RU2580902C1 - Acceleration limit sensor - Google Patents
Acceleration limit sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2580902C1 RU2580902C1 RU2014152076/28A RU2014152076A RU2580902C1 RU 2580902 C1 RU2580902 C1 RU 2580902C1 RU 2014152076/28 A RU2014152076/28 A RU 2014152076/28A RU 2014152076 A RU2014152076 A RU 2014152076A RU 2580902 C1 RU2580902 C1 RU 2580902C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- elastic element
- acceleration
- inertial body
- inertial
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/135—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by making use of contacts which are actuated by a movable inertial mass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/04—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses for indicating maximum value
- G01P15/06—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses for indicating maximum value using members subjected to a permanent deformation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
- H01H35/14—Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch
Abstract
Description
Изобретение относится к области приборостроения, а именно - к инерционным датчикам порогового действия, осуществляющим регистрацию и запоминание в автономном режиме (без источника электропитания) информации о достижении ускорением заданных предельных уровней.The invention relates to the field of instrumentation, and in particular to inertial sensors of a threshold action, recording and storing in offline mode (without a power source) information about acceleration reaching predetermined limit levels.
Подобные датчики могут быть использованы для автономной регистрации заданных уровней ускорений, которым может быть подвергнут опасный груз, например, при транспортных авариях.Such sensors can be used to autonomously record the specified levels of acceleration to which a dangerous cargo can be subjected, for example, in traffic accidents.
Основными характеристиками инерционных датчиков порогового действия являются: порог по ускорению срабатывания, величина рабочего хода и диаграмма чувствительности. Чувствительным элементом инерционных датчиков порогового действия, как правило, является инерционное тело, подвешенное к корпусу на упругом элементе.The main characteristics of inertial sensors of threshold action are: the threshold for accelerating the response, the magnitude of the stroke and the sensitivity diagram. The sensitive element of inertial sensors of threshold action, as a rule, is an inertial body suspended from the housing on an elastic element.
Порог по ускорению срабатывания обеспечивается путем поджатия инерционного тела в исходном положении к опорной поверхности с заданным усилием, отношение которого к массе инерционного тела и определяет величину порога. Движение инерционного тела начинается при достижении действующего ускорения заданной величины, определяемой порогом по ускорению срабатывания.The threshold for accelerating the response is provided by pressing the inertial body in the initial position to the supporting surface with a given force, the ratio of which to the mass of the inertial body determines the threshold value. The motion of the inertial body begins when the effective acceleration of a given value is reached, which is determined by the threshold for acceleration of operation.
Чтобы использовать инерционный пороговый датчик в качестве регистратора заданных уровней ускорений с запоминанием информации, необходимо конструктивно обеспечить фиксацию его чувствительного элемента в конечном положении. Информацию о достижении ускорением заданного порога по ускорению срабатывания можно получить в результате определения положения чувствительного элемента, например, установив нормально разомкнутый электрический контакт, который замыкается при срабатывании датчика, то есть при перемещении его чувствительного элемента из исходного в конечное положение.In order to use an inertial threshold sensor as a recorder of preset acceleration levels with storing information, it is necessary to constructively fix its sensitive element in the final position. Information on acceleration reaching a predetermined threshold for acceleration of response can be obtained by determining the position of the sensitive element, for example, by setting a normally open electrical contact that closes when the sensor is triggered, that is, when its sensitive element is moved from the initial to the final position.
Исходя из минимизации количества датчиков, устанавливаемых на движущийся объект, целесообразно, чтобы датчик мог срабатывать при действии ускорений, вектор которых может быть направлен как вдоль, так и под углами к оси датчика. Поэтому одной из основных характеристик инерционных датчиков порогового действия также является диаграмма чувствительности, показывающая, при какой величине ускорения начинается перемещение инерционного тела (или происходит замыкание электрического контакта) в зависимости от угла между осью датчика и вектором ускорения.Based on minimizing the number of sensors mounted on a moving object, it is advisable that the sensor can be triggered by the action of accelerations, the vector of which can be directed both along and at angles to the axis of the sensor. Therefore, one of the main characteristics of inertial sensors of a threshold action is also a sensitivity diagram showing at what magnitude of acceleration the inertial body begins to move (or an electrical contact closes) depending on the angle between the axis of the sensor and the acceleration vector.
Так, например, для получения диаграммы чувствительности в виде конуса можно использовать в датчике чувствительный элемент с инерционным телом, имеющим сферическую форму, которое поджато упругим элементом к опорной поверхности, имеющей коническую форму. Угол конуса диаграммы чувствительности зависит от угла конического углубления, в котором размещается сферическое инерционное тело. Для получения диаграммы чувствительности в виде цилиндра нужно, чтобы инерционное тело сферической формы опиралось на плоскую опорную поверхность, но было расположено в коническом углублении, выполненном в упругом элементе или детали, связанной с упругим элементом.So, for example, to obtain a sensitivity diagram in the form of a cone, you can use a sensor with an inertial body having a spherical shape in the sensor, which is pressed by the elastic element to the supporting surface having a conical shape. The cone angle of the sensitivity diagram depends on the angle of the conical recess in which the spherical inertial body is placed. To obtain a sensitivity diagram in the form of a cylinder, it is necessary that the inertial body of a spherical shape rest on a flat supporting surface, but be located in a conical recess made in an elastic element or a part connected with an elastic element.
Известен инерционный датчик (см. патент США №5237135, МПК H01H 35/14, опубл. 17.08.93), в котором инерционное тело сферической формы (шарик) - расположено в коническом углублении, выполненном в корпусе датчика, с возможностью перемещения как вдоль, так и под углом к оси датчика, а в качестве упругого элемента, закрепленного в корпусе, используются сформированные путем вырезов на пластине консольные балки (8 штук), которые поджимают шарик к конической опоре.Known inertial sensor (see US patent No. 5237135, IPC H01H 35/14, publ. 08/17/93), in which the inertial body of a spherical shape (ball) is located in a conical recess made in the sensor housing, with the possibility of movement both along, and at an angle to the axis of the sensor, and as an elastic element fixed in the housing, cantilever beams (8 pieces) formed by cuts on the plate are used, which compress the ball to the conical support.
К главным недостаткам аналога можно отнести то, что датчик не обеспечивает автономную регистрацию факта превышения ускорением, действующим на датчик, его порога по ускорению срабатывания, так как инерционное тело возвращается в исходное положение. Консольные балки, нагруженные на конце шариком, образуют колебательную динамическую систему, реакция которой на ударные импульсы произвольной формы может отличаться в зависимости от темпа нарастания ускорения. Так как механическая колебательная система характеризуется наличием частот, при которых возможно возникновение резонанса, то в условиях вибронагружений возникновение резонанса может приводить к дребезгу упругих элементов и соответственно потере устойчивости датчика и ложным срабатываниям (см. Ю.И. Иориш, Виброметрия, ГНТИ, Москва, 1963, стр. 463).The main disadvantages of the analogue can be attributed to the fact that the sensