DE2156095A1

DE2156095A1 - Linearbeschleunigungsmesser

Info

Publication number: DE2156095A1
Application number: DE19712156095
Authority: DE
Inventors: James W. Wayne N.J. Davies (V.StA.)
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1970-11-12
Filing date: 1971-11-11
Publication date: 1972-08-31
Also published as: DE2156095B2; FR2113834A1; IL37066A0; JPS5326508B1; FR2113834B1; US3789672A; NO131624C; DE2156095C3; NO131624B; CA930972A; IL37066A; SE370579B; GB1303025A

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearbeschleunigungsmit einer beweglichen Prüfmasse, die in einem Gehäuse so gelagert ist, daß eine Bezugslage zu einer Koordinatenachse definiert ist und sich die Prüfmasse bei Beschleunigung in Richtung dieser Koordinatenachse aus der Bezugslä ge heraus bewegen kann, wobei ein der Verstellung entsprechendes Signal erzeugt wird.

Es sind bereits einachsige Beschleunigungsmesser bekannt, bei denen eine Pendel- oder Prüfmasse verwendet wird, die Einrichtungen zur Lageanzeige und einen elektromagnetischen Drehmomenterzeuger trägt und die einachsig drehbar gelagert ist, wobei die Verdrehung der Beschleunigung entsprich Die Masse bewegt sich dabei zwischen einem Paar in einer gewissen Entfernung voneinander angebrachter Magneten, wobei auf der Prüfmasse die Elemente zur Lageanzeige angebracht sind. Das durch die Lageverstellu-ig erzeugte liisgangssignal aktiviert den Drehmomenterzeuger und bewirkt ein Rüekdrehsn der Pendelmasse zur Uullpositi&r·.» Das arseiigt© Signal ist d-K-

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Beschleunigung proportional.

Bei diesen Anordnungen ist jedoch das Ausgangs signal meist nicht linear, was durch die Veränderung der mechani- ' sehen und magnetischen Eigenschaften der Magneten und ihrer Polschuhe sowie der Windungsteile bewirkt wird. Ebenso ist keine Einrichtung vorgesehen, mit der ein genaues Eingustieren oder Eichen der Skalen das Beschleunigungsmessers durchgeführt werden könnte. Auch können Wechsel der Umgebungsbedingungen, die eine gewisse Auswirkung auf die Anzeigegenauigkeit haben, wie beispielsweise der Temperatur, nicht kompensiert werden. Daher ist bei solchen Anordnungen eine Eoe.·.=- bination von mechanischer und elektrischer Eichung erforderlich, um die Rückstellkraft oder das Rückdrehmoment des Beschleunigungsmessers genau einstellen zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Beschleunigungsmesser des obigen Typs zu entwickeln, bei welchem das Ausgangssignal linear proportional der zu messenden Beschleunigung ist. Dabei soll der Skalenfaktor des Beschleunigungsmessers einstellbar sein. Weiterhin soll die Rückstellkraft der Prüfmasse mechanisch auf einen genauen Wert einstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß auf die Prüfmasse eine Rückstellkraft aufgebracht wird, deren Größe der Signalamplitude proportional ist, wodurch die Prüfmasse wieder in die Bezugslage zurückbawegt wird und die Größe der Bückstellkraft per Signaleinheit regulierbar ist und wobei die Ausrichtung der Prüf masse in Bezug auf die Lagerung justierbar ist.

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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird die Prüfmasse durch Magneten in ihrer Bezugslage gehalten. Diese Magneten sind im Gehäuse angeordnet -und in Bezug auf die Koordinatenachse in der Nähe der Prüfmasse befestigt. Vorteilhafterweise ist wenigstens eine fest angebrachte Platte in der Nähe der Prüfmasse angeordnet, wodurch mit wenigstens einem Teil der Prüfmasse ein Kondensator gebildet wird, der einen Teil eines elektrischen Schaltkreises bildet und dessen Kapazität sich bei Bewegung der Prüfmasse entsprechend ändert.

Vorzugsweise können auf der Prüfmasse Spulenwicklungen angebracht sein, die mit elektrischen Schaltkreisen gekoppelt sind, um einen magnetischen Fluß entsprechend dem Signal zu erzeugen, welcher mit dem magnetischen !Fluß, der von den Magneten erzeugt wird, in Zwischenwirkung tritt und so die Rückstellkraft erzeugt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann der effektive magnetische Fluß der Magneten durch verstellbare Kerne im Nebenschluß geregelt werden, um die Rückstellkraft zu bestimmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Beschleunigungsmesser;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;

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Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1.

Der Beschleunigungsmesser "besteht aus einem oberen Gehäuse 10 und einem unteren Gehäuse 12, das durchlöcherte Flansche aufweist, um mit einer Plattform, einem Fahrzeug oder ähnlichem verbunden zu werden. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, erstreckt sich das untere Gehäuse 12 teleskopartig- über das obere Gehäuse 10, wobei auf diese Weise die O-Ring Dichtung 14 gebildet wird.

