатых йружин5 выходят из полости корпуса и входят в проточку инерционного тела,зафиксировав последнее в отведенномположении.35Время хранения заряда на контактных поверхностях пьезоэлемента опре-.деляется постоянной времени разряда,равной произведению емкости пьезоэлемента на его сопротивление изоляции. Для пьезокерамики эта величинасоставляет порядка нескольких часов,для кварца -несколько суток и более.,После испытания преобразоватеЛь Отвинчивается от объекта, отвинчиваюткорпус 1 от основания 17 и соединяют 45разъем корпуса с баллистическим гальванометром. После выведения фиксаторов из зацепления с инерционным телом и осторожного опускания последнего в исходное состояние, вследствие 50нагружения пьезоэлемента усилием;равным усилию предварительного поджатия, часть заряда, равная разности. Я -О компенсируется. На пьезоэле- Рменте остается заряд Ям, точно соответствующий максимальному измеряемому ускоречию. Этот заряд передается на вход баллистического гальванометра или другого прибора для измерения раряда.После измерения заряда производятконтроль коэффициента преобразования,для чего к выступу 7 инерционноготела 3 прикладывают известное усилие, например, с помощью гири илигидравлического пресса с образцовымманометром,Максимальное ускорение, действовавшее.во время измерения, равномС(гр"гр(аФормула изобретения1. Устройство для измерения ускорения, содержащее корпус с расположенными в нем инерционным телом ипьезоэлементом с электродами, о т л ич аю щ е е с я тем, что, с цельюповышения достоверности результатовизмерения предельного ускорения засчет обеспечения возможности сохранения информации об измеряемом ускорении, в устройство введены диод, аноди катод которого подключены к положительному и отрицательному электродамсоответственно, и прерыватель электрической цепи, соединяющий электродыпьезоэлемента и диода.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в качествепрерывателя использовано подпружиненное инерционное тело, установленноес возможностью перемещения, а жесткосвязанное с одним из электродов пьезоэлемента,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 201790, кл, О 01 Р 1/Об,2, Иориш Ю.И. Виброметрия, Машгиэ 1, 1963, с.515 (прототип) .Редан каэ 9 Филиал ППППатент", г,Ужгород, ул. Проектная, 4 2/61 Ти цНИИПИ Госуд по делам и 113035, Москва,аж 1019 ств енного бретений и -35, Раушс Подписи ееомитета СССРоткрытийая наб., д. 4/5