NO860460L - Transduser. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører transducere og mer spesielt et opphengningssystem for bruk i forbindelse med transducere med meget høy ytelse, f.eks. akselerometere.

Et eksempel på en tidligere kjent akselerometerkonstruk-

sjon med høyt ytelsespotensial er beskrevet i US-patent nr. 3.70 2.073. Denne konstruksjonen er sammensatt av tre hovedkomponenter, nemlig en prøvemasseenhet som er opplagret mellom øvre og nedre statorer. Prøvemassen omfatter en bevegelig flik eller tunge som er opphengt via bøyningselementer til et ytre, ringformet bæreorgan. Tungen og det ytre, ringformede bæreorgan er vanligvis fremstilt i et stykke av smeltet kvarts.

Buede kondensator-avfølingsplater er dannet på den øvre og den nedre overflate av tungen ved hjelp av en gullavsetning.

I tillegg er øvre og nedre krafttilbakeførende spoler eller torsjonsspoler også montert på tungens øvre og nedre overflater. Hver torsjonsspole er viklet på en sylindrisk kjerne og er slik posisjonert på tungen av sylinderens langsgående akse faller sammen med en linje som strekker seg gjennom midtpunktet og er normal til prøvemasseenhetens topp- og bunnflater.

En rekke monteringsputer er ved hjelp av syreetsing og påfølgende avsetning av et valsbart metall slik som gull, dannet ved adskilte mellomrom omkring det ytre, ringformede bæreorgans øvre og nedre overflater. Disse kontaktputer passer sammen med plane overflater som er tilveiebragt på den øvre og den nedre stator når enheten er sammensatt.

Hver stator er hovedsakelig sylindrisk og har en boring gjennom sin plane overflate. Inne i boringen er anordnet en permanent magnet. Boringen og permanentmagneten er slik konstruert at prøvemasseenhetens torsjonsspole passer inn i boringen, idet permanentmagneten da blir posisjonert inne i torsjons-spolens sylindriske form. Hver stators permanentmagnet er således i en magnetkrets-konfigurasjon med et magnetfelt som frembringes av en strøm gjennom den tilsvarende torsjonsspole.

På statorenes plane overflate er også anordnet kapåsitive plater konstruert for å danne kondensatorer sammen med de øvre og nedre kondensator-avfølingsplater på prøvemasseenheten. Bevegelse av tungen i forhold til de øvre og nedre statorer resulterer, således i en differensiell kapasitansforandring mellom de kondensatorer som dannes ved tungens øvre og nedre over-

flater.

Under drift blir akselerometerenheten festet til den gjenstand som skal overvåkes. Akselerasjonen av gjenstanden resulterer i en pendlende rotasjonsmessig forskyvning av tungen i forhold til det ytre, ringformede bæreorgan og den øvre og den nedre stator. Den resulterende differensielle kapasitansforandring som forårsakes av denne forskyvning, kan avføles ved hjelp av passende kretser. Kretsene frembringer så en strøm, som når den tilføres torsjonsspolene, har tendens til å tilbakeføre tungen til dens nøytrale stilling. Størrelsen av den strøm som er nødvendig for å 'tilbakeføre" tungen er direkte avhengig av akselerometerets akselerasjon.

Akselerometeret av den type som er beskrevet i forannevnte patent, kan bli utsatt for termiske spenninger på grunn av mis-tilpasninger i den termiske utvidelseskoeffisienten for materialer som er forbundet med hverandre. Bruken av statorer med symmetrisk geometri har en tendens til å kansellere de fleste av de resulterende, uønskede termiske spenninger. Fremstillings-toleranser og ustabiliteter i materialer kan imidlertid skape mekaniske spenninger som i en viss grad deformerer akselerometerets tunge-avfølende element. I tillegg er vanligvis den termiske utvidelseskoeffisienten til prøvemassen, innbefattet det ytre, ringformede bæreorgan (som fortrinnsvis er laget av smeltet kvarts) mindre enn den termiske utvidelseskoeffisienten for den øvre og den nedre stator (som vanligvis er dannet av en metallegering). Over akselerometerets arbeidstemperatur blir derfor termiske spenninger skapt ved kontaktpunktene mellom prøvemasseenheten og statorene.

De ovenfor nevnte spenninger blir overført i prøvemassens ytre, ringformede bæreorgan. Ufullkommenheter i det ytre, ringformede bæreorgan og bøyningselementene kan omforme den resulterende spenning i utgangs-forspenningsfeil. I tillegg kan de termiske spenninger resultere i krypende og diskontinuer-lige bevegelser ved grenseflaten mellom prøvemasseenheten og statorene. Slike uønskede bevegelser modulerer spenningene på prøvemassen og kan frembringe betydelige hysteresefeil i akselerometeret ment for anvendelser med høy ytelse.

De ovenfor nevnte termiske spenninger kan videre resultere i bevegelse av torsjonsspolene i forhold til statorenes perma- nentmagneter. Slik bevegelse kan frembringe en fluxtetthet-varians mellom det felt som frembringes av spolene og permanentmagnetene og derved endre akselerometerets følsomhet. Denne virkningen er repeterbar og er derfor en feilkilde bare i sys-temer som ikke kompenserer for stabile temperaturvirkninger.

Etter det forannevnte patent er det gjort forsøk på å redusere de ovenfor beskrevne termiske spenninger. F.eks. er det blitt konstruert statorer av materialer som har en termisk utvidelseskoeffisient meget nær den for kvarts, for derved å redusere termisk spenning mellom prøvemasseenheten og statorene.

Til tross for slike forbedringer er det ønskelig å identi-fisere ytterligere anordninger for å minimalisere kilder til unøyaktighet, spesielt for akselerometeranvendelser som krever meget høy presisjon.

Det er derfor ønskelig å tilveiebringe et opphengningssystem for fjerning av de termisk inducerte spenninger som er skapt mellom prøvemassen og statorene i en transducerenhet.

En transducerenhet omfatter ifølge oppfinnelsen en prøve-masse, innbefattet et masseelement opphengt fra et bæreorgan for bevegelse i forhold til dette, og en statoranordning for å understøtte prøvemassen. En monteringsanordning fester prøve-massen til statoren. Monteringsanordningen omfatter minst et elastisk eller fjærende element anbragt for å tilveiebringe den mekaniske forbindelse mellom tilstøtende punkter på prøvemassen og statoren. Fjæringsaksen eller bøyningsaksen til det fjærende element er på forhånd innrettet til å tilveiebringe spennings-avlastning mellom prøvemassen og statoren. Det vises til de vedføyde tegninger, hvor: Fig. 1 er en utspilt skisse av en tidligere kjent akselero-meterenhet;

fig. 2 er en perspektivskisse av en type fjærende element som kan brukes i et transducer-opphengningssystem konstruert i samsvar med oppfinnelsen;

fig. 3 er et oppriss av en forbedret stator som anvender fjærende elementer i samsvar med oppfinnelsen;

fig. 3a er en perspektivskisse av et fjærende element som er et alternativ til det fjærende element som er vist på fig. 2, for bruk i arrangementet på fig. 3;

fig. 4 er en prøvemasseenhet for bruk i forbindelse med

statoren på fig. 3;

fig. 5 viser et tverrsnitt gjennom et sammensatt akselerometer som anvender statoren og prøvemasseenheten på henholdsvis fig. 3 og 4;

fig. 6 illustrerer en alternativ posisjonering av de fjærende elementer i statoren for å holde en torsjonsspole i fast rommessig forhold til statoren over akselerometerets arbeidstemperatur-område;

fig. 7 er et oppriss av et alternativt arrangement av de fjærende elementer posisjonert for å tilveiebringe temperaturkompensasjon for termisk inducerte variasjoner i fluxtetthets-karakteristikkene til en torsjonsspole- og magnetpolstykke-konstruksjon;

fig. 8 er et oppriss av et alternativt arrangement av en stator som illustrerer bruken av et enkelt fjærende element;

fig. 9 er en perspektivskisse av en fjærende element som illustrerer bøyning i enden av dette som passer med prøvemasse-enheten;