Eine Prüfmasse in Form eines Pendels wird durch eine flache runde Platte 16 mit relativ geringer Dicke geformt. Die Platte 16 wird von einem Flansch 18 umgeben und ist im Gehäuse mittels eines einstückigen Biegegelenks befestigt. Das Biegegelenk weist einen zylindrischen Teil 20 auf, der mit einem Ende an den Bodenteil des oberen Gehäuses 10 anstößt. Ein Ausläufer des zylindrischen Teils 20 ist als Einschnürung 22 ausgebildet und durch ein Verbindungsglied 24· mit dem Flansch 18 verbunden. Eine Befestigungsschraube 26 ist so in das obere Gehäuse eingeschraubt, daß sie mit ihrem Kopf an den zylindrischen Teil 20 des Biegegelenks anstößt, um so die Platte 16 im Gehäuse zu fixieren.

Ein Paar elektrischer Wicklungen 28a und 28b ist um den äußeren Umfang vom Flansch 18 gewickelt, und ein Paar scheibenartiger Polschuhe 30 und 32 ist im Gehäuse unmittelbar anliegend an der Platte 16 befestigt. Die Polschuhe 30 und 32 werden magnetisch angezogen und liegen an einem Paar von magnetischen Ringen 34· und 36 an, die sich zwischen den Polschuhen 30 und 32 und einem Paar von Deckplatten 38 und 40 befinden.

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Zwischen den flanschartigen Teilen der Polschuhe 30 und 32 und den entsprechenden inneren Oberflächen der Deckplatten 38 uE-d 40 wird ein magnetischer Spalt gebildet, der teilweise durch ein Paar nicht^magnetischer Abstandsringe 42 und 44 gefüllt ist.

Auf beiden Oberflächen der Platte 16 ist eine fähige Beschichtung vorgesehen, um zwei Kondensatorplatten zu bilden, schematisch bezeichnet als 50 und 52. Jede dieser Platten wirkt mit den Polschuhen 30 bzw. 32 zusammen, um einen konventionellen Kondensator zu bilden«

In den öffnungen der Deckplatten 38 und 40 sind ein Paar Nebenschlußschrauben 54 und 56 vorgesehen«, die mit Hilfe ihres Gewindes axial so eingestellt werden können, daß auf diese Weise der Flußweg von den magnetischen Eingen 34 und 36 gegen die Polschuhe 30, 32 einerseits und die Deckplatten 38, 40 andererseits verändert werden kann.

An der inneren Wandung der magnetischen Ringe 34 und 36 sind ein Paar Kragen 58 und 60 vorgesehen, die Temperatureinflüsse kompensieren, indem sie einen Teil des magnetischen Flusses in einer Weise von den Ringen ableiten, die Im folgenden genauer beschrieben werden wird.

Der Flansch 18 der Platte 16 hat einen fingerartigen Vorsprung 18a, der einen Permanentmagneten 62 trägt. Eine magnetische Eichschraube 64 ist im oberen Gehäuse 10 eingeschraubt und trägt ein Paar Permanentmagneten 66 und 68, die sich senkrecht zum Magneten 62 erstrecken. Die Eichschraube 64 ist in Bezug auf das obere Gehäuse drehbar, womit unterschiedliche Grade der Wirkung des magnetisehen Flusses zwischen den Magneten 66 und 68 und dem Magnet 62 er-

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reicht werden können, um die magnetische Anziehungskraft zwischen der Schraube und der Platte 16 zu regeln, wobei die Rückstellkraft auf der Platte ausschließlich durch mechanische Mittel genau kompensiert wird.

Im Betrieb dreht sich die Platte 16 um den eingeschnürten Teil 22, entsprechend den Beschleunigungen in jeder Richtung entlang einer vertikalen Achse, wie in Fig. 2 gezeigt. Diese Bewegung verändert die Kapazität jedes der Kondensatoren, die durch die Platten 50 und 52 und der ent-

' sprechenden Polschuhe 30 und 32 gebildet werden. Dieses Signal ist der Beschleunigung proportional und kann direkt abgelesen werden. Die Drehmomenterzeugerwicklungen 28a und 28t sind ebenfalls in einem Schaltkreis mit den oben angeführten Kondensatoren verbunden, so daß die Bewegungsändsrungen die Stromstärke in den Drehmoment erz eugerwieklungen ändert und daher auch die Wirkung zwischen dem magnetischen Fluß der Drehmomenterzeugerwicklungen und dem ίΊιι£ der magnetischen Ringe 34- und. 36 in dem Spalt zwischen den Jl anseht eil en der Polschuhe 30 und 32 und den entsprechenden Teilen der Deckplatten 38 und 40 sich ändert. Die Wirkung ist eine solche, daß die Platte 16 zu einer Nullposition oder einer Position

