NO771038L - Akselerometer. - Google Patents

Description

"Akselerometer"

Den foreliggende oppfinnelse angår, akselerometre, dvs. organer til å avføle eller måle akselerasjoner.

Mer spesielt angår oppfinnelsen forbedringer ved akselerometre av den type som omfatter et organ som bringes til å vibrere når akselerometeret utsettes for en akselerasjon over en viss terskelverdi.. I resten av den foreliggende beskrivelse vil et slikt akselerometer bli omtalt som "et akselerometer av den beskrevne type".

Vibrasjonen av organet bevirker at der skaffes et signal som, ved enkle former for akselerometeret, rett og slett kan indikere at der foreligger en akselerasjon som er større enn terskelverdien. Ved mer raffinerte utførelsesformer for akselerometeret kan imidlertid signalet innrettes til i det minste å indikere størrelsen og eventuelt retningen av akselerasjonen.

Ved et kjent akselerometer av den beskrevne type er organet et fjærende blad av ferromagnetisk materiale, som kan vibrere i ett plan og ved sin frie ende bærer et bløttjernsanker. I bladets hvilestilling befinner ankeret seg mellom og stort sett i like store avstander fra et par polstykker av bløttjerri, som først strekker seg vekk fra ankeret og så nedover hovedsakelig i rett vinkel til den første retning og parallelt med bladet til de kommer på linje med dettes fot. Mellom den nedre ende av hvert polstykke og bladet og i berøring med vedkommende polstykke og bladet er der anordnet en stavmagnet hvis ene pol berører enten bladet eller den ene side av et ferromagnetisk innspenningsstykke som holder bladet. Således kan begge N-poler være i berøring med bladet.

Sluttelig er der rundt den nedragende arm av hvert polstykkeanordnet en opptaksspole. Således omfatter akselerometeret to -magnetiske kretser, idet bladet er felles for dem begge, og når bladet settes i vibrasjon ved at akselerometeret utsettes for en akselerasjon større en terskelverdien, vil ankeret bevege seg frem og tilbake mellom polstykkene, samtidig som den magnetiske fluks i hver krets endrer seg periodisk og tilsvarende spennings-variasjoner fremkommer over klemmene på hver av spolene. Spole-klemmene blir i praksis forbundet med opptegnings- eller indi-keringsinstrumenter, og forekomsten av spenningene er en indikasjon på at bladet vibrerer, og at instrumentet blir eller er blitt utsatt for en akselerasjon større enn terskelverdien.

Når akselerometeret utsettes for en akselerasjon som er rettet - eller har en komponent som er rettet - parallelt med det magnetiske felt mellom polstykkene og er større enn terskelverdien, forskyves bladet noe i den ene retning så lenge akselerasjonen varer. Når den opphører, vil imidlertid bladet for en stund svinge frem og tilbake mellom polstykkene med stadig avtagende amplitude inntil det kommer til ro. Som følge av dette vil der på spolens klemmeledninger opptre en hovedsakelig sinusformet, spenning, hvis første toppverdi har sammenheng med størrelsen av den akselerasjon som meddeles akselerometeret. Deretter fortsetter det sinusformede utgangssignal med samme frekvens, men med avtagende amplitude inntil svingningene opphører. Et mål for akselerasjonen kan man få fra størrelsen av den begynnende topp-spenningsverdi eller ved en inspeksjon av den avtagende kurve, hvis form naturligvis avhenger av akselerometerets mekaniske og elektromagnetiske data.

En ulempe ved et slikt kjent akselerometer som er beskrevet ovenfor, er at det bare kan reagere på akselerasjoner som i det minste har en komponent i en bestemt retning. Behøves en indikasjon eller måling av en akselerasjon resp. en komponent av denne, i en annen retning, må der brukes minst to slike akselerometre passende anordnet i. forhold til hverandre.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse, er å skaffe et akselerometer hvor de ovennevnte ulemper er unngått.