fig. 10 er et sideriss av øvre og nedre fjærende elementer som passer til puter på prøvemasseenheten, og som illustrerer feilinnretning av de fjærende elementer som skaper en torsjon i prøvemassen;

fig. 11 er en perspektivskisse av en alternativ utførelses-form av det fjærende element som er dannet i et stykke med statoren og omfatter tre parallelle bjelker som deler et felles topp-parti med en toppoverflate som passer til prøvemasse-enheten;

fig. 12 viser et tverrsnitt av en alternativ konstruksjon

av det fjærende element hvor bjelker under spenning bærer et kontaktelement hvis øvre overflate passer til prøvemasseenheten og beveges i parallell i forhold til denne som reaksjon på bøyning av bjelkeelementene;

fig. 13 er et oppriss av en alternativ konstruksjon av

det fjærende element dannet som et par motstående steg som utgjør opphengning for et kubisk kontaktelement;

fig. 14 er en perspektivskisse som viser en alternativ konstruksjon av det fjærende element/her dannet med steg som er i kontakt med kantpartier av et kubisk kontaktelement;

fig. 15 er ehperspektivskisse som illustrerer en alterna-

tiv konstruksjon av det fjærende element hvor en rekke utkragede bjelkeelementer er sammenføyd med et felles kontaktelement;

fig. 16a, 16b illustrerer alternative konstruksjoner av

det fjærende element, her formet som en uavhengig komponent som kan monteres i transducerenheten; og

fig. 17 er et grunnriss over en stator som anvender det fjærende element på fig. 16a.

Fig. 1 er en utspilt skisse av et akselerometer av den generelle type som er beskrevet i US-patent nr. 3.702.073. Her er et akselerometer, antydet generelt med 10, sammensatt av tre hovedkomponenter, nemlig en prøvemasseenhet 12 og en øvre og nedre stator, eller magnetenheter henholdsvis 14, 16.

Statorene 14, 16 er sylindriske og har motstående plane overflater henholdsvis 18, 20 som er anordnet for å passe sammen med prøvemasseenheten 12. En boring,slik som boring 22, ér anordnet i den sentrale del av hver stator 14 og 16 slik åt v en sentralt anbragt permanentmagnet kan festes til eller dannes i denne. Boringen 2 2 i den nedre stator 16 er vist med en sylindrisk permanentmagnet 24, mens den tilsvarende boring og permanentmagnet på den øvre stator ikke er vist. Elektriske kontaktpinner 26 og 28 er anbragt i boringer som er adskilt fra" hverandre i den nedre stators 16 plane overflate 20. Ved sammensetning av akselerometeret tilveiebringer pinnene 26 og 28 forbindelser til kontaktputer på prøvemasseenheten. Prøvemasse-enheten 12 er sammensatt av et masseelement, vanligvis kalt en tunge eller flik 30. Tungen 30 er hovedsakelig sirkulær og er forbundet til et ytre, ringformet bæreorgan 32 gjennom et par bøyningselementer 34 og 36. Tungen 30, det ytre,ringformede bæreelement 32 og bøyningselementene 34 og 36 er fortrinnsvis dannet i et stykke av smeltet kvarts.

En buet kondensator-avfølingsplate 38 er dannet på den øvre overflate av tungen 30, f.eks. som en gullavsetning. En tilsvarende kondensator-avfølingsplate (ikke vist) strekker seg buet langs den ytre periferi av den nedre overflate på tungen 30.

Et par torsjonsspoler 40 og 42 stiger opp fra henholdsvis

de øvre og nedre overflater av tungen 30. Hver torsjonsspole er sammensatt av flere viklinger med kobbertråd på en sylindrisk kjerne. Torsjonsspolene 40 og 42 er montert til tungen 30 slik

at den langsgående akse for hver torsjonsspolekjerne er sammenfallende med en linje som strekker seg gjennom senteret av prøvemasseenheten 12, og normalt til de øvre og nedre overflater av tungen 30.

Elektriske forbindelser til kondensator-avfølingsplatene,

slik som plate 38, og til de øvre og nedre torsjonsspoler 40

og 42 er tilveiebragt via tynnfilm-avfølingsledere 44 og 46

som strekker seg over bøyningselementene 34 og 36 til kontakt-

puter 4 8 og 50 dannet på det ytre, ringformede bæreorgan 32.

En rekke kontaktputer 52 er dannet ved adskilte vinkel-

messige mellomrom omkring den øvre overflate av det ytre, ringformede bæreorgan 32. Tilsvarende kontaktputer (ikke vist)

er dannet på bæreorganets 32 nedre overflate. Kontaktputene er vanligvis dannet ved hjelp av syreetsing.

Ved sammensetning av akselerometeret 10 blir prøvemasse-enheten 12 opplagret mellom de øvre og nedre statorer 14. og 16: ved kontaktpunkter som defineres av de tre opphøyde kvartskon-' ' < ^' taktputer 52.

Et par kondensatorer blir dannet av det sammenstilte - akselerometer 10. Den første kondensator har adskilte, hoved—■ ; - sakelig parallelle plater omfattende den øvre kondensator- " f avfølingsplate 38 og den øvre stators 14 plane overflate 18. • >*/- Den annen kondensator dannes av den kondensator-avf ølingsplate ' som er anbragt på tungens nedre overflate (ikke vist) og den nedre stators 16 plane overflate 20. Bøyning av tungen 30* i ^ - " forhold til det ytre, ringformede bæreorgan 32 og de plane overflater 18 og 20 på de øvre og nedre statorer 14 og 16 frembrin- : ■ ~u ger en differensiell forandring i disse to kondensatorers kapa^ '^n.. sitans.

Sammensetning av akselerometeret 10 resulterer også i at torsjonsspolene 40 og 42 blir koaksialt opptatt i de ringformede hulrom som dannes mellom permanentmagnetene, slik som magnet 24,

og veggen i boringene, slik som boring 22.

Under drift er akselerometeret 10 festet til den gjenstand hvis akselerasjon skal bestemmes. Akselerasjonen av gjenstanden resulterer i en pendlende, rotasjonsmessig forskyvning av tungen 30 i forhold til det ytre, ringformede bæreorgan 32 og statorene

14 og 16, med resulterende differensiell forandring i de to kondensatorers kapasitans. Forandringen i kapasitansen blir avfølt ved hjelp av egnede avfølingskretser (ikke vist). Avfølings-kretsene frembringer på den kjente servomåte en strøm som blir ført til viklingene i torsjonsspolene 40 og 42. Strømmen resulterer i magnetfelt som i kombinasjon med statorens permanent-magneter,slik sommagnet 24, frembringer en kraft som har tendens til å "tilbakeføre" tungen 30 til dens hvileposisjon. Denne strøm er direkte avhengig av akselerometerets akselerasjon og kan som sådan, brukes til å frembringe en akselerasjonsavles-ning.

Som tidligere nevnt er den tidligere kjente akselerometer-konstruksjonen på fig. 1 utsatt for hysterese og utstabiliteter som skyldes termisk inducert spenning og påkjenning mellom prøvemasseenheten 12 og de øvre og nedre statorer 14 og 16.

For eksempel er den termiske utvidelseskoeffisienten til en kvarts-prøvemasse 12 mindre enn den for statorene 14 og 16, som vanligvis er konstruert av en legering slik som den kommersielt tilgjengelige Invar-legering. Termiske spenninger mellom prøve-masseenheten 12 og statorene 14 og 16 blir som et resultat skapt over akselerometerets arbeidsområde.

De ovenfor beskrevne termiske spenninger som overføres gjennom putene 52, har tendens til å forvri det ytre, ringformede bæreorgan 32. Ufullkommenheter i det ytre, ringformede bæreorgan 32 og bøyningselementene 34, 36 kan transformere denne forvrengning til forskyvning av tungen 30. Forvridningen frembringer en forskyvning av kondensator-avfølingsplaten som blir avfølt av servo-detektorkretsene (ikke vist). Servo-detektorkretsene reagerer med å produsere en strøm gjennom torsjonsspolene 40, 42 for derved å tilbakeføre tungen 30. Denne posi-sjonsforandring får bøyningselementene 34, 36 til å frembringe et motsatt rettet moment som skaper en forspennings-feilstrøm i akselerometerets utgang.

