ЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ
LINEAR ACCELERATION FREQUENCY TRANSDUCER

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, а более конкретно к измерительным элементам линейного ускорения.
Известен частотный датчик линейных ускорений [Эткин Л.Г. Виброчастотные датчики. Теория и практика. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. - 408 с., стр.254, рис.5.56], содержащий рамочный корпус, внутри которого размещены инерционная масса, соединенная через упругий подвес с рамочным корпусом, стержневой резонатор, соединенный с одной стороны с инерционной массой, а с другой стороны с рамочным корпусом, и систему возбуждения (возбудитель) и съема (адаптер) сигнала.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является датчик ускорений [авторское свидетельство СССР №726481, G01P 15/08, публикация 05.04.80], содержащий рамочный корпус (рамку), внутри которого размещены инерционная масса, соединенная через упругий подвес с рамочным корпусом, стержневой резонатор, соединенный с одной стороны с инерционной массой, а с другой стороны с рамочным корпусом, и систему возбуждения и съема сигнала.
В рамочном корпусе выполнены прорези, заполненные демпфирующим (резиноподобным) материалом, и он соединен с основанием (корпусом) перемычкой, причем рамочный корпус и прорези выполнены так, что длина средней линии от места крепления резонатора к рамочному корпусу до места заделки рамочного корпуса в основание составляет 1/4 длины волны, соответствующей частоте резонатора при отсутствии ускорения.
Данный акселерометр, так же как предыдущий аналог, позволяет измерять ускорение в направлении оси чувствительности, с частотным выходным сигналом.
Общим недостатком рассмотренных аналогов является слабая акустическая развязка мест крепления резонатора от мест крепления датчика на объекте, что ведет к утечке акустической энергии, которая возникает из-за колебаний резонатора, уменьшению добротности колебательной системы, тем самым уменьшая точность датчика и стабильность параметров датчика в условиях жестких механических воздействий.
Кроме того, недостаточная акустическая развязка колебательной системы от мест крепления датчика к объекту приводит к внесению в колебательную систему датчика помех от объекта, что также существенно снижает точностные характеристики датчика.
Задача предлагаемого изобретения - увеличение точности измерения и стабильности параметров частотного датчика линейных ускорений и увеличение надежности работы в условиях жестких механических воздействий.
Технический результат, достигнутый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении надежной развязки мест крепления резонатора от мест крепления датчика на объекте.
Для увеличения точности измерения и стабильности параметров в условиях жестких механических воздействий в частотный датчик линейных ускорений, содержащий рамочный корпус, внутри которого размещены инерционная масса, соединенная через упругий подвес с рамочным корпусом, стержневой резонатор, соединенный с одной стороны с инерционной массой, а с другой стороны с рамочным корпусом, и систему возбуждения и съема сигнала, согласно изобретению дополнительно введено основание, в котором выполнены пазы, заполненные демпфирующим материалом, образующие плоские пружины и разделяющие основание на две составные части, соединенные между собой плоскими пружинами, причем к одной из частей крепится рамочный корпус, а другая крепится к объекту, при этом в местах креплений одна из соединяемых деталей содержит выступы.
Для уменьшения габаритов и массы одна часть основания выполнена в виде П-образной рамы с выступами, на которых закреплен рамочный корпус, а другая его часть выполнена в виде стойки с выступом, которым она крепится к объекту.
Введение в конструкцию предлагаемого датчика основания, в котором выполнены пазы, разделяющие его на две составные части, соединенные между собой плоскими пружинами, которые заполнены демпфирующим материалом, совместно с признаками, общими с прототипом, обеспечивает надежную развязку мест крепления резонатора от мест крепления датчика к объекту, что обеспечивает увеличение надежности работы датчика в условиях жестких механических воздействий, т.к. основание является демпфирующим устройством, увеличение добротности колебательной системы, которая достигается путем минимизации потерь акустической энергии через места крепления, тем самым осуществляется увеличение точности датчика.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого частотного датчика линейных ускорений.
На фиг.2 представлен разрез А-А на фиг.1 частотного датчика линейных ускорений.
На фиг.3 представлено основание частотного датчика линейных ускорений.
Частотный датчик линейных ускорений содержит прямоугольный рамочный корпус 1, в центральном отверстии которого размещены инерционная масса 2, соединенная с двух сторон через упругий подвес, выполненный в виде плоскопараллельных пружин 3, с рамочным корпусом 1, стержневой резонатор 4, соединенный с одной стороны с инерционной массой 2, а с другой стороны с рамочным корпусом 1, и систему возбуждения и съема сигнала, состоящую из электромагнита возбуждения 5, электромагнита съема колебаний 6 резонатора 4, между которыми расположен резонатор 4, и автогенератора 7 (фиг.1). Предлагаемый датчик снабжен основанием 8 прямоугольной формы, в котором выполнены два фигурных паза 9 и паз 10. Фигурные пазы 9 расположены зеркально относительно центральной продольной оси, каждый из которых содержит расположенную параллельно продольной оси центральную часть, на концах которой расположены перпендикулярные ей части, обращенные к большей стороне основания 8. Фигурные пазы 9 с одной стороны перпендикулярными частями образуют с краем основания 8 упругий элемент, в виде двух плоских пружин 11, а с другой стороны перпендикулярными частями и пазом 10 образуют упругий элемент, в виде двух плоских пружин 12. Плоские пружины 11 и 12 параллельны друг другу. Фигурные пазы 9 и паз 10 разделяют основание 8 на стойку 13, образованную центральными частями фигурных пазов 9, и на П-образную раму 14. Стойка 13 своим выступом 15 крепится к объекту 16. Рамочный корпус 1 закреплен на выступах 17, расположенных на П-образной раме 14 выше перпендикулярных частей фигурных пазов 9, расположенных ближе к объекту 16. Плоские пружины 11 и 12 соединяют между собой стойку 13 и П-образную раму 14 и создают развязку мест крепления стержневого резонатора 4 от выступа 15, через который основание 8 крепится к объекту 16. Фигурные пазы 9 заполнены демпфирующим материалом (фиг.2, 3).
Фигурные пазы 9 и паз 10 могут быть выполнены различными способами с условием, чтобы они разделяли основание 8 на две части и образовывали плоские пружины 11 и 12, которые бы соединяли эти две части.
Рамочный корпус 1 может быть закреплен на любой из двух частей разделенного основания 8, тогда на части, к которой крепится рамочный корпус 1, необходимо выполнить выступы 17 для крепления рамочного корпуса 1, а на другой части основания 8 выполнить выступ 15 для крепления к объекту 16.
Работает устройство следующим образом.
При подаче с выхода автогенератора 7 на электромагнит возбуждения 5 переменного напряжения создается переменное магнитное поле, которое вызовет колебания стержневого резонатора 4. Колебания стержневого резонатора 4 приведут к изменению зазора между электромагнитом съема колебаний 6 и самим стержневым резонатором 4. Изменение зазора приведет к наведению ЭДС в катушке электромагнита съема колебаний 6 резонатора 4, которая по амплитуде будет пропорциональна амплитуде колебаний резонатора 4, а по частоте будет равна частоте колебаний резонатора 4. ЭДС, наводимая в катушке электромагнита 6, подается на вход автогенератора 7. Автогенератор 7 выбирает частоту переменного напряжения, подаваемого на электромагнит возбуждения 5, таким образом, чтобы амплитуда ЭДС, которая наводится в катушке электромагнита 6, была максимальной, то есть резонатор 4 совершал колебания на своей резонансной частоте. Пружины 11 и 12 осуществляют развязку места крепления резонатора 4 от места крепления основания к объекту, тем самым увеличивается добротность колебаний резонатора 4.
При действии ускорения вдоль оси чувствительности Y на инерционную массу 2 действует сила инерции, которая либо сжимает стержневой резонатор 4 либо растягивает его, тем самым меняя резонансную частоту его колебаний. Величина резонансной частоты колебаний резонатора 4 зависит от величины действующей силы инерции и, следовательно, зависит от ускорения.
При действии на объект 16 ударов и вибрации пружины 11, 12 и демпфирующий материал, которым заполнены фигурные пазы 9, послужат демпфером, что предотвратит сбой колебаний резонатора 4 или разрушение конструкции.
Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой частотный датчик линейных ускорений, позволяющий измерять величину действующего линейного ускорения в направлении оси Y и, по сравнению с аналогами, обеспечивающий повышение точности измерения линейного ускорения и стабильности параметров в условиях жестких механических воздействий за счет введения в конструкцию основания, которое выполняет надежную акустическую развязку между местами крепления резонатора и местами крепления датчика к объекту, а также исполняет роль демпфирующего элемента при действии ударов и вибрации.
Выполнение основания в виде П-образной рамы, на которую крепится рамочный корпус, и стойки, которая крепится к объекту, соединенными между собой плоскими пружинами уменьшает габариты и массу прибора.
Представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в измерительной технике для измерений линейного ускорения;
- для заявленного устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить повышение точности измерения линейного ускорения и уменьшить температурную погрешность.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "промышленная применимость".