Et trekk ved den foreliggende oppfinnelse går ut på at det organ som ved et akselerometer av den innledningsvis angitte art bringes til å vibrere når akselerometeret utsettes for en aksele rasjon som er større enn en viss terskelverdi, kan vibrere i mer enn ett plan og under vibrasjon bevirker at en fysisk parameter hos akselerometeret undergår en endring som er forskjellig

fra en dimensjonsendring forårsaket av deformasjon. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen går ut på at: a) organet har en slik tverrsnittsform at det har karakteristiske, men forskjellige vibrasjonsfrekvenser i to på hinannen

loddrette plan,

b) organet har rund tverrsnittsform og akselerometeret erinnrettet slik at vibrasjoner av organet i to gitte plan bevirker

at de nevnte fysiske parametre undergår avfølbare forskjellige endringer som er karakteristiske for vibrasjoner i de to gitte plan, c) den nevnte fysiske parameter er den magnetisk fluks- i en magnetisk krets i akselerometeret,

d) den fysiske parameter er kapasitet,.

e) den fysiske parameter utgjøres av belysningsintensiteten

hos et fotooptisk organ.

Ifølge en første utførelsesform for oppfinnelsen er det langstrakte organ opplagret ved den ene ende, og akselerometeret innbefatter to magneter eller magnetiserbare elementer anordnet hovedsakelig vinkelrett på hverandre i opplagringsområdet og i de to gitte plan, et polstykke som er tilknyttet hver magnet eller magnetiserbart element, og som ender ved en flate som vender mot organet over en avstandsdannende spalte på et sted i avstand fra opplagringsstedet, en elektrisk opptaksspole som er anordnet rundt det langstrakte organ på et sted mellom opplagringsstedet og spalten og tjener til, når den er virksom, å skaffe to magnetiske kretser, som hver passerer gjennom organet, over det til-hørende luftgap til en magnet resp. et magnetiserbart element via et polstykke, samtidig som akselerometerets oppbygning er slik at det langstrakte organ under virkningen av en akselerasjon eller akselerasjonskomponent parallell med i det minste ett av de to gitte plan, vil vibrere og derved bevirke en endring i bred-den av i minst én av de avstandsdannende spalter og en spenning på opptaksspolens klemmer som følge av en endring i flukssammen-kjedninger med opptaksspolens vindinger forårsaket av fluksendringer i de magnetiske kretser.

I henhold til en annen utførelsesform for oppfinnelsen bæres det langstrakte organ ved sin ene ende, og akselerometeret innbefatter et magnetisk eller magnetiserbart element anordnet mellom festepunktet og et polstykke som har en endeflate som vender mot organet tversover en avstandsdannende spalte på et sted som ligger i avstand fra festepunktet, en elektrisk opptaksspole anordnet rundt det langstrakte organ på et sted mellom festepunktet og-spalten, samtidig som endeflaten av polstykket er tilspisset, slik at spaltevidden når det langstrakte organ vibrerer i retning hovedsakelig tvers på den avsmalnende endeflate av polstykket, vil øke eller avta med en verdi som er avhengig av vibra-sjonsgraden.

Oppfinnelsen vil nå bli belyst ved eksempler under henvis-ning til tegningen. Fig. 1 er et perspektivriss av et akselerometer av kjent. art. Fig. 2 er et perspektivriss av en første utførelsesform for

et akselerometer ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 3 er et perspektivriss av en annen utførelsesform for

akselerometeret ifølge oppfinnelsen.

Fig. 4 anskueliggjør vibrasjonsformer for et organ hos akselerometeret på fig. 3 samt spenningsbølgeformer fra dette.

På fig. 1 omfatter akselerometeret et organ 1 i form av en bladfjær som bærer et anker 2 og er i stand til å vibrere bare

i ett plan. -På fig. 1 er dette Y-Y' planet. 4, 4' betegner polstykker som på sine nedragende ben bærer, opptaksspoler 6, 6'

med stavformede permanentmagneter.5, 5' anordnet mellom endene av polstykkene og fastspenningsorganer 3, 3' som forstykket av organet 1 fastholdes i.