P zwischen den Polschuhen 30 und 32 zurückgedreht wird. Diese Zwischenwirkung kann durch die Nebenschlußschrauben 54- und 56 genau kontrolliert werden. Ebenso kann das Rückdrehmoment oder die Gegenkraft der Platte 16 für Eichzwecke mit der drehbaren magnetischen Eichschraube 64· genauestens eiiijiistiert werden, womit die magnetische Wirkung zwischen den Magneten 66 und 68 und dem Magnet 62 beeinflußt wird«

Falls der magnetische JInS der magnetischen Ringe und 36 durch Temperaturwechsel ge?¹·idert wird» womit" normalerweise eine Verstimmung der Inst-romeribertsiehung verbunden

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ist, kommen die temperaturausgleichenden Kragen 58 und 60 ins Spiel, um den Wechsel des Flusses zu kompensieren. Wie bereits festgestellt, sind die Kragen 58 und 60 so angebracht, daß normalerweise ein Teil des Magnetflusses der Magneten 34- und 36 nebengeschlossen wird. Das Material der Kragen ist so ausgewählt, daß der nebengeschlossene Anteil des Magnetflusses von der Temperatur abhängig ist, um auf diese Weise Veränderungen des magnetischen !Flusses der Magneten infolge von Temperatur änderungen zu lcompensieren. Zum Beispiel nimmt die Stärke des Magnetflusses der Magneten 34- und 36 bei steigenden Temperaturen ab, während das Material der Kragen 58 und 60 so ausgewählt werden kann, daß der Wert des riagnetflusses, der durch die Kragen abgeleitet wird, bei ansteigenden Außentemperaturen absinkt. Der Nettoeffekt wäre in diesem Falle eine stabile Flußdichte innerhalb der magnetischen Spalte zwischen den Flanschteilen der Polschuhe 30 und 32 und den entsprechenden Teilen der Deckplatten 38 und 40.

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Claims

Ansprüche

Linearbeschleunigungsmesser mit einer beweglichen Prüfmasse, die in einem Gehäuse so gelagert ist, daß eine Bezugslage zu einer Koordinatenachse definiert ist und sich die Prüfmasse bei Beschleunigung in Richtung dieser Koordinatenachse aus der Bezugslage heraus verstellen kann, wobei ein der Verstellung entsprechendes Signal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Prüfmasse eine Rückstellkraft aufgebracht wird, deren Größe der Signalamplitude proportional ist, wodurch die Prüfmasse wieder in die Bezugslage zurückbewegt wird und die Größe der Rückstellkraft per Signaleinheit regulierbar ist und wobei die Ausrichtung der Prüfmasse in Bezug auf die Lagerung justierbar ist.
2. Linearbeschleunigungsmesser gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfmasse durch Magneten in ihrer Bezugslage gehalten wird, die im Gehäuse angeordnet und in Bezug auf die Koordinatenachse in der Nähe der Prüfmasse befestigt sind.
3· Linearbeschleunigungsmesser gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine fest angebrachte Platte in der Nähe der Prüfmasse angeordnet ist, wodurch mit wenigstens einem Teil der Prüfmasse ein Kondensator gebildet wird, der einen Teil eines elektrischen Schaltkreises bildet und dessen Kapazität sich bei Bewegung der Prüfmasse entsprechend ändert.
4. Linearbeschleunigungsmesser gemäß Anspruch $, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Prüfmasse Spulenwicklungen an-

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gebracht sind, die mit dem elektrischen Schaltkreis gekoppelt sind, um einen magnetischen Fluß entsprechend dem Signal zu erzeugen, der mit dem magnetischen Fluß, der von den Magneten erzeugt wird, in Zwischenwirkung tritt, um die Rückstellkraft zu erzeugen.
5· Linearbeschleunigungsmesser gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der effektive magnetische Fluß der Magneten durch verstellbare Kerne im Nebenschluß geregelt wird, um die Rückstellkraft zu bestimmen.
6. Linearbeschleunigungsmesser gemäß Anspruch 1 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Prüfmasse einen ersten Magneten trägt und ein zweiter Magnet im Gehäuse angeordnet ist, der mit dem ersten Magneten in Zwischenwirkung steht, wobei die Lage eines der Magneten verstellbar ist, um den Grad der Zwischenwirkung zu bestimmen.
7- Linearbeschleunigungsmesser gemäß Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderungen des magnetischen Flusses infolge Temperaturänderungen durch Einbringen eines geeigneten Materials in den Kern kompensiert werden.
8. Linearbeschleunigungsmesser gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfmasse pendelartig ausgebildet ist und drehbar um eine Achse gelagert ist, die senkrecht zur Achse der zu messenden Beschleunigung steht.

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