Датчик ускорений

(5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ский инститГосстроя ов и П,А,Р88,8)ительная а6.011 ПС.с. 13-17 а паратура т 54) ДАТЧИК УСКОРЕНИЙ) Из измерения электриче использов ных кнст игналы су поданы на цеп етствуюп;их ге ыходы сигнало возераторов в разности(их базы),д повышени собности ующее устроиств нии связи с изм че ез согл п ключены к липрибором. К асширени ительным ллекторные цепи ов через ослед диоды и резисто етствующим базо ераторов. 1 з.п диапазона. что в датчи каждог ватель ается верхи лены дз гене а ке ускореемычке 4 ии н акре нитн соединенные чены к соот жесткои и консоли 5 ы подклю ым цеА - лы,6 из нема откозамкн каждой и го необравитка марых закреппям э 6 ил,е зующего ко териала, н ог ко ерению бразования и расширен брете Фициента протносительдатчика,На Лиг.корений; н тносится тного диапазона ного ч н электрич неэлкими ктрическ методами может быть испол нии строительных онтав исследоий па сеи лен датчик ус - принципиальная иг. 3 и 4 - амплитеристики колебамостойко стру отра ЦЛиг,ка," нае хар и других ема дат лях,ль изобретразрешаю повышение собности,зо чээель к ллекторных цееи туро нос ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИПРИ ГКНТ СССР 1(56) ВиброизмерВИбП, Х.12,4Эст.ССР, 1977,р ние относится к области н лектрических величин скими методами и может быть ано в исследовании строительрукций на сейсмостойкость аслях науки и техники. Цель точности, разрешающей спокоэААициета преобразования, е относительного частотного лено ярмо 7, 8 соответствующей катушки индуктивности 9, 10 из высокочастотного ферромагнитного материала.На основании закреплены аналогичныеконсоли 13, 14 с экранированнымидруг от друга катушками индуктивности 9, 10 на высокочастотных Аерромагнитных сердечлках 11, 12 с меняющимися воздушкала зазорам. 16, 17между сердечниками 11, 12 и ярмам7, 8, входящие в состав колебательных контуров, включенных в коллекторные цепи двух контрйазно модулируемых по Вазе генераторов с самовозбуждением, обьедиенных общей цепьюположительной обратной связи, выполненной в виде суммирующе-вычитающегокаскада. При этом разнополярные45 пях генераторов; на Аиг. 5 - эпюрынапряжений в коллекторно-базовых цепях генератороЬ; на Лиг. 6 - видвыходного сигнала датчика,Датчик ускорений содержит основа 5ние 1, боковые стороны 2 и 3 П-образной рамн, верхнюю перемычку 4 Побразной рамы, консоли 5 и 6 на раме,ярма 7 и 8, катушки 9 и 10 индуктивности, сердечники 11 и 12, консоли13 и 14 на основании, экран 15, воздушные зазоры 16 и 17, конденсаторы18 и 19, разнополярные транзисторь 120 и 21, транзисторы 22 и 23, резисторы 24 - 33, конденсаторы 34 - 35,катушку 36 индуктивности, конденсатор 37, линию 38 связи, резистор 39,стабилитрон 40, резистор 41, диод42, резистор 43, диод 44, колебательные контуры 45 и 46, генераторы 47и 48, суммирующе-внчитающий каскад49, колебательный контур 50,На основании 1 датчика ускоренийзакреплена П-образная рама с упругими боковыми сторонами 2 и 3 и жесткой верхней перемычкой 4, на которойзакреплены две консоли 5 и 6 из немагнитного необразующего короткозамкнутого витка материала, в каждойиз которых закреплены ярма 7 и 8из высокочастотного ферромагнитного материала соответствующих катушек 9 и 10 индуктивности в сердечниках 11 и 12 из высокочастотногоферромагнитного материала, 35На основании 1 закреплены аналогичныекак и на жесткой верхней перемычке 4, консоли 13 и 14 с экранированными одна от другой экраном15 катушками 9 и 10 индуктивности,находящимися в сердечниках 11 и 12 сменяющимися воздушными зазорами би17, Катушки 9 и 10 индуктивностивходят в состав колебательных контуров 45 и 46 (Лиг. 2), состоящих изкатушки 9 индуктивности, конденсатора 18 и катушки 10 индуктивности,конденсатора 19, которые включеныв коллекторные цепи двух контрАазномодулируемых по Лазе генераторов 47и 48 с самовозбуждением на разнополярных транзисторах 20 и 21, объединенных общей цепью положительной обратной связи, осуществляемой с помощью сумьарующе-вычитающего каскада 49 55на транзисторах 22 и 23, Коллекторнля цепь генератора. 