På fig. 2, hvor like henvisningstall betegner tilsvarende deler som på fig. 1, er der vist et akselerometer i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Her vibrerer organet 1 under virkningen av en akselerasjon større enn en viss terskelverdi, idet organet her er utført med kvadratisk tverrsnitt og i den viste utførelsesform har vibrasjoner i henholdsvis X-X' planet og Y-Y' planet.

En eller flere akselerasjoner som er parallelle med eller har en eller flere komponenter parallelle med den ene eller begge armene 4, 4' av polstykkene, vil, idet akselerasjonen(e) eller dennes (eller disses) komponent(er) således foregår i det ene eller det annet av planene X-X<1>og Y-Y<1>, bringe organet 1 til å vibrere. Derved blir vidden av den ene eller annen eller begge spaltene mellom polstykkene 4 og 4' bragt til å endre seg tilsvarende og på en bestemt måte, og en vekselspenning vil opptre på klemmene av opptaksspolen 6 som følge av den endrede kraft-linje-sammenkjedning med spolens vindinger forårsaket av endringer i fluksen i de magnetiske kretser 4'-1-5' og 4-1-5.

Et akselerometer som vist på fig. 1 vil rett og slett gi

en indikasjon om at der opptrer en akselerasjon større enn en viss terskelverdi. Ved å anordne opptaksspoler på passende deler, f.eks. på de nedragende ben av polstykkene 4, 4", er det mulig å sondre mellom akselerasjoner som er parallelle med henholdsvis armen 4 og 4'.

Imidlertid kan denne sondering oppnås ved at man erstatter organet 1 med kvadratisk tverrsnitt med et organ med rektangulært tverrsnitt, idet de største sider av rektangelet legges parallelt med X-X' planet. Utgangsspenningen frs spolen 6 vil da ha en frekvens som er karakteristisk for vibrasjonen av organet 1 i X-X' planet eller Y-Y<1>planet, eller ha en frekvens som skyldes en kombinasjon av disse to frekvenser avhengig av akselerasjonens retning. I det sistnevnte tilfelle vil der fås en sammensatt spenningsbølgeform som er en kombinasjon av bølgeformer ved de karakteristikse vibrasjonsfrekvenser som.forekommer i X-X<*>og Y-Y' planene,, og som har amplituder som er avhengige av den akslerasjonsretning som akselerometeret utsettes for. Ved analyse av en slik bølgeform er det mulig å bestemme størrelsen av akse-lerasjonene i retninger som er parallelle med de respektive armer 4 og 4<*>. For innen visse grenser å muliggjøre en endring av organets vibrasjonsfrekvens etter ønske, er der på organet 1 anordnet et innstillbart lodd 7.

På fig. 3, hvor like henvisningstall angir tilsvarende deler som på fig. 1 og 2, er permanentmagnetstaven 5 anordnet mellom et polstykke 4 og et ferromagnetisk bæreorgan 8.. Til dette er der festet et organ 1 med rundt tverrsnitt. Organet 1 er ført gjennom en opptaksspole 6 og bærer ved sin øvre ende et lodd 7, hvis stilling kan endres for innen visse grenser å endre organetsvibrasjonsfrekvens. Her omfatter den magnetiske krets organet 1, bærestykket 8, magneten 5, polstykket 4 og luftspalten mellom

enden av polstykket 4 og organet 1.

Organet 1 er her i stand til å vibrere fritt i en hvilken som helst retning unntagen Z-Z' retningen. Det er imidlertid funnet at når den ende av polstykket 4 som vender mot organet 1, er tilspisset som vist, vil den spenningsbølgeform som opptrer på klemmene hos spolen 6 når organet vibrerer i Y-Y<1>planet, ha en frekvens som er dobbelt så høy som den der fås når organet oscillerer i X-X' planet. På fig. 4 er disse frekvenser inn-tegnet som henholdsvis, 2f0 og fO, hvor fO er den naturlige vibrasjonsfrekvens for organet 1.

