RU2247993C2 - Resonator pickup - Google Patents
Resonator pickup Download PDFInfo
- Publication number
- RU2247993C2 RU2247993C2 RU2003100256/28A RU2003100256A RU2247993C2 RU 2247993 C2 RU2247993 C2 RU 2247993C2 RU 2003100256/28 A RU2003100256/28 A RU 2003100256/28A RU 2003100256 A RU2003100256 A RU 2003100256A RU 2247993 C2 RU2247993 C2 RU 2247993C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- base
- resonator
- sensitive element
- rods
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения механических параметров. Известен датчик (см. патент US №5.165.279, кл. G 01 P 15/10 от 6.06.1989, опубликован 24.11.92), который является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и взят в качестве прототипа. Датчик выполнен из плоского монокристаллического основания с образованием в нем чувствительного элемента в виде прямоугольной пластины, соединенной с ним через упругие шарниры, и содержит резонатор, свободно размещенный в его прорези. Резонатор электрически и механически связан с электромеханическим преобразователем, обеспечивающим возбуждение механических колебаний и обратного преобразования их в электрический сигнал. Кроме того, основание закрывается с обеих сторон крышками, которые крепятся по его периметру и имеют углубления для свободного хода чувствительного элемента.The invention relates to the field of measuring mechanical parameters. A known sensor (see US patent No. 5.165.279, class G 01 P 15/10 dated 06/06/1989, published 11/24/92), which is the closest in technical essence to the claimed device and is taken as a prototype. The sensor is made of a flat monocrystalline base with the formation of a sensitive element in it in the form of a rectangular plate connected to it through elastic hinges, and contains a resonator freely placed in its slot. The resonator is electrically and mechanically connected to an electromechanical converter, providing excitation of mechanical vibrations and their reverse conversion into an electrical signal. In addition, the base is closed on both sides by covers, which are fastened around its perimeter and have recesses for the free movement of the sensing element.
Недостатком прототипа является необходимость использования внешнего механического фильтра для уменьшения интенсивности колебания чувствительного элемента при попадании его собственной частоты в диапазон действующих вибраций.The disadvantage of the prototype is the need to use an external mechanical filter to reduce the intensity of the oscillation of the sensitive element when it falls into its own frequency range of vibrations.
Техническим результатом заявляемого датчика является обеспечение его работоспособности при действии вибрации за счет уменьшения интенсивности колебания чувствительного элемента.The technical result of the proposed sensor is to ensure its operability under the action of vibration by reducing the intensity of oscillation of the sensing element.
Технический результат достигается тем, что датчик резонаторный, содержащий основание из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием чувствительного элемента и его подвесов в виде, по крайней мере, двух стержней и стержневого резонатора, одни концы которых соединены с чувствительным элементом, свободно размещенным в углублениях крышек, расположенных по обе стороны основания и соединенных с ними по периметру, на стержнях подвеса выполнены упругие шарниры для перемещения чувствительного элемента относительно основания в направлении измерительной оси, стержневой резонатор электрически и механически связан с электромеханическим преобразователем, отличается тем, что чувствительный элемент состоит из двух частей с возможностью перемещения их относительно друг друга и соединенных между собой упругими шарнирами и неупругим элементом, заполняющим щель, образованную между частями чувствительного элемента.The technical result is achieved by the fact that the sensor is a resonator containing a single crystal base in which through slots are made with the formation of a sensitive element and its suspensions in the form of at least two rods and a rod resonator, one ends of which are connected to a sensitive element freely placed in the recesses of the covers located on both sides of the base and connected with them along the perimeter, elastic hinges are made on the suspension rods to move the sensitive element relative to the base In the direction of the measuring axis, the rod resonator is electrically and mechanically connected with the electromechanical transducer, characterized in that the sensitive element consists of two parts with the possibility of moving them relative to each other and interconnected by elastic joints and an inelastic element filling the gap formed between the parts of the sensitive item.
На фиг.1 изображен первичный преобразователь без крышки.Figure 1 shows the primary Converter without a cover.
На фиг.2 - эквивалентная механическая схема.Figure 2 is an equivalent mechanical diagram.
На фиг.3 - график перемещения первого чувствительного элемента.Figure 3 is a graph of the movement of the first sensor element.
