Акселерометр с частотным выходом

Акселерометр с частотным выходом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. АКСЕЛЕРОМЕТР С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ, содержащий установленные в корпусе электроды и массу чувст-. вительного элемента, выполненного в виде токопроводящей сферы и расположенного в межэлектродной области, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения ускорений, электроды выполнены в виде двух пар коаксиально установленных тел вращения, расположенных соосно и зеркально сииметрично, с образованиемв -каждой паре кольцевогозазора , расширяющегося к оси симметрии , при этом между внешними электродами соосно установлен заземленный кольцевой электрод. 2. Акселерометр по п.1, о т л ичающийся тем, что, с целью визуального определения измеряемого ускорения, внешние электроды выпол (П нены в виде прозрачного токопроводящего покрытия, нанесенного на внутс ренней поверхности прозрачной стеклянной трубки, на внешней стороне ко торой нанесена шкала.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (> 9) (I I) >>»> G >» P 15 >08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3631465/24-10 (22) 01. 07. 83 (46) 15.08.85. Бюл. Р 30 (72) А.Е. Скачков, 10.С. Бадаев, И.С. Лавров и С.М. Тимонов (71) Ленинградский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени технологический институт им. Ленсовета (53) 531.768 (088.8) (56) 1 ° Иориш 10.И. Виброметрия.

М., ГНИМЛ,1963, с.503, 557.

2. Авторское свидетельство СССР

И- 308364, кл. G 01 P 15/04, 01.07.71 (>прототиП. (54) (57) 1 ° AKCI JIEPOMETP С ЧАСТОТНЫМ

ВЫХОДОМ, содержащий установленные в корпусе электроды и массу чувст- вительного элемента, выполненного в виде токопроводящей сферы и расположенного в межэлектродной области, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения ускорений, электроды выполнены в виде двух пар коаксиально установленных тел вращения, расположенных соосно и зеркально с пжетрично, с образованием в -каждой паре кольцевого. зазора, расшпряющегося к оси симметрии, при этом между вненшими электродами соосно установлен заземленный кольцевой электрод, 2. Акселерометр по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью визуального определения измеряемого ускорения, внешние электроды выполнены в виде прозрачного токопроводящего покрытия, нанесенного на внутренней поверхности прозрачной стеклянной трубки, на внешней стороне которой нанесена шкала.

1173320

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к акселерометрам с колебающейся массой чувствительного элемента, и может быть использовано для стендовых из- 5 мерений и на транспорте.

Известны емкостные акселерометры с подвижными электродами (1) .

Такие акселерометры обладают высокой точностью измерения.

Однако известные акселерометры имеют относительно сложную конструкцию, применение при стендовых измерениях требует использования дополнительной специализированной аппара- 15 туры.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является акселерометр, содержащий установленные в 20 корпусе электроды и массу чувствительного элемента, выполненного в виде токопроводящей сферы и расположенного в межэлектродной области (2). В нем масса чувствительного 25 элемента связана с корпусом посредством упругого подвеса. При достижении некоторого предельного значения измеряемого ускорения происходит контакт массы чувствительного элемен-ЗО та с заземленным электродом, при этом переносится заряд, создающий импульс тока на сопротивлении нагрузки.

Недостатком устройства является

35 низкая точность измерения ускорений, обусловленная конструкцией чувствительного элемента, непозволяющей определить знак измеряемого ускорения.

Целью изобретения является повы- О шение точности измерения ускорений.

Указанная цель достигается тем, что в акселерометре, содержащем установленные в корпусе электроды и массу чувствительного элемента, выполненного в виде токопроводящей:сферы и расположенного в межэлектродной области, электроды выполнены в виде двух пар симметрично и коаксиально расположенных тел вращения с расходящимися к оси симметрии образующими и разделенными друг от друга соосно расположенным заземленным кольцом.

Кроме того для визуального определения измеряемого ускорения внешние электроды выполнены в виде прозрачного токопроводящего покрытия, нанесенного на внутренней поверхности прозрачной стеклянной трубки, на внешней стороне которой нанесена шкала.

На фиг.1 схематически изображен акселерометр, на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — вид Б на фиг.2, на фиг.4 — электрическая схема акселерометра.