Slike spenninger kan i tillegg frembringe en feilinnret-

ning mellom torsjonsspolene 40, 42 og magnetpolstykkene til statormagnetene, slik som magnet 24, og endrer derved akselerometerets følsomhet.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en anordning

for å avlaste termisk inducerte spenninger mellom tunge og stator gjennom bruk av et opphengningssystem som innbefatter fjærende elementer. I tillegg tilveiebringer de fjærende ele-

menter stiv understøttelse av prøvemassen mot seismiske belastninger. Fig. 2 illustrerer en foretrukket utførelsesform av et slikt fjærende element, som her omfatter et bjelkeorgan 70. Bjelkeorganet 70 er fortrinnsvis dannet i akselerometerets øvre og nedre statorer, dvs. formet som et enhetlig stykke av hver stator, og tilveiebringer den mekaniske kontakt mellom statorene og prøvemasseenheten. Uansett konstruksjonsmetoden er bjelken 70 konstruert for å bære søylebelastninger i Z-aksen, og for å være fjærende i et plan som inneholder den øvre overflate av bjelken 70, for påførte krefter langs X-aksen, mens den er forholdsvis stiv overfor påførte krefter langs Y-aksen.

En karakteristikk ved homogene materialer lik som smeltet kvarts og metall-legeringen Invar, er at de utvider seg likt i alle retninger som reaksjon på termiske spenninger. Termisk utvidelse vil få et gitt punkt på et slikt materiale til å bevege seg direkte, radialt bort fra et referansepunkt, idet der ikke er noen bevegelseskomponent til siden. Den foreliggende oppfinnelse gjør bruk av denne karakteristikk ved å innrette den fjærende X-akse av hver bjelke med denne rene radiale bevegelse. Den stive Y-aksen som er ortogonal til X-aksen, forblir fullstendig uten påkjenning i nærvær av ren termisk utvidelse. Anta at bjelkene, slik som bjelke 70, er uendelig stive i sine Y-akser, da definerer skjæringspunktet mellom X-aksene til to eller flere bjelker et fast eller stabilt punkt, dvs. et punkt uten relativ bevegelse, mellom prøvemasseenheten og statorene uavhengig av om prøvemasseenheten og statorene er i direkte kontakt ved det stabile punkt.

Som beskrevet i det følgende er bjelkene/slik som bjelke 70, tilveiebragt i en konstruksjon slik at deres fjærende X-akser skjærer hverandre ved et enkelt, valgt punkt for formål som skal beskrives nedenfor. Dette punkt vil derfor være et fast eller stabilt punkt mellom prøvemasseenheten og statorene, mens bjelken er fri til å deformeres direkte langs sin X-akse for å kompensere for termisk induserte påkjenninger.

Fig. 3 er et oppriss av en plan overflate av en stator og illustrerer en utførelsesform av opphengningssystemet for den foreliggende oppfinnelse. Denne statoren er spesielt konstruert for bruk i et akselerometer av den type som er beskrevet under henvisning til fig. 1.

Statoren 80 er fortrinnsvis maskinert fra en legering av

den type som oppviser en lav termisk utvidelseskoeffisient med høy magnetisk permeabilitet, slik som den kommersielt tilgjenge-lig legeringen Invar, med opphøyde ytre ringpartier 8 2 og et opphøyet kapasitivt plateparti 84. Det kapasitive platepartiet 84 er buet utformet for å bli innrettet med det kapasitive platepartiet av prøvemasseenhet av den type som er skissert på

fig. 4.

Statoren 80 omfatter et magnetpolstykke 86 som er koaksialt anbragt inne i en sylindrisk boring 88. På samme måte som ved konstruksjonen på fig. 1, er statoren 80 konstruert slik at en torsjonsspole (ikke vist) på prøvemasseenheten blir opptatt mellom veggen i boringen 88 og polstykket 86 slik at torsjons-spolens langsgående akse faller sammen med polstykkets 86 langsgående akse.

To nedskjæringer 91 og 9 3 er dannet ved forutbestemte om-kretsmessige adskilte steder på ringen 82. Bjelkeorganer 94 og 96 strekker seg over de nedfelte partier 91 og 93 til nivået for ringen 82. Hvert bjelkeorgan er konstruert slik at dets fjærende X-akse skjærer et punkt 98 hvor puten 132 er i kontakt med det ytre ringpartiet 82. Videre er hver bjelke 94, 96 konstruert slik at den er stiv overfor påførte krefter langs både sin Y-akse, som vist, og sin Z-akse (som strekker ség ut av papiret) .

I den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen ble bjelkeorganene 94 og 96 utformet i ringen 80 ved hjelp av elektron-utladnings-maskinering. Det skal imidlertid forstås at alle"

andre fremgangsmåter for dannelse av bjelkene 94, 96 er innen-

for oppfinnelsens ramme.

Fig. 3a er en perspektivskisse av hvert av bjelkeorganene

94 og 96 dannet i en konstruksjon av oppfinnelsen. I denne konstruksjonen har hver stator en diameter på 2,222 cm (0,875 tommer), en dybde på 0,767 cm (0,302 tommer) og ble laget av den kommersielt tilgjengelige Invar-legering. Den tilsvarende prøve-masseenhet (fig. 4) hadde en diameter på 2,222 cm (0,875 tommer), en tykkelse på 0,762 cm (0,0 30 tommer) og var laget av smeltet kvarts.- Hvert bjelkeorgan hadde en høyde h på 0,686 cm (0,270 tommer), en minste utstrekning X^på 0,201 cm (0,079 tommer),

en hovedutstrekning X2på 0,229 cm (0,090 tommer), en radius r

på 0,022 cm (0,0085 tommer) og en bredde w på 0,04 3 cm

(0,017 tommer).

Fig. 4 illustrerer en prøvemasse 110 dannet for bruk med statoren 80 på fig. 3. Prøvemassen 110 er fortrinnsvis laget av smeltet kvarts og omfatter et ytre,- ringformet bæreorgan

112 og en tunge 114. Tungen 114 er hengslet inne i bæreorganet 112 via et par bøyningselementer 116 og 118. Et buet, kapasi-

tivt plateavfølingsparti 120, fortrinnsvis dannet ved hjelp av gullavsetning, er dannet på tungen 114. En lignende kapasitiv avfølingsplate (ikke vist) er dannet på den motsatte side av tungen 114. Elektriske forbindelser til den kapasitive plate

120 er foretatt via filmledere 122 og 124 som strekker seg langs overflaten av bøyningselementene 116 og 118 til kontaktputer

126 og 128 som er tilveiebragt på bæreorganet 112. Tre opp-

høyde puter 131-13 3 er tilveiebragt ved adskilte steder på bæreorganet 112. Disse puter er fortrinnsvis dannet ved hjelp

av syreetsing med påfølgende avsetning av et valsbart metall, slikt som gull. Putene 131-133 er posisjonert for å være i kontakt med de tilsvarende bjelkeorganer 94 og 96 og det stabile punkt 98 på statoren, som vist på fig.- 3.

Fortrinnsvis er putene 131 og 133 og de tilsvarende bjélke-organer 94 og 96 posisjonert slik at det kontaktpunkt mellom dem ' som ligger nærmest statorens senter, er på en linje som strek-

ker seg gjennom sentroiden 140 for den kapasitive plate 120.

Som beskrevet i US-patent nr. 4.250.757.kan forspenningsfeil

som er et resultat av festingen av det ringformede bæreorgan ■

ll2 mellom statorene, reduseres ved å anbringe kontaktpunktene slik mellom prøvemassen 110 og statoren slik som statoren 80

på fig. 3. I samsvar med dette patent er arealet av lederne 122 og 124 innbefattet ved bestemmelsen av sentroiden 140.

I tillegg er pute 132 og det stabile punkt 98 posisjonert

på en linje som strekker seg gjennom statorens 80 sentrum og er ortogonal til den linje som strekker seg gjennom de andre kontaktpunktene.