На фиг.4 - график перемещения второго чувствительного элемента.Figure 4 is a graph of the movement of the second sensor element.
На фиг.5 - первичный преобразователь с крышками.In Fig.5 - the primary Converter with covers.
На фиг.6 - датчик резонаторный в сборе.Figure 6 - sensor resonator Assembly.
Устройство содержит основание 1 и соединенный с ним чувствительный элемент с помощью двух упругих шарниров 5 и стержневого резонатора 2, выполненного, например, в виде двухветвевого камертона. Чувствительный элемент состоит из двух частей 3 и 4, соединенных между собой упругими шарнирами 6 и неупругим элементом, который заполняет щель Б, образованную между частями чувствительного элемента (фиг.1).The device comprises a
Крышка 7 (фиг.5) ограничивает ход чувствительного элемента, защищая подвес и резонатор от разрушений при действии ударных нагрузок.Cover 7 (FIG. 5) limits the stroke of the sensitive element, protecting the suspension and the resonator from damage under the action of shock loads.
Резонаторный датчик работает следующим образом. Механическая сила, действующая по направлению измерительной оси, проходящей перпендикулярно плоскости частей чувствительного элемента 3, 4, вызывает момент МИ, равный:The resonator sensor operates as follows. The mechanical force acting in the direction of the measuring axis, perpendicular to the plane of the parts of the sensing element 3, 4, causes a moment M AND equal to:
MИ=F·L,M AND = F · L,
где: F - механическая сила,where: F - mechanical force,
L - плечо между точкой приложения механической силы и упругим подвесом.L is the shoulder between the point of application of mechanical force and the elastic suspension.
Момент МИ уравновешивается реактивным моментом, вызванным парой сил, приложенной к резонатору и стержням подвеса, и моментом упругого шарнира 6. Удлинение резонатора 2 вызывает угловое перемещение θ1 чувствительного элемента 3 относительно оси шарниров 6. На кинематической схеме фиг.3 суммарная жесткость шарниров 6 подвеса с учетом жесткости резонатора 2 обозначена как C1, а шарниров 7 как С2. При этом части чувствительного элемента 3, 4 двигаются относительно друг друга с различными угловыми скоростями, обуславливаемыми их динамическими свойствами (жесткостью шарниров 6, 7, моментом инерции частей чувствительного элемента 3, 4), взаимодействуя через неупругий элемент 9, который имеет определенный коэффициент вязкости, что вызывает потери механической энергии в колебательной системе (состоящей из чувствительных элементов 3, 4 и упругих шарниров 6, 7), понижая ее добротность и уменьшая амплитуду колебаний элементов 3, 4, демпфируют чувствительный элемент в целом. В качестве демпфирующего элемента 9 может быть использован эластичный (резиноподобный) компаунд с требуемой вязкостью. В частном случае длина жесткой части стержней подвеса чувствительного элемента может иметь минимальное (нулевое) значение и роль подвеса в этом случае будут выполнять упругие шарниры. Закон движения чувствительных элементов 3, 4 описывается следующей системой дифференциальных уравнений (см. фиг.3):The moment M I is balanced by the reactive moment caused by the pair of forces applied to the resonator and the suspension rods and the moment of the elastic hinge 6. The elongation of the
где: θ1, θ2 - угловое перемещение подвеса относительно основания;where: θ 1 , θ 2 is the angular displacement of the suspension relative to the base;
, , , - угловые скорости и угловые ускорения соответственно; , , , - angular velocities and angular accelerations, respectively;
ω - угловая частота;ω is the angular frequency;
t - время;t is the time;
J1, J2 - момент инерции соответственно первого и второго чувствительных элементов;J 1 , J 2 - moment of inertia, respectively, of the first and second sensitive elements;
m1, m2 - масса первого и второго чувствительных элементов;m 1 , m 2 - mass of the first and second sensitive elements;
l1 - расстояние между упругими шарнирами 6,7 (расстояние между условными осями поворота упругих шарниров);l 1 - the distance between the elastic joints 6,7 (the distance between the conditional axes of rotation of the elastic joints);
с1 - эквивалентная жесткость шарниров 5 с учетом резонатора 2;C 1 - equivalent stiffness of the joints 5 taking into account the
с2 - жесткость шарниров 7, соединяющих части 3 и 4 чувствительного элемента;C 2 - the stiffness of the hinges 7 connecting the parts 3 and 4 of the sensing element;
η - коэффициент потерь, вносимых неупругим элементом 9;η is the coefficient of losses introduced by the inelastic element 9;
LЦМ1, LЦМ2 - центр масс первого и второго чувствительных элементов;L ЦМ1 , L ЦМ2 - center of mass of the first and second sensitive elements;
а - ускорение.and - acceleration.
