ДАТЧИК УСКОРЕНИЙ
ACCELERATION TRANSDUCER

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приспособлениям для определения уровня вибрации (в том числе объемной) за заданный промежуток времени.
При работе и перевозке сложной техники одним из факторов, влияющих на прочность и надежность узлов и механизмов, является уровень вибрации, в частности объемной. Объемная вибрация в отличие от обычной (транспортной, полетной или др.) не имеет одной линии действия перегрузки, и, как правило, вектор ее воздействия постоянно меняется и поэтому не существует четких способов измерений объемной вибрации, за исключением варианта установки большого количества датчиков перегрузки, которые измеряют каждый в своем направлении. Знание величины вибрации является не только важным, но и, как правило, определяющим при оценке надежности и прочности машин, так как вибрация является основной причиной нарушения работы машин и механизмов. Среди современных устройств измерения вибрации существует большое количество средств измерений вибрации, например, с помощью пьезоакселерометров, но все они имеют существенные недостатки, в том числе значительную сложность используемого оборудования, а также необходимость иметь постоянный источник электроэнергии.
Чаще всего необходимо знать примерную величину объемной вибрации за какой-то промежуток времени, а для этого необходимо иметь устройство, позволяющее оценивать значение этой величины.
Известен детектор вибраций, определяющий наличие вибрации в некоторой установке (патент США №4191869, МПК 2GOIP 15/02, H01H 35/14, опубл. 4 марта 1980 г.), который имеет основной корпус, монтируемый на установке, вибрации которой хотят зарегистрировать; подвижный элемент, приходящий в движение при вибрации установки, одну (или несколько) пластинчатую пружину, прикрепляемую одной частью к корпусу детектора, а второй частью упираемую в подвижный элемент под углом, отличным от прямого утла, для удержания этого элемента. При этом подвижный элемент может перемещаться в первом направлении, а указанный угол упора все больше отклоняться от прямого угла при скольжении части подвижного элемента по второй части пружины. При вибрации подвижный элемент перемещается и замыкает конечный выключатель.
Известен детектор аварийной ситуации (патент Германии №4118500, МПК G01P 15/08, 1/14, G07C 5/08, опубл. 10 декабря 1992 г.), в котором уложенные и пронумерованные в одной магазинной камере инерционные элементы в форме шариков при заданных (настроенных) усилиях выпадают из гнезда в определенную направленными действиями импульса ускорений камеру. По наличию шариков и их номеров в каждой камере можно оценить время и направления действия усилий.
Однако известные устройства не позволяют определить или оценить уровень объемной вибрации в заданный промежуток времени, что крайне важно при оценке надежности и прочности сложной техники в полевых или ограниченных условиях.
Изобретение направлено на создание простого и надежного устройства, позволяющего определить величину перегрузки объемной вибрации (от 0.5 до 5g) за заданный промежуток времени.
Поставленная задача решается применением песочных часов, выполненных в виде двух соосно установленных в корпусе и соединенных узкой горловиной стеклянных сосудов, один из которых частично заполнен песком («Советский энциклопедический словарь». Москва, Издательство «Советская энциклопедия», 1981 г., стр. 1005), в качестве датчика ускорений.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематично показан заявляемый датчик ускорений. На фиг. 2 приведен график зависимости времени истечения песка от частоты (Гц) и величины приложенной нагрузки (g).
Датчик ускорений представляет собой песочные часы, выполненные в виде двух соосно установленных в корпусе и соединенных узкой горловиной стеклянных сосудов 1, один из которых частично наполнен песком 2. Корпус в данном примере выполнения состоит из подставки 3 и фиксирующих элементов 6. Для измерения ускорения датчик устанавливают при помощи платформы 4, подставки 3 и фиксирующих элементов 6 на поверхность объекта 5, уровень вибрационных нагрузок которого надо определить. При движении объекта 5 внешняя вибрация действует во всех направлениях, постоянно меняя общий (суммарный) вектор усилия (вектор силы тяжести плюс вектор внешней вибрации), действующий на песчинки 2, и по этой причине создает дополнительное сопротивление движению песка, тем самым увеличивая время, необходимое для его полного перетекания. По времени перетекания песка при воздействии вибрации и определяют порядок величины ускорения, т.е. величину перегрузки объемной вибрации.
После проведения тарировки стеклянного сосудов 1 датчика можно связать время, за которое вытекает песок из сосуда, с величиной ускорения при вибрации или типом вибрации.
Для более точного и надежного измерения уровня вибрации необходимо повторить процесс измерения несколько раз, для чего надо перевернуть датчик и снова установить его на платформу 4. Стоит отметить, что датчик начинает работать сразу после установки на место измерения и требует внимания, так как необходимо точное определение факта окончания пересыпания песка, но это не доставляет большого труда, так как весь процесс не занимает несколько минут (время фиксации можно определить обычными часами).
Применение песочных часов в качестве датчика ускорения стало возможным благодаря зависимости времени пересыпания песчинок от действующего на них вектора тяжести, которое меняется в зависимости от действующего на песчинки вектора ускорений.
Испытания показали работоспособность заявленного датчика.
На фиг. 2 приведены графики зависимости времени истечения песка от частоты (Гц) и величины приложенной нагрузки (g), из которых видна практически прямая связь между этими тремя величина в довольно большом диапазоне как частот, так и перегрузок.