Fig. 5 er et tverrsnitt gjennom et akselerometer med stato-

rer 200 og 202 utformet i samsvar med fig. 3, og en prøvemasse

204 utformet i samsvar med fig. 4. Som vist er kontaktpunktene mellom statorene 200 og 20 2 og prøvemassen 204 etablert ved grenseflaten mellom bjelkeelementene 220 og 222 som er dannet i

statorene 200 og 202, og de opphøyde puter 224 og 226 som er dannet på henholdsvis den øvre og nedre overflate av prøve-

massen 204. Et lignende kontaktarrangement eksisterer mellom det andre sett med bjelkeorganer og tilsvarende opphøyde puter (ikke vist). Det siste kontaktpunkt er etablert ved grense-

flaten mellom de opphøyde puter 2 30 og 232 på de øvre og nedre overflater av prøvemassen 204 og de innrettede kontakter 2 34

og 236 ved stedet for det faste punkt på statorene 200 og 202.

Etterhvert som akselerometeret på fig. 5 under drift blir utsatt for termisk spenning som skyldes forskjellige termiske utvidelseskoeffisienter mellom prøvemassen 204 og statorene 200 og 202, vil bjelkeorganene 220 og 222 deformeres direkte langs sine X-akser (se fig. 3) på en måte som reduserer påkjen-ningen på prøvemassen 204. Kontaktpunktet mellom putene 230 og 232 og referansepunktene 234 og 236 vil imidlertid forbli fast. Momenter omkring dette faste punkt som forårsakes av seismisk belastning,blir imidlertid motstått på grunn av stivheten til bjelkene 220 og 222 direkte langs deres Y-akser (se fig. 3).

Det resulterende opphengningssystem tilveiebringer således maksimal f jæring ovenfor termisk induserte påkjenninger, mens det tilveiebringer stiv understøttelse av prøvemassen 204 mot seismiske belastninger i enhver retning. Fjæringen reduserer - spenningene på grenseflaten mellom pute og bjelke ved ytter-temperaturene, og reduserer derved muligheten for kryping og glipp. Ettersom de fjærende bjelkeorganer 2 20 og 222 ikke på-fører sidebelastninger på prøvemassen 204 når de deformeres av termiske påkjenninger, blir følgelig akselerometerets følsomhet1 ' - overfor termisk induserte feil redusert.

Man vil legge merke til at plasseringen av det stabile,

faste punkt som er tilveiebragt ved hjelp av det foreliggende opphengningssystem, er uavhengig av plasseringen av eller antall fjærende organer. Dette punktet er heller fastsatt som en funksjon bare av aksen til det fjærende organs orientering.

Det foreliggende opphengningssystem er således i stand til å

bli tilpasset til mange konstruksjoner for utførelse av forskjellige funksjoner.

Fig. 6 og 7 illustrerer to alternative utførelsesformer av opphengningssystemet for bruk med et akselerometer av den generelle type som er vist på fig. 1. Bare statorkonfigurasjonene er vist, idet det er underforstått at tilsvarende prøvemasse-enheter av den type som er vist på fig. 4, modifisert ved omplassering av kontaktpute-stillingene slik at de passer med de fjærende bjelkeorganer på hver stator, er nødvendig for en fullstendig enhet.

Fig. 6 er et planriss over en stator 250 som har tre fjærende bjelkeorganer 251-253. Bjelkeorganenes 251 og 253 fjærende akser er kolineære på en første linje som strekker seg gjennom det geometriske midtpunkt 255 av overflaten til statoren 250, og således den langsgående akse til magnetpolstykket 254. Bjelkeorganets 252 fjærende akse er innrettet på en annen linje som strekker seg gjennom statorens 250 geometriske midtpunkt 255, hvilken annen linje er ortogonal til den første linje. Ettersom midtpunktet for polstykket 254 i denne utførelsesform er det faste, stabile punkt, vil polstykket ha tendens til å forbli koaksialt adskilt inne i den tilsvarende torsjonsspole (ikke" vist), og vil dermed minimalisere eventuelle feilinnret-ningsvirkninger mellom polstykket og torsjonsspolen på grunn av termiske påkjenninger. Som et resultat vil eventuelle forandringer i det magnetiske kretsforhold mellom polstykket og torsjonsspolen over akselerometerets arbeidstemperatur bli betydelig redusert.

Det skal bemerkes at den samme funksjon kan oppnås ved å plassere bjelkeorganene 251-253 ved enhver posisjon på statoren 250 sålenge X-aksene er innrettet med det geometriske midtpunkt 255. I en alternativ utførelsesform av statoren 250 kan f.eks. det første og tredje fjærende bjelkeorgan 251,253 plasseres på en linje som strekker seg gjennom sentroiden til den kapasitive plate på en tilhørende prøvemasseenhet (ikke vist) for å redusere forspenningsfeil som diskutert ovenfor.

Fig. 7 illustrerer en,annen, alternativ utførelsesform av en stator 260. Her er tre fjærende elementer 261-263 anordnet slik at deres fjæringsakser konvergerer ved et punkt 264 som ligger utenfor grenseflaten til statoren 260, og derfor er "frittflytende". Det er funnet at etterhvert som akselerometer-enhetens temperatur heves, blir den magnetiske flukstetthet i det ringformede gap mellom magnetpolstykket, slik som polstykket 266, og dets tilsvarende torsjonsspole (ikke vist) redusert.

Den reduserte flukstetthet resulterer i en øket akselerometer- følsomhet, eller skalafaktor. For å kompensere for denne uønskede flukstetthet-temperatur-karakteristikk blir det faste punkt 264 valgt slik at magnetpolstykket 266 oppviser en definert bevegelse i den retning som generelt er antydet ved hjelp av pilen 270 med økende temperatur. Dette resulterer i en omplassering av polstykket 266 i forhold til den tilsvarende torsjonsspole, og dermed en flukstetthetsvariant. Ved omhyggelig konstruksjon kan den flukstetthetsforandring som forårsakes ved omplassering av magnetpolstykket (på grunn av valget av det faste punkt 264) og en tilsvarende forandring i momentarmen mellom kraftsenteret og det effektive hengslingspunkt for tungen, bringes til hovedsakelig å kompensere for fluksforandringer som skyldes temperaturkarakteristikken til flukstettheten i magnetgapet. På denne måten tilveiebringer utførelsesformen på fig. 7 en egen temperaturkompensasjon for flukskarakteristik-ken, og derved for akselerometerets følsomhet (skalafaktor).

Det skal også bemerkes at det første og det tredje bjelkeorgan 261, 263 er anbragt på en linje som strekker seg gjennom sentroiden for den kapasitive avfølingsplate på en tilhørende prøvemasseenhet (ikke vist ) for å redusere forspenningsfeil, som diskutert ovenfor.

Fig. 8 er et oppriss som illustrerer en transducerenhet

som benytter et enkelt fjærende element. Det er vist en prøve-masseenhet 300 som er innrettet med en stator 30 2. Et par opp-høyde puter 304, 306 på prøvemasseenheten 300 passer med tilsvarende overflater på statorenheten 302. Inne i statorenheten 302 er dannet et enkelt fjærende element 310, her dannet i et stykke i statoren 30 2 som et bjelkeelement. Bjelkeelementet 310 har en fjærende akse antydet ved pilen 312. Den fjærende akse 312 er innrettet med det geometriske midtpunkt 314 for sammenstillingen av prøvemassen 300 og statorenheten 30 2. En pute 316 som er dannet i prøvemasseenheten 300, er i tilpassende kontakt med toppoverflaten av bjelkeelementet 310.

I konstruksjonen på fig. 8 med et enkelt fjærende element blir det ikke frembrakt noe fast, stabilt punkt, som i de tidligere diskuterte konstruksjoner ettersom der ikke er noen skjæring mellom fjæringsaksene til to fjærende organer. Det enkelte fjærende bjelkeelement 310 bøyer seg imidlertid som reaksjon på termiske spenninger skapt mellom prøvemasseenheten 300 og statorenheten 302 for å minimalisere påkjenninger og spenninger som er skapt mellom disse komponenter, for derved å redusere akselerometerfeil.