Решение системы (1) представим в безразмерной формеWe represent the solution of system (1) in dimensionless form
где Where
, , , ,
На фиг.4, 5 представлены графики относительных амплитуд частей чувствительного элемента. Расчеты были приведены для конструкции со следующими характеристиками: δ=0,668, β=1,41, μ=0,7, =2,11. Добротность первой части чувствительного элемента - 3,0 и второй - 2,0. Добротность системы без демпфирования достигает значения 400. Введение предлагаемого демпфирования позволит снизить добротность до единиц, что обеспечит работоспособность датчика при воздействии вибрации.Figure 4, 5 presents graphs of the relative amplitudes of the parts of the sensing element. Calculations were given for a design with the following characteristics: δ = 0.668, β = 1.41, μ = 0.7, = 2.11. The quality factor of the first part of the sensing element is 3.0 and the second is 2.0. The quality factor of the system without damping reaches 400. The introduction of the proposed damping will reduce the quality factor to units, which will ensure the operability of the sensor when exposed to vibration.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003100256/28A RU2247993C2 (en) | 2003-01-04 | 2003-01-04 | Resonator pickup |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003100256/28A RU2247993C2 (en) | 2003-01-04 | 2003-01-04 | Resonator pickup |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003100256A RU2003100256A (en) | 2004-06-27 |
RU2247993C2 true RU2247993C2 (en) | 2005-03-10 |
Family
ID=35365007
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003100256/28A RU2247993C2 (en) | 2003-01-04 | 2003-01-04 | Resonator pickup |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2247993C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2477491C1 (en) * | 2011-08-10 | 2013-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Resonator sensor |
-
2003
- 2003-01-04 RU RU2003100256/28A patent/RU2247993C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2477491C1 (en) * | 2011-08-10 | 2013-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Resonator sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5514384B2 (en) | Vibration micro-mechanical sensor for angular velocity | |
US6595054B2 (en) | Digital angular rate and acceleration sensor | |
KR101823325B1 (en) | Improved gyroscope structure and gyroscope | |
JP5449998B2 (en) | System and method for hanging an inertial sensor that minimizes rotation of the proof mass | |
CA2734242C (en) | High-resolution digital seismic and gravity sensor and method | |
JP6377892B2 (en) | Vibration-insulated microelectromechanical system structure and manufacturing method thereof | |
JPS62191727A (en) | Vibration beam type force converter | |
US20180209791A1 (en) | Motion measurement devices and methods for measuring motion | |
US5289719A (en) | Accelerometer with temperature compensation and matched force transducers | |
US5186053A (en) | Temperature compensated proofmass assembly for accelerometers | |
AU753754B2 (en) | Monolithic miniature accelerometer | |
RU2247993C2 (en) | Resonator pickup | |
US6414416B1 (en) | Monolithic vibrating rate gyro structure | |
RU2377575C2 (en) | Frequency micro-mechanical accelerometre | |
EP1285229B1 (en) | Vibrating structure comprising two coupled oscillators, in particular for a gyro | |
US20040016307A1 (en) | Vibration isolation mechanism for a vibrating beam force sensor | |
RU2436106C2 (en) | Linear acceleration frequency transducer | |
CN112730892A (en) | Vibration beam structure and vibration beam accelerometer sensitive structure | |
Andò et al. | Nonlinear behaviour of a micromachined SOI device for energy harvesting application | |
RU2444703C1 (en) | Vibration gyroscope | |
SU1760462A1 (en) | Three-component piezoelectric accelerometer | |
RU2415441C1 (en) | Resonance transducer | |
RU2281515C1 (en) | Resonator sensor | |
SU1742732A1 (en) | Measuring vibration converter | |
SU940072A1 (en) | Vibration pickup |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060105 |