Vibrasjoner av organet 1 i et hvilket eller hvilke som helst plan som er forskjellige fra X-X* og Y-Y planene, vil fremskaffe en sammensatt bølgeform som er en kombinasjon av bølgeformer med frekvenser fO og 2f0, og med amplituder som er avhengige av den retning hvori akselerasjonen påvirker akselerometeret. Ved analyse av en slik sammensatt bølgeform er det mulig å bestemme stør-relse og retning av den bibragte akselerasjon.

Claims (8)

1. Akselerometer til å avføle eller måle akselerasjoner, om-fattende et organ som bringes til å vibrere når akselerometeret utsettes for en akselerasjon større enn en terskelverdi, karakterisert ved at organet kan vibrere i mer enn ett plan, og når det vibrerer, bevirker en endring i en fysisk parameter hos akselerometeret forskjellig fra en dimensjonsendring forårsaket av deformering.

2. Akselerometer som angitt i krav 1, karakterisert ved at organet er langstrakt, og har en slik tverrsnittsform at det har karakteristiske, men forskjellige vibrasjonsfrekvenser i to på hinannen loddrette plan.

3. Akselerometer som angitt i krav 1, karakterisert ved at organet er langstrakt og har rund, rektangulær eller kvadratisk tverrsnittsform, og at organets vibrasjoner i to gitte plan bevirker avfølbare forskjellige endringer i de nevnte fysiske pa rametre karakteristiske for vibrasjonene i de to gitte plan.

4. Akselerometer som angitt i krav 3, karakterisert ved at parameteren er den magnetiske fluks i en magnetisk krets i akselerometeret, en kapasitet eller belysnings-intensitet hos et fotooptisk organ.

5. Akselerometer som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at det langstrakte organ bæres ved sin ene ende, at akselerometeret også innbefatter to magneter eller magnetiserbare elementer anordnet hovedsakelig vinkelrett på hverandre i området for festepunktet og i de to gitte plan, et polstykke som er tilknyttet hver magnet eller magnetiserbart element, og som ender ved en flate som vender mot organet tversover en avstandsdannende spalte på et sted borte fra festestedet, en elektrisk opptaksspole anordnet rundt det langstrakte organ på et sted mellom festestedet og spalten, idet spolen tjener til, når den er. virksom,. å fremskaffe to magnetiske kretser, idet hver krets går gjennom organet, over den passende luftspalte til et magnetisk/magnetiserbart element via et fundamentstykke, og idet akselerometeret er konstruert slik at når det utsettes for en akselerasjon som er parallell med eller har en komponent som er parallell med i det minste ett av de to gitte plan, så vil det langstrakte organ vibrere, noe som fører til en endring i stør-relsen av i det minste én av de avstandsdannende spalter og en spenning på opptaksspolens klemmer som følge av endring i fluks-linjesammenkjedningen med vindingene i opptaksspolen forårsaket av fluksendringer i de magnetiske kretser.

6. Akselerometer som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det langstrakte organ bæres ved sin ene ende, at akselerometeret også innbefatter en magnet eller et magnetiserbart element anordnet mellom festepunktet og et polstykke som ender slik at det vender mot organet tversover en avstandsdannende spalte på-et sted som ligger borte fra festepunktet, en elektrisk opptaksspole som er anordnet rundt det langstrakte organ på et sted mellom festepunktet og spalten, og hvis endeparti er utført tilspisset, slik at når det langstrakte organ vibrerer i en retning hovedsakelig på tvers av retningen for det tilspissede endeparti av polstykket, vil den avstands-dan nende spalte øke eller minke med en størrelse avhengig av til-spissingsgraden og vibrasjonen.

7. Akselerometer som angitt i krav 6 eller 7, karakterisert ved et lodd som bæres på det langstrakte organ på et sted i avstand fra festepunktet og tjener til å fremskaffe en karakteristisk vibrasjonsfrekvens for organet.

8. Akselerometer som angitt i krav 7, karakterisert ved at loddet kan forstilles på langs av organet for å variere dets vibrasjonsfrekvens.