Fig. 9 er en perspektivskisse av et fjærende element av bjelkeorgan-typen som beskrevet ovenfor under henvisning til

fig. 3, 5, 6, 7 og 8, og illustrerer bøyning av bjelken 400 langs dens fjærende akse 402 for å avlaste spenninger mellom statoren 404 som den er festet til ved en ende, og en kontaktpute på en prøvemasse (ikke vist). Toppoverflaten 404 til bjelken 400 ar vist bøyd en avstand 6 og rotert gjennom en vinkel 0. Bøyningen 6 av bjelkeelementet 400 skaper en tilstand der toppoverflaten

4 04 forsøker å rotere. Prøvernasseputen (ikke vist) forhindrer denne rotasjonen ved å frembringe en balanserende torsjonskraft. Denne balanserende torsjonskraft blir så utbalansert ved hjelp

av en lik og motsatt rettet torsjonskraft frembragt ved det mot-, stående bjelkeelement (ikke vist) som passer til toppoverflaten på prøvemasseputen. Eventuell ubalanse i de motstående torsjonskrefter som påføres ved hjelp av det nedre bjelkeelement 400 og det øvre bjelkeelement (ikke vist) på prøvemasseputen (ikke vist) vil forårsake en bøyning av prøvemassen og kan frembringe \ tilsvarende transducer-utgangsfeil.

Fig. 10 illustrerer en annen kilde for transducerfeil som frembringes ved bruk av motstående bjelkeelementer. Det er her vist i tverrsnitt et nedre bjelkeelement 410 som rager oppad fra den nedre stator 412 og har en topplate 414 som passer med den nedre overflate 416 på prøvemasseenheten 418. Et øvre bjelkeelement 420 rager nedad fra en øvre stator 422 og har en— flate 424 som passer med den øvre overflate 426 av puten på prøvemasseenheten 418. Ved sammensetningen blir en innspennings-kraft påført mellom statorene 412, 422 for derved å frembringe en forbelastende kompresjonskraft på bjelkeelementene 410, 420

som antydet ved hjelp av kraftpiler 430, 432. De langsgående akser av bjelkeelementene 410, 420 er vist feilinnrettet med en dimensjon d. Virkningen av denne feilinnretning er en torsjonskraft, antydet ved hjelp av pilen 440, i prøvemasseenheten 418. Mulige forandringer i forbelastningen over tid eller temperatur vil forandre verdien av torsjonskraften på prøvemasseenheten og derved frembringe tilsvarende transducerfeil.

De forskjellige utførelsesformer av de fjærende elementer som er vist på fig. 11-16, er konstruert for å minimalisere eller eliminere de problemer som er diskutert under henvisning til fig. 9 og 10.

Fig. 11 illustrerer en alternativ konstruksjon av det fjærende element. Her er det fjærende element som er antydet generelt med 500, dannet i et stykke med statorenheten 502. Det fjærende element 500 er dannet av tre forutbestemt adskilte, parallelle bjelkeorganer 504, 506. Bjelkeorganene 504-506 er konstruert for å være fjærende langs en akse 508 som er perpen-dikulær til hovedflåtene av bjelkeorganene 50 4-506. Bjelkene 504-506 er stive i de to primærakser som er ortogonale til den fjærende akse 508.

Bjelkeorganene 504-506 rager oppad fra en fordypning i statoren 502 og er sammenføyd i et felles topporgan 510. Topp-organet 510 har en toppoverflate 512. Toppoverflaten 512 ligger an mot den nedre overflate av prøvemasseenhetens kontaktpute (ikke vist). Et tilsvarende fjærende element (ikke vist) er tilveiebragt ragende nedad fra den øvre stator (ikke vist) for å danne kontakt med den øvre overflate av prøvemassens kontaktpute (ikke vist).

Et spesielt trekk ved det fjærende element 500 på fig. 11 er at toppflaten 512 til det felles organ 510 forblir hovedsakelig parallelt med den motstående overflate av prøvemasse-puten (ikke vist) over bøyning av bjelkeorganene 504-506 i deres fjærende akse. Det fjærende organ på fig. 11 induserer dermed en minimal torsjonskraft og resulterende rotasjonsmessig av-bøyning i prøvemasseenheten. I tillegg minimaliserer det brede overflateareal av toppflaten 512 og den store avstanden mellom bjelkeorganene 504 og 506 torsjonskretser som påføres prøvemasse-enheten på grunn av aksial feilinnretning mellom det nedre fjærende element 500 og det øvre fjærende element (ikke vist)

på prøvemasseenhetens pute.

Konstruksjonen på fig. 11 reduserer derfor feil i transducerenheten som skyldes bøyning eller aksial feilinnretning av de fjærende elementer.

Fig. 12 viser et tverrsnitt av en alternativ konstruksjon av det fjærende element. Her er en fordypning 600 dannet i statoren 602. Første og andre bjelkeorganer 604, 606 er festet til den øvre overflate 608 av statoren og rager vertikalt mot bunnen av fordypningen 600. Bjelkeorganene 604, 606 er konstruert for å være fjærende i en enkelt akse, her antydet ved en pil 610.

De utstikkende ender av bjelkene 604, 606 er festet til endene av et hovedsakelig terningformet kontaktelement 612. Kontaktelementene 612 er derfor opphengt inne i fordypningen

600 ved hjelp av bjelkene 604, 606. Den øvre overflate 614 av kontaktelement 612 ligger an mot den nedre overflate av prøve-massens kontaktpute (ikke vist). Dette frembringer en nedad-rettet kraft, antydet ved pilen 616, på den øvre overflate 614 av kontaktelementet 612. Man vil forstå at i en fullstendig konstruksjon er det tilveiebragt en øvre stator med et lignende, motstående kontaktelement som passer sammen med den øvre overflate av prøvemasseenhetens kontaktpute.

Som i utførelsesformen på fig. 11 forblir den øvre overflate 614 av kontaktelementet 612 i parallell innretning med prøvemassens kontaktpute over bøyninger av bjelkene 604, 606 langs deres fjærende akse 610 for å redusere eller eliminere induserte torsjonskrefter på prøvemasseenheten. I tillegg reduserer det store overflatearealet av toppflaten 614 til kontaktelementet 612 sammen med den store avstand mellombære-bjelkene, torsjonskrefter på prøvemasseenheten som forårsakes av aksial missinnretning mellom kontaktelement 612 og det tilsvarende, motstående kontaktelement på den øvre stator (ikke vist) .

Et ytterligere trekk ved utførelsesformen som er vist på

fig. 12, er at bjelkene 604, 606 er under spenning, i motsetning til den kompresjon som påføres bjelkeelementene som er diskutert tidligere. Konstruksjonen på fig.12 eliminerer dermed all mulig-het for utbøyningen av bjelkene 604, 606, mens bjelker som ut-settes for kompresjon, må bøyes ut. Økninger i den nedadrettede kraft (pil 616) har en tendens til å forsterke strukturell stabilitet i stedet for å skape ustabiliteter som i en søylefor-met struktur.

Fig. 13 er et oppriss av en alternativ konstruksjon av det fjærende organ, her antydet generelt ved 700. Det er vist et delvis tverrsnitt av toppflaten 702 til en stator 704. En fordypning 706 som har hovedsakelig kubisk form, er skåret gjennom statorens 704 toppflate 702. Fire steg 708-711 er i et stykke ved en ende av statoren 704 og rager ved sine andre ender inn i fordypningen 706. Stegene 708-711 passer sammen med og er i et stykke med et kontaktelement 712. Kontaktelementet 712 har hovedsakelig kubisk form og er dimensjonert slik at der er et gap rundt kontaktelementet 712 i fordypningen 706. Som vist er hvert steg 708-711 festet til en midtflate av kontaktelementet 712. Stegene 708-711 er konstruert for å være fjærende langs en akse som er antydet ved 714. Stegene 708-711 er ellers forholdsvis stive i de akser som er ortogonale til den fjærende akse 714. Den fjærende akse 714 er som beskrevet ovenfor, innrettet med et forutbestemt punkt.

Den øvre overflate 716 av kontaktelementet 712 er konstruert for å ligge i kontakt med prøvemassens kontaktpute (ikke vist).

