ПОРОГОВЫЙ ДАТЧИК ИНЕРЦИОННОГО ТИПА
INERTIAL TYPE THRESHOLD DETECTOR

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к пороговым датчикам инерционного типа, и предназначено для контроля за достижением пороговых уровней ускорений движущихся объектов, в том числе при столкновении с другими объектами, например, при транспортных авариях.
Основными характеристиками пороговых датчиков инерционного типа являются: порог по ускорению срабатывания, величина рабочего хода и диаграмма чувствительности. Движение инерционного тела начинается при достижении действующего ускорения заданной величины, определяемой порогом по ускорению срабатывания. Сигнал о достижении заданного порога по ускорению срабатывания формируется путем замыкания нормально разомкнутого электрического контакта при перемещении инерционного тела. Диаграмма чувствительности показывает при каком значении ускорения начинается перемещение инерционного тела (или происходит замыкание электрического контакта) в зависимости от угла между осью датчика и вектором ускорения.
Из области техники известен шариковый ударный замыкатель [Сулин Г.А. Сенсорные системы боеприпасов: Учебное пособие/ Балт. гос. техн. ун-т., Спб., 1998, стр. 25, рис. 18], содержащий корпус, размещенное в корпусе с возможностью перемещения под углом к оси датчика сферическое инерционное тело, установленное на пружинном стержне, при этом стенка корпуса и пружинный стержень присоединены к токовыводам. Корпус выполнен в виде цилиндрической втулки.
Под действием сил инерции при импульсе ударного ускорения сферическое инерционное тело отклоняется до соприкосновения с внутренней поверхностью втулки, что приводит к замыканию электрического контакта.
К недостатку данного устройства можно отнести то, что пружинный стержень, нагруженный на конце шариком, образует колебательную динамическую систему. В условиях вибронагружений возникновение резонанса может привести к потере устойчивости датчика и ложным срабатываниям.
Порог по ускорению срабатывания пороговому датчику инерционного типа можно обеспечить разными способами. Так, инерционное тело может быть поджато к опорной поверхности, как например, в инерционном датчике [патент US №3453405, МПК H01H 35/02, опуб. 01.07.1969], который принят за прототип. Известный инерционный датчик содержит корпус с опорным элементом из диэлектрического материала и установленное в корпусе с возможностью перемещения под углом к оси датчика сферическое инерционное тело, поджатое с помощью пружины, причем стенка корпуса и пружина присоединены к токовыводам. В данном датчике пружина поджимает инерционное тело к опорному элементу, выполненному с коническим углублением, а стенка корпуса выполнена с коническим утолщением с образованием полости между ними для размещения инерционного тела. В этом случае датчик имеет диаграмму чувствительности в виде конуса. Угол конуса диаграммы чувствительности зависит от угла конуса, в котором размещается сферическое инерционное тело. Порог по ускорению срабатывания обеспечивается путем поджатая инерционного тела в исходном положении к опорному элементу с заданным усилием, отношение которого к массе инерционного тела и определяет величину порога.
Данное устройство обеспечивает замыкание электрического контакта при силовом ударном нагружении под углом к оси движущегося объекта для подачи сигнала на исполнительную систему, однако, данный датчик не применим при решении ряда задач, для которых необходимо повысить длительность замыкания контактов, влияющую на надежную работоспособность исполнительной системы, связанной с датчиком по электрической схеме. У данного датчика ограничена область применения, т.е. его применение невозможно в тех случаях, для которых длительность замыкания контактов недостаточна для корректной работы связанных с ним по электрической схеме приборов.
Задачей изобретения является создание виброустойчивого датчика, обеспечивающего при силовом ударном нагружении под углом к оси движущегося объекта повышенную длительность замыкания электрических контактов для использования в качестве прибора, создающего условия, необходимые для работоспособности исполнительной системы, связанной с датчиком по электрической схеме.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является надежная работоспособность исполнительной системы и расширение области его применения путем достижения повышения длительности замыкания электрических контактов датчика в условиях вибронагружений.
Технический результат достигается тем, что в пороговом датчике инерционного типа, содержащем корпус с опорным элементом из диэлектрического материала и установленное в корпусе с возможностью перемещения под углом к оси датчика сферическое инерционное тело, поджатое пружиной, причем стенка корпуса и пружина присоединены к токовыводам, согласно изобретению он снабжен электропроводящим стаканом, в котором размещены сферическое инерционное тело и пружина, поджимающая его к дну стакана, которое зафиксировано на опорном элементе, а стенка стакана рассечена на продольные лепестки, выполненные из упругопластичного материала.