47 через резистор24 соединена с базовой цепью транзистора 22, а генератора 48 через резистор 25 - с базовой цепью транзистора 23. Между эмиттером транзистора22 и коллектором транзистора 23включены последовательно соединенныерезисторы 26 и 27, точка соединениякоторых (точка Р ) является первымвыходом суммы и подключена к базетранзистора 21, а между коллекторомтранзистора 22 и эмиттером транзистора 23 - резисторы 28 и 29, точка соединения которых (точка а) являетсявторым выходом суммы и подключена кбазе транзистора 20. Между эмиттерами транзисторов 22 и 23 включенырезисторы 30 и 31, а между коллекторами - резисторы 32 и 33, точки сое 1динения которых о и 8 являются первым и вторым выходами разности ичерез разделительные конденсаторы 34и 35 подключены к колебательномуконтуру 50, состоящему из катушки 36индуктивности и конденсатора 37,Колебательный контур 50 является согласующим устройством и осуществляетсогласование импедансов с линией 38связи (коаксиальный кабель). Средняяточка катушки 36 индуктивности черезрезистор 39 подключена к стабилитрону 40, Между коллектором и базойтранзистора 20 включены последова-.тельно соединенные резистор 41 идиод 42 стабилизации амплитуды колебаний генератора 47,Датчик работает следуюшим образом.При наличии ускорения верхняя перемычка 4 П-образной рамы перемещается в сторону катушки 10 индуктивности (в сердечнике 12). При этомвоздушный-зазор 17 между ярмом 8 исердечником 12, величина которого равна 1, уменьшается на величину д 1,Наличие экрана 15 между катушками 9и 10 индуктивности позволяет использовать линейные участки базовых характеристик изолированных один отдругого одиночных колебательных контуров, Поэтому уменьшение зазора 17приводит к увеличению коэффициентасамоиндукции катушки 10 индуктивности на величину д 1, и к расстройке колебательного контура 46 на величину1597733 6ния вую цепь транзистора 23, включенногопо схеме с расщепленной нагрузкойА = Ао я"о" + Ч,а с генератора 47 - в базовую цепьтранзистора 22А 7 = -А 2 оя(7 ойНапряжения в суммирующе-вычитающем каскаде 49 равнына эмиттере транзистора 22Ао = -А, ваап(62в (17 );на эмиттере транзистора 23Л 1 з = Ао я"("о + У,)на коллекторе транзистора 22А 1 к = А 7 оЯ 1 п(м/о - (Ру);на коллекторе транзистора 23Ак -- -Л о я 1 п(ш+Обычно (А о) -- (Л ) = ЛНапряжения на первом и втором выходах суммы (а - а) каскада 49 соответственно равны 2 (1 ЮОЮконтура,2 Лье(Д агде О - добротность Аналогичные процессы протекаютв колебательном контуре 45 только спротивоположным знаком (фиг. 4)1 А 1 10д - ы(1 + -- . - -)о 2 1 2 дм() еоВыполнение консолей 5, б и 13, 14 15из немагнитного, необразующего короткоэамкнутого витка материала, а также выполнение катушек 9 и 1 О индуктивности на сердечниках 7, 11 и 8,12 соответственно из высокочастотного феррита позволяет получить высокую добротность колебательных контуров 45 и 46 на высокой частоте колебаний, генерируемых генераторами 47и 48,При этом амплитуды А и А генераторов на разнополярных транзисторах 21 и 20 изменяются незначительно,потому что расстройки колебательныхконтуров 45 и 46 находятся в пределах полосы пропускания этих контуров,кроме того, амплитуды этих генераторов стабилизированы цепями из резистора41 и диода 42 для генератора 47 и изрезистора 43 и диода 44 для генератора 48,Если амплитуда на колебательномконтуре 46 (фиг. 5) "Е к - Е х,где Е- напряжение на коллекторе;Е о - напРЯжение на базе тРанзистоРа 40генератора 48, то диод 44 закрыт, аего сопротивление настолько велико,что не оказывает влияния на работугенератора. При У ) Е к - Едиод44 открыт и с коллекторной цепи транзистора 21 через резистор 43 поступает напряжение отрицательной обратной связи, что уменьшает коэффициентусиления транзистора 21, а следоватЕльно, уменьшает амплитуду напряжения, выделяемого на колебательномконтуре 46, Лналогичные процессыпроисходят в генераторе 47,Модулированный по фазе сигнал,несущий информацию об измеряемом ускорении, снимаемый с колебательногоконтура 46 генератора 48, стабильнойамплитуды Л 7 с фазовым. сдвигом ц1 очерез резистор 25 поступает в базоА = -- (А +Л ) =-Л яЫх 1 ОО 2 7 о К Оо Ф ю 7 25 х ,1+ - )а 2 ЭЛбово 2 (А 1 э Л 7 ) Аоояхп х1Ч( - кх(я +При Ч, = (оА ойдо АОо я 3.