I anlegg mot toppflaten av prøvemassens kontaktpute er et tilsvarende fjærende organ til det som er vist ved 700. Sammen-spenningen av statorene og prøvemassen frembringer en kraft på

den øvre overflate 716 av kontaktelementet 712 som overføres til stegene 708-711 som en skjærkraft. Derfor blir det fjærende organ 700 på fig. 13 ikke utsatt for kompresjonsmessig utbøyning<:>på samme måte som andre beskrevne utførelsesformer hvor et bjelkeelement er utsatt for en kompresjonsmessig forbelastning.

Ettersom stegene 708-711 bøyer seg små distanser langs deres fjærende akse 714, forblir toppflaten 716 til kontaktelementet 712 i anlegg med den tilsvarende kontaktpute på prøvemasseen-heten. Det fjærende element 700 induserer derfor ikke feilfrem-bringende torsjonskrefter på prøvemasseenheten. Den forholdsvis store avstand mellom de belastningsbærende organer og det store'overflatearealet til den øvre overflate 716 på kontaktelementet 712, virker også sammen med det tilsvarende overflatearealet av det motstående fjærende organ på den øvre stator til å minimalisere induserte torsjonskrefter på prøvemassen på grunn av aksial feilinnretning mellom de to fjærende elementer.

Fig. 14 illustrerer en alternativ utførelsesform av det fjærende element, her antydet generelt ved 750, som er maken til det fjærende element som er vist på fig. 13. Fig. 14 er en perspektivskisse av en del av en stator 752 med en fordypning 754. Et par steg 756, 758 forbinder og er i et stykke med endevegger i fordypningen 754. Fordypningen 754 har et hovedsakelig rektangulært tverrsnitt, med steg 756, 758 som rager langs mot stående sider av rektangelet, og er forbunder til statoren 752 ved diagonale hjørner av dette. De fremragende ender av stegene 756, 758 er festet ved diagonale hjørner av et kubisk kontaktelement 760 .

Stegene 756, 758 er konstruert slik at de er fjærende i

en akse som antydet med en pil 762. Stegene 756, 758 er ellers stive langs de akser som er ortogonale til den fjærende akse 762 .

Kontaktelementet 760 har en toppflate 764 som er anordnet for å ligge i anlegg mot den nedre overflate av kontaktputen på prøvemasseenheten (ikke vist). I anlegg mot den øvre overflate av pressemassens kontaktpute er en tilsvarende flate på et kontaktelement anordnet i den øvre stator (ikke vist).

Bøyninger av stegene 756, 758 langs deres fjærende akse

76 2 for å fjerne påkjenninger mellom statoren 752 og prøvemasse-enheten (ikke vist), skaper ikke momenter på kontaktelementet 760. I stedet forblir toppflaten 764 på kontaktelementet 760 parallelt og i anlegg med kontaktputen på prøvemasseenheten. Dermed blir ingen feilinduserende torsjonsspenninger koblet fra det fjærende kontaktelement 760 til prøvemassen. På grunn av den store avstanden mellom de belastningsbærende organer og det store overflatearealet til den øvre flaten 764 på kontaktelementet 760 og dets tilsvarende motstående fjærende element i den øvre stator, blir momenter som kobles til prøvemasseenheten på grunn av aksial missinnretning av kontaktelementene, minimalisert eller eliminert.

I forbindelse med begge de utførelsesformer som er vist på fig. 13 og 14, skal det bemerkes at stivheten til prøvemasse-enheten forhindrer eventuell tippebevegelse av kontaktelementene 712, 716. Man vil også forstå at hver av utførelsesformene på fig. 13 og 14 kan dannes ved hjelp av en gjennomkutting i de tilsvarende statorer 704, 752. Utførelsesformene på fig. 13 og 14 kan derfor dannes ved enhver egnet skjæreanordning.

Fig. 15 er en perspektivskisse av en del av en stator 800 som i et stykke har tildannet et fjærende element, antydet generelt ved 802. Gjennom toppflaten 804 av statoren 800 er dannet en hovedsakelig rektangulær fordypning: 806. Ragende fra de indre endevegger av fordypningen 806 er åtte bjelkeelementer 811-818. I denne utførelsesform av oppfinnelsen er bjelkeelemen tene 811-818 dannet i et stykke med statoren 800. Bjelkeelementene 811-818 har forutbestemte avstander og er parallelt innrettet. Bjelkeelementene 811-818 er fjærende i en akse som an-tydes ved en dobbelhodet pil 820, og de er ellers forholdsvis stive i akser ortogonale til den fjærende akse 820.

Festet til og i et stykke med det fremragende endeparti

av bjelkeelementene 811-818, er et kontaktelement 822. Kontaktelementet 82 2 har en hovedsakelig kubisk form og er dimensjonert slik at der er et gap mellom kontaktelementet 82 2 og sideveggene i fordypningen 806.

Kontaktelementet 822 har en toppflate 824 som er posisjonert for å passe sammen med en nedre overflate av en kontaktpute på prøvemasseenheten (ikke vist). Kontaktputens toppflate ligger an mot et fjærende element dannet i den øvre stator (ikke vist), hvilket fjærende element er maken til det fjærende element 80 2.

Bjelkeelementene 811-818 bøyer seg langs sine fjærende akser 820 for å avlaste påkjenninger som frembringes mellom prøvemasseenheten og statoren 800. Denne bøyning frembringer ikke rotasjon av kontaktelementet 822 som opprettholder sin toppflate 82 4 parallelt med og i anlegg mot kontaktputen på prøvemasseenheten. I tillegg er arealet av toppflaten 824 på kontaktelementet 82 2 tilstrekkelig bredt og bjelkeelementene har tilstrekkelig avstand til at eventuell aksial missinnretning mellom toppflaten 824 og den tilsvarende toppflate av det fjærende element på den øvre stator ikke frembringer noen betydelig torsjonskraft på prøvemasseenheten på grunn av missinnretning. Det fjærende element 802 i den utførelsesform som er vist på fig. 15, minimaliserer feil i transduceren indusert på grunn av torsjonskrefter som kobles mellom de fjærende elementer og prøvemasseenheten.

Fig. 16a, 16b viser alternative konstruksjoner av de fjærende elementer , her dannet som individuelle komponenter som kan monteres i transducerenheten for å tilveiebringe en fjærende montering mellom prøvemassen og statorene. Fig.16a skisserer en enkelt bjelke 900 som ved en ende er i et stykke med et sirkulært fotparti 9 02 og ved sin andre ende er i et stykke med et sirkulært topparti 904. Fotpartiet 902 er vist montert på en sokkel 906. Bjelkeorganet 900 er utformet for å være fjærende langs en akse 910 og er ellers stivt langs sine akser ortogonalt

til akse.910.

Fig. 16b er en perspektivskisse av en alternativ konstruksjon av det fjærende element, her omfattende et par parallelle bjelker 920, 922 med forutbestemt avstand. Bjelkene 920 , 922 er i et stykke med et topparti 924 og et bunnparti 926, idet begge er hovedsakelig sirkulære. Bunnpartiet 926 er festet til en sirkulær sokkel 928. Bjelkene 920, 922 er konstruert for å være fjærende langs en akse 930, men er ellers stive langs sine akser ortogonale til akse 930. Fig. 17 illustrerer bruk av noen av de fjærende elementer som er vist på fig. 16a, 16b i en statorenhet. Her er vist en del av en stator 950 som har sylindriske fordypninger 952, 954 ved forutbestemte posisjoner. Fordypningenes 952, 954 diametere er større enn topp- og bunnpartiene 904, 902; 924, 926 av de fjærende elementer som er vist på fig. 16a, 16b. Hvert av disse fjærende elementer kan opptas i fordypningene 952, 954 slik at deres sokler 906, 928 er fast sikret til bunnen i de sylindriske fordypninger 952, 954. Hver fjærende elementkomponent blir dreiet slik at den fjærende akse er innrettet med et forutbestemt punkt her indikert ved 960. Toppflatene til toppartiene 904, 9 24 på de fjærende elementkomponenter som er vist på fig. 16a, 16b, blir så anbragt i anlegg med de kontaktputer som er anordnet på prøvemasseenheten (ikke vist).