Помещение инерционного сферического тела в стакан, дно которого зафиксировано на опорном элементе, снижает вероятность срабатывания датчика от воздействия случайной вибрации, обеспечивая его виброустойчивость. При этом выполнение стакана электропроводящим, стенка которого рассечена на продольные лепестки, выполненные из упругопластичного материала, дает возможность использовать лепестки в качестве подвижного электрического контакта, взаимодействующего с неподвижным электрическим контактом - внутренней поверхностью корпуса. А материал, из которого выполнены лепестки, дает возможность отгибаться лепесткам при перемещении сферического инерционного тела до контакта с внутренней поверхностью корпуса и контактировать весь период времени, необходимый для достижения инерционным телом корпуса датчика, повышая длительность замыкания электрических контактов при силовом ударном нагружении движущегося объекта в условиях вибронагружений для создания условий, необходимых для работоспособности исполнительной системы, связанной с датчиком по электрической схеме.
Выполнение лепестков одинаковой ширины дает возможность при установке датчика не накладывать ограничения на ориентацию относительно продольной оси, что ведет к упрощению монтажа в объекте.
Наличие в заявленном изобретении предложенной совокупности признаков, существенно отличающих его от прототипа, позволяет его считать соответствующим условию "новизна".
Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены из уровня техники. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Изобретение иллюстрируется чертежами:
на фиг. 1 представлена конструктивная схема порогового датчика инерционного типа в исходном состоянии;
на фиг. 2 - общий вид стакана с рассеченной на продольные лепестки стенкой;
на фиг. 3 - конструктивная схема порогового датчика инерционного типа в начальный момент замыкания контактов;
фиг. 4 - конструктивная схема порогового датчика инерционного типа в конечный момент замыкания контактов.
Пороговый датчик инерционного типа (фиг. 1-4) выполнен следующим образом.
В металлическом корпусе 1 порогового датчика инерционного типа с опорным элементом 2, выполненным из диэлектрического материала, установлены сферическое инерционное тело 3 - металлический шарик, пружина 4 и электропроводящий стакан 5. Сферическое инерционное тело 3 установлено с возможностью перемещения под углом к оси датчика. Дно электропроводящего стакана 5 зафиксировано на опорном элементе 2 с помощью крепежного элемента 6, например болта. В стакане 5 размещены металлический шарик 3 и пружина 4, поджимающая его к дну стакана 5. Стенка стакана 5, рассечена на продольные одинаковой ширины лепестки 7, выполненные из упругопластичного материала, например углеродистой стали, и с рабочим ходом Δ, являющимся величиной межконтактного зазора. Стенка корпуса 1 присоединена к токовыводу 8, образуя неподвижный электрический контакт. Пружина 4 подсоединена к токовыводу 9. Лепестки 7 стенки стакана 5, сферическое инерционное тело 3, пружина 4 и токовывод 9 образуют подвижный электрический контакт (фиг. 1, 2).
Датчик работает следующим образом.
При силовом ударном нагружении под углом к оси движущегося объекта в датчике происходит смещение сферического инерционного тела 3. Металлический шарик 3 отгибает лепестки 7 стенки стакана 5. При соприкосновении любого одного или нескольких лепестков 7 с внутренней поверхностью стенки металлического корпуса 1 происходит замыкание электрических контактов (фиг. 3). В силу упруго пластических свойств материала лепестков 7 электрические контакты остаются замкнутыми в условиях вибронагружений все то время, которое необходимо для перемещения инерционному телу 3 до контакта, через лепестки 7, с внутренней поверхностью стенки металлического корпуса 1, обеспечивая тем самым длительность замкнутого состояния электрической цепи, необходимой для работоспособности исполнительной системы, связанной с датчиком по электрической схеме (фиг. 4).
В настоящее время ведется разработка документации, запланированы изготовление и предварительные испытания опытных образцов порогового датчика инерционного типа, выполненного в соответствии с заявляемым изобретением.
Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, относится к области приборостроения, а именно к пороговым датчикам инерционного типа, и предназначено для контроля за достижением ускорений движущихся объектов пороговых уровней, в том числе при столкновении с другими объектами, например, при транспортных авариях;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить надежную работоспособность исполнительной системы и расширить область применения с достижением повышения длительности замыкания электрических контактов датчика в условиях вибронагружений;
- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».