Акселерометр содержит прозрачный корпус 1, цилиндрические электроды

2 и 3, изолированные друг от друга втулкой 4, в которой соосно укреплено заземленное кольцо 5. Электроды 2 и 3 выполнены в виде стеклянных трубок, на внутреннюю поверхность которых нанесено токопроводящее прозрачное покрытие спиртового раствора

SnCI ° Внутри электродов 2 и 3 и кольца 5 концентрично расположен электрод 6, выполненный в виде двух усеченных конусов, соединенных меньшими основаниями. Вся система электродов крепится при помощи крышек 7 и 8, в которые вмонтированы штепсельные разъемы 9 и 10 и штуцер 11, служащий для заправки межэлектродной области диэлектрической средой 12. В качестве диэлектрической среды может быть использован газообразный диэлектрик (например, азот, фреон) под давлением 1,5-50 атм, диэлектрическая жидкость (например, гексан или четыреххлористый углерод). Между электродами помещена масса чувствительного элемента 13, выполненного в виде электропроводящей сферы. Для визуального отсчета измеряемого ускорения вдоль межэлектродного зазора укреплена шкала 14, которая может быть нанесена непосредственно на прозрачный корпус 1.

Разность потенциалов между электродами создается при помощи источника

15 постоянного напряжения (фиг.4), при этом электрод 5 заземлен, а электроды 2 и 3 соединены с сопротивлениями нагрузки К 1 и К,, подключенными к входам усилителей-формирователей 16 и 17.

Акселерометр работает следующим образом.

Перед измерением ускорений внутренний электрод 6 подключают к источнику постоянного напряжения, а кольцо 5 заземляют, при этом сферическая электропроводящая частица

13, выполняющая роль инерционной массы, под действием электрического

1i 73320 поля начинает перемещаться в межэлектродной области и при этом совершает автоколебательное движение.

Так как углы расхождения между образующими электродов 2-6 и 3-6 равны, то режим автоколебаний электропроводящей частицы 13 установится в наиболее широкой части межэлектродного пространства, между кольцом 5 и электродом 6 ° При действии ускорения ах,направленного вдоль оси чув ствительности акселерометра Х-Х, на частицу 13 действует инерционная сила

F„= a m, (1)

15 х где m — масса частицы 13.

Под Действием силы Рн колеблющаяся частица 13 перемещается вдоль оси

Х-Х, т.е. в пространство между 20 электродами 2-6 или 3-6. Каправление перемешения зависит от направления действия ускорения. При перемещении частицы относительно начального положения зазор между электродами d 25

2-6 или 3-6 уменьшается, т.е.

d — cp, (х). (2) Это приводит к измерению частоты колебаний частицы 13 30

f = К(1), или с учетом (2) имеем (3) (4)

f = ср (х) .

Сила удара зависит от скорости движения соударяющихся тел, а сле1 довательно, от частоты колебания частицы 13

Г„ = q)(f)

Перемещение частицы 13 вдоль оси Х-Х происходит до тех пор, пока составляющая силы удара.-Г частицы об электроды, расположенные под уг- . 45 лом друг к другу, направленная вдоль рси, не уравновесит инерционную сиpy F, При этом выполняется условие г,„= г„. (6)

Решая совместно уравнения (1),, (4)

;(5) и .(6) относительно перемещения

:частицы 13 вдоль оси Х-Х, получим

Х = q q (кх) (7) Таким образом, по величине пере мещения чувствительного элемента вдоль оси Х-Х можно определить величину действующего ускорения. Вели чина перемещения колеблющейся частицы 13 отсчитывается по шкале 14, предварительно отградуированной в единицах ускорения. Решая уравнения (1), (5) и (6) относительно частоты колебаний частицы 13, получим (9) f = кй.

Импульсы усиливаются с помощью усилителей-формирователей 16 и 17.

При этом для получения информации о направлении измеряемого ускорения в одном из усилителей-формирователей предусмотрено изменение фазы импульсов Hà 180 . Частота импульсов на

О выходе усилителей-формирователей может быть измерена с помощью частотомера. Так как величина перемещения траектории движения инерционного элемента 13 в направлении продольной оси электродов зависит не только от массы m инерционного элемента 13, но и от напряжения питания U óãëà между расходящимися электродами а

). также угла между продольной осью электродов и направлением силы тяжести, то задавая величины ш, О, и закон распределения величины d в направлении продольной оси электродов, можно регулировать чувствительность и пределы измерения., 11рименение изобретения позволяет повысить точность измерений и расширить область применения акселерометра (может быть использован в качестве первичного преобразователя (датчика) ускорений в частотный сигнал и прибора с непосредственным отсчетом ускорения. =q (а„) (8) т.е. частота колебаний чувствительного элемента несет в себе информацию об измеряемом ускорении. Так как колебания частицы 13 сопровождаются переносом заряда, то на резисторах 11, или R (в зависимости от направления измеряемого ускорения) формируются импульсы напряжения с частотой

1173320

Диг. Ф