п и) Е(1)Л оь= Аоо яхпж (2)т.е в сигналах суммы фазовые сдвиги,вносимые расстройками колебательныхконтуров, взаимно компенсируются,Сигналы суммы (1) и (2) являются сигналами положительной обратной связидля генераторов 47 и 48, Таким образом, сигнал возбуждения этих генераторов образуется из их собственных модудулированных по фазе сигналов путемих суммирования, в результате которого суммарный сигнал имеет фазу,равную нулю, .Напряжения на первом и второмвыходах разности каскада 49 соответственно равны 1 50 А( , ) - -2- (Аэ ь Айэ )а фаза выделяемого на нем напряже Сигналы разности (3) и (4) амплитуда которых (при малом индексе модуляции) пропорциональна в первом при 159773320 45 Формула изобретения1, Датчик ускорений, содержащий основание, на котором закреплена Пближении сумме Фазовых сдвигов составляющих, приобретенных в результатепараметрической Фазовой модуляциипод воздействием измеряемого ускорения, через разделительные конден 5саторы 34 и 35 поступают на колебательный контур, который согласует выходное сопротивление суммирующе-вычитающего каскада 49 с волновым сопротивлениемлинии связи,Вид выходного сигнала датчикапредставлен на Фиг. 6Аьих А -Б 11 А -Б а2 АО, з 3.п у созсдо,15где ч Чнз 1 п 1" 9Й - частота механических колебаний инерционной массы датчи -ка ускорений под воздействиемизмеряемого ускорения.С колебательного контура 50 суммарный сигнал разности его составляющих поступает на центральную жилукоаксиальногокабеля 38, используемую также для питания датчика ускорения постоянным напряжением.Таким образом, применение колебательных контуров высокого качествав составе двух высокочастотных, экранированных один от другого контР- щФазно модулируемых по Фазе генераторовс самовозбуждением позволяет получить высокое значение коэФФициентапреобразования, повысить разрешающуюспособность и относительный частотный диапазон датчика,Стабилизация амплитуды Фазомодулирующих высокочастотных генераторовповышает точность датчика, а примененная схема первичной обработки40Фазомодулированных,сигналов генераторов позволяет упростить линию связимежду датчиком ускорений и аппаратурой вторичной обработки инФормации. образная рама с упругими боковымисторонами и жесткой перемычкой, накоторой закреплена консоль с ярмомиз Ферромагнитного материала на концеи две катушки инруктивности на Ферромагнитных сердечниках, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышенияточности, разрешающей способности,коэФФициента преобразования и расширения относительного частотного диапазона, он снабжен второй консольюс ярмом, которая закреплена на перемычке, двумя аналогичными консолями,которые закреплены на основании исодержат катушки индуктивности с воздушными зазорами между сердечникоми ярмом соответствующей катушки индуктивности, экраном между катушкамииндуктивности, двумя контрФазно модулируемыми по Фазе генераторами с самовозбуждением, объединенными общейцепью положительной обратной связи,выполненной в виде суммирующе-вычитающего каскада, и согласующим устрой-,ством, причем консоли выполнены изнемагнитного необразующего короткозамкнутого витка материала, ярмо исердечник соответствующей катушкииндуктивности выполнены из высокочастотного Ферромагнитного материалаи входят в состав колебательных контуров, включенных в коллекторные цепи генераторов, выходы разнополярныхсигналов суммы суммирующе-вычитающего каскада соединены с цепями возбуждения соответствующих генераторов,а его выходы сигналов разности черезсогласующее устройство соединены скабелем связи. 2, Датчик по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности,коллекторные цепи каждого из генераторов через последовательно соединенные диод и резистор соединены с соответствующими цепями возбуждения генераторов.1597733 фиг.4 Ф Составитель А,Полынковедактор И,Иулла Техред М,Дидык Корректор М,Самборская 4 омитета по иэобросква, Ж, Рауш Производственно-издательский комбинат Патент", г, Ужг дод, ул, Гагарина, 101 аказ 3049 Тир НИИПИ Государственног 113035Подпис коеениям и открытиям при ГКНТ ССРкая наб д, 4/5