Man vil forstå at utførelsesformen på fig. 16b som benytter de to bjelkeelementer 920, 922, reduserer feilinduserende momenter mellom det fjærende element og prøvemasseenheten som ellers ville bli tilveiebragt av det enkelte fjærende bjelkeelement på fig. 16a, ettersom bøyning av bjelkene 920, 922 langs deres fjærende akse ikke vil skape en rotasjon av topp-partiets 924 toppflate. Toppflaten av toppartiet 924 vil bli opprettholdt parallelt med og i anlegg mot kontaktputen på prøvemasseenheten.

Det blir også foretrukket at avstanden mellom bjelkene 920, 922 på den fjærende elementkomponent som er vist på fig. 16b, er tilstrekkelig bred slik at en aksial missinnretning mellom de fjærende elementer i den nedre og øyre stator ikke frembringer noen feilinduserende torsjonskraft i prøvemasseenheten.

Fagfolk på området vil forstå at i forbindelse med de ovenfor beskrevne utførelsesformer av oppfinnelsen, er det an-

tatt at statoren, prøvemasseenhetens ytre, ringformede bære-

organ og det fjærende element i de akser som er ortogonale til den fjærende akse, alle er uendelig stive. Ettersom disse komponenter i praksis oppviser mindre enn uendelig stivhet, kan den aktuelle innretning av de fjærende elementer og de resulterende stabile punkter i en gitt anvendelse, være svakt for-skjellig fra det antatte teoretiske, uendelig stive tilfellet,

og slike konstruksjonsavvik ligger fullstendig innenfor rammen av oppfinnelsen.

En fagmann på området vil videre forstå at de fysiske di-mensjoner av et spesielt bjelkeorgan og antall bjelker i et fjærende element er en funksjon av flere konstruksjonsparametre, innbefattet den ønskede fjæring i X-aksen og stivhet i den ortogonale Y- og Z-akse, samt de fysiske egenskaper ved materialet som bjelkeelementene er laget av, og vil derfor variere for forskjellige anvendelser.

Kort summert er det beskrevet et forbedret opphengningssystem eller opplagringssystem for en transducer, f.eks. et akselerometer. Opphengningssystemet kan lett tilpasses for å tilveiebringe en ønsket spenningsrespons.

Selvom foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er

blitt beskrevet i detalj, kan mange modifikasjoner og variasjoner være mulige, og alle disse faller innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (28)

1. Transducer omfattende en prø vemasse med et masseelement opphengt fra et bæreorgan for bevegelse i forhold til dette, en statoranordning for understøttelse av prøvemassen og monte-ringsanordninger for montering av prøvemassen til statoranordningen, karakterisert ved at monteringsanordningen omfatter minst et fjærende element posisjonert for å frembringe en mekanisk forbindelse mellom tilstøtende punkter på prøvemassen og statoranordningen, idet det fjærende element har en fjærende akse og er hovedsakelig stivt langs akser ortogonale til den fjærende akse, slik at det fjærende element deformeres for å tilveiebringe relativ bevegelse mellom prøve-massen og statoranordningen på grunn av forskyvninger som f.eks. skyldes termiske spenninger.

2. Transducer ifølge krav 1, karakterisert ved at monteringsanordningen omfatter flere fjærende elementer, idet hvert fjærende element tilveiebringer en mekanisk forbindelse mellom respektive tilstøtende punkter på prøve-massen og statoranordningen, og hvert fjærende element har en fjærende akse og er hovedsakelig stivt langs akser ortogonale • til sin fjærende akse, at de fjærende elementer er posisjonert ' ■•1-slik at deres fjærende akse skjærer hverandre ved et forutbestemt punkt, hvilket punkt derved blir et relativt stabilt punkt mellom prøvemassen og statoranordningen, hvorved de fjærende elementer deformeres for å tilveiebringe relativ bevegelse mellom prøvemassen og statoranordningen på grunn av forskyvninger slik som termiske spenninger, ved alle andre punkter enn det stabile punkt.

3. Transducer ifølge krav 2, karakterisert ved at monteringsanordningen omfatter et par fjærende elementer, og ved at prøvemassen og statoranordningen er i kontakt med hverandre ved det forutbestemte punkt.

4. Transducer ifølge krav 3, karakterisert ved at masseelementet omfatter et kapasitivt plateparti tilveiebragt på en overflate, og ved at det nevnte par med fjærende elementer er posisjonert på en linje som strekker seg gjennom sentroiden til det kapasitive plateparti.

5. Transducer ifølge krav 2, karakterisert ved at prøvemassen videre omfatter en torsjonsspole montert på en side av masseelementet, og at statoranordningen omfatter en stator med et magnetisk polstykke som er koaksialt innrettet med torsjonsspolen, og ved at de fjærende elementer er posisjonert slik at hver fjærende akse strekker seg gjennom det magnetiske polstykkets langsgående akse, hvorved torsjonsspolen blir opprettholdt i hovedsakelig innretning med polstykket til tross for termisk induserte spenninger mellom prøvemassen og statoranordningen.

6. Transducer ifølge krav 5, karakterisert ved at monteringsanordningen omfatter tre fjærende elementer, hvor to av de fjærende elementer er posisjonert på en første linje som strekker seg gjennom magnetpolstykkets langsgående akse, og ved at det tredje fjærende element er posisjonert på en annen linje som strekker seg gjennom magnetpolstykkets langsgående akse og er ortogonalt til den første linje.

7. Transducer ifølge krav 5, karakterisert ved at monteringsanordningen omfatter tre fjærende elementer, hvor masseelementet har et kapasitivt plateparti tilveiebragt på en overflate, idet to av de fjærende elementer er posisjonert på en første linje som strekker seg gjennom sentroiden til det kapasitive plateparti og det tredje fjærende element er posisjonert på en annen linje som er ortogonalt til den første linje, idet de fjærende akser til de tre fjærende elementer alle strekker seg gjennom magnetpolstykkets langsgående akse.

8. Transducer ifølge krav 2, karakterisert ved at prøvemassen videre omfatter en torsjonsspole montert på en side av masseelementet og statorelementet omfatter en stator med et magnetpolstykke som har en forutbestemt posisjon i forhold til torsjonsspolen, idet magnetpolstykket og torsjonsspolen oppviser en kjent flukstetthet-temperatur-karakteristikk, og ved at det forutbestemte punkt er valgt slik at termisk indusert relativ bevegelse mellom torsjonsspolen og magnetpolstykket kompenserer for den nevnte flukstetthet-temperatur-karakteristikk.

9. Transducer ifølge krav 8, karakterisert ved at monteringsanordningen omfatter tre fjærende elementer, idet den fjærende akse til hvert fjærende element skjæres ved det forutbestemte punkt, og ved at to fjærende elementer er posisjonert langs .en første linje og det tredje fjærende element og det forutbestemte punkt er posisjonert langs en annen linje som strekker seg gjennom den langsgående aksen til magnetpolstykket og er ortogonalt til den første linje.

10. Transducer ifølge krav 9, karakterisert ved at masseelementet har et kapasitivt plateparti tilveiebragt på en overflate, og ved at den første linje strekker seg gjennom det kapasitive platepartis sentroide.

11. Transducer ifølge krav 1, karakterisert ved at det fjærende element er dannet i et stykke med statoranordningen.

12. Transducer ifølge krav 1, karakterisert ved at det fjærende element er dannet som et komponentstykke med et bunnparti, et topparti og et bjelkeorgan som er forbundet med bunnpartiet og toppartiet, hvilket bjelkeorgan er fjærende langs den fjærende akse og forholdsvis stivt i sine akser ortogonalt til den fjærende akse, og ved at statoranordningen omfatter anordninger for mottagelse og sikring av den fjærende elementkomponent slik at toppflaten av toppartiet er posisjonert for å danne den mekaniske forbindelse med prøve-massen .

13. Transducer ifølge krav 1, karakterisert ved at det fjærende element omfatter et første og et annet adskilt bjelkeorgan, idet hvert bjelkeorgan har en bøyeakse innrettet med den fjærende akse, hvilket fjærende element har en toppflate som passer til prøvemassen, idet toppflaten forblir hovedsakelig parallell med den motstående overflate av prøvemassen med bøyning av bjelkeorganene langs den fjærende aksen.

14. Transducer ifølge krav 1, karakterisert ved at prøvemassen ligger hovedsakelig i et plan og omfatter øvre og nedre overflater, at statoranordningen omfatter øvre og nedre statorer, og ved at monteringsanordningen omfatter minst et øvre fjærende element posisjonert for å frembringe en meka nisk forbindelse mellom tilstøtende punkter på den øvre overflate av prøvemassen og den øvre statoranordning, samt minst et nedre fjærende element posisjonert for å tilveiebringe en mekanisk forbindelse mellom tilstø tende punkter på den nedre overflate av prøvemassen og den nedre statoranordning, idet hvert fjærende element har en fjærende akse og er hovedsakelig stivt langs akser ortogonale til sin fjærende akse, hvilke fjærende akser er orientert for å skjæres ved et forutbestemt punkt i planet, hvorved de fjærende elementer deformeres for å tilveiebringe relativ bevegelse mellom prøvemassen og statoranordningen på grunn av forskyvning, slik som termiske spenninger eller påkjenninger.

15. Transducer ifølge krav 14, karakterisert ved at monteringsanordningen omfatter et par øvre fjærende elementer og et par nedre fjærende elementer, og ved at de fjærende elementer er anordnet slik at hvert øvre fjærende element ligger i kontakt med den øvre overflate av prøvemassen ved et punkt overfor kontaktpunktet mellom et tilsvarende nedre fjærende element og den nedre overflate av prøvemassen, idet de fjærende elementer er posisjonert slik at deres fjærende akser skjærer hverandre ved et forutbestemt punkt i planet, hvilket punkt derved blir et relativt stabilt punkt mellom prøvemassen og statoranordningen, hvorved de fjærende elementer deformeres for å tilveiebringe relativ bevegelse mellom prøve-massen og statoranordningen på grunn av forskyvning, slik som termiske påkjenninger ved alle andre punkter enn det stabile punkt.

16. Transducer ifølge krav 15, karakterisert ved at prøvemassen er i kontakt med hver stator ved det forutbestemte punkt.

17. Transducer ifølge krav 15, karakterisert ved at prøvemassen videre omfatter øvre og nedre torsjonsspoler montert på motsatte sider av masseelementet, at de øvre og nedre statorer omfatter øvre og nedre magnetpolstykker koaksialt innrettet med torsjonsspolene, og ved at de fjærende elementer er posisjonert slik at hver fjærende akse strekker seg gjennom magnetpdlstykkenes langsgående akse, hvorved torsjonsspolene blir holdt i hovedsakelig innretning med polstykke- ne til tross for termisk induserte påkjenninger mellom prøve-massen og statoranordningen.

18. Transducer ifølge krav 15, karakterisert ved at prøvemassen videre omfatter øvre og nedre torsjonsspoler montert på motsatte sider av masseelementet, at de øvre og nedre statorer henholdsvis omfatter øvre og nedre polstykker som på forhånd er posisjonert i forhold til torsjonsspolene, at magnetpolstykkene og torsjonsspolene oppviser en kjent flukstetthet-temperatur-karakteristikk, og ved at det forutbestemte punkt er valgt slik at termisk indusert relativ bevegelse mellom torsjonsspolene og magnetpolstykkene kompenserer for flukstetthet-temperatur-karakteristikken.

19. Transducer ifølge krav 15, karakterisert ved at den overflate av de fjærende elementer som er i kontakt med prøvemassen, har et forutbestemt overflateareal slik ' at en torsjonskraft som påføres prøvemassen på grunn av aksial missinnretning av de tilsvarende øvre og nedre fjærende elemen-■ ter, blir minimalisert.

20. Transducer ifølge krav 1, karakterisert ved at prøvemassen festes til statoranordningen i anliggende - kontakt mot en sammenpassende flate på denne, at statoranordnin-: < gen har en fordypning tilveiebragt i den sammenpassende overflate, og ved at det fjærende element omfatter minst et bjelkeelement som har en første og en annen ende, idet bjelkeelementets første ende er festet til sideveggen i sta tor fordypningen, den annen ende av bjelkeelementet rager inn i fordypningen, og et kontaktelement som er festet til den annen ende og dermed opphengt i fordypningen, hvilket kontaktelement har en toppflate som ligger an mot prøvemassen for å danne den mekaniske forbindelse mellom statoranordningen og prøvemassen.

21. Transducer ifølge krav 20, karakterisert ved at bjelkeelementet er festet til kontaktelementet ved et midtflateparti av dette.

22. Transducer ifølge krav 20, karakterisert ved at bjelkeelementet er festet til kontaktelementet ved en kant av dette.

23. Transducer ifølge krav 1, karakterisert ved at prøvemassen er montert til statoranordningen i anslagskontakt mot en sammenpassende overflate på dette, at statoranordningen har en fordypning tilveiebragt i den sammenpassende overflate, og ved at det fjærende element omfatter en rekke bjelkeelementer, hvor hvert bjelkeelement ved en ende er festet til en sidevegg i fordypningen og den andre ende av hvert bjelkeelement rager inn i statorfordypningen, idet bjelkeelementene er adskilt og posisjonert i parallell med hvert bjelkeelements bøyeakse innrettet med et forutbestemt punkt, og et kontaktelement festet til den fremragende ende av de flere bjelkeelementer for opphengning av kontaktelementet i fordypningen, idet kontaktelementet har en toppflate som ligger an mot prøvemassen for å danne den mekaniske forbindelse mellom statoranordningen og prøvemassen.

24. Transducer omfattende en prø vemasse med et tungeelement opphengt fra et ytre, ringformet bæreorgan for svingende bevegelse i forhold til dette, idet tungeelementet og det ringformede bæreorgan er i et stykke, et par torsjonsspoler montert til motsatte sider av tungeelementet, og øvre og nedre statorer for å understøtte prøvemassen på motsatte overflater, idet hver stator omfatter magnetpolstykker som er innrettet i magnetisk kretskonfigurasjon med torsjonsspolene, karakterisert ved at statorene har en rekke fjærende elementer dannet i seg, idet hvert fjærende element har en fjærende akse mens det er hovedsakelig stivt overfor krefter langs akser ortogonale til den fjærende akse, og hvert fjærende element er posisjonert for å ligge an mot en tilsvarende pute på det ringformede bæreorgan slik at dets fjærende akse strekker seg gjennom et forutbestemt referansepunkt, hvilket referansepunkt er valgt for både å avlaste termisk indusert spenning mellom prøvemassen og statorene ved å deformere de fjærende elementer og for å motstå bevegelser om det forutbestemte referansepunkt.

25. Transducer ifølge krav 24, karakterisert ved at de fjærende elementer er posisjonert slik at referansepunktet er forhåndsanbragt på det ringformede bæreorgan for å tilveiebringe maksimal fjæring overfor termisk induserte påkjenninger og stiv understøttelse av prøvemassen overfor seis miske belastninger.

26. Transducer ifølge krav 24, karakterisert ved at torsjonsspolenes langsgående akser er sammenfallende med de langsgående aksene til magnetpolstykkene, og ved at de fjærende elementer er posisjonert slik at referansepunktet er lokalisert på de sammenfallende akser, hvorved torsjonsspolene blir holdt i innretning med magnetpolstykkene til tross for termisk induserte spenninger mellom prøvemassen og det ringformede bæreorgan.

27. Transducer ifølge krav 24, karakterisert ved at de fjærende elementer er posisjonert slik at referansepunktet er lokalisert for å frembringe en forutbestemt bevegelse mellom torsjonsspolene og magnetpolstykkene med temperatur-forandring, for å kompensere for termisk induserte, magnetiske fluksvariasjoner mellom torsjonsspolene og magnetpolstykkene.

28. Transducer ifølge krav 24, karakterisert ved at hvert fjærende element har en toppflate som ligger an mot en pute på det ringformede bæreorgan, hvilket fjærende element omfatter anordninger for å holde toppflaten i parallelt anlegg med puten på det ringformede organ ved bøyninger av det fjærende element i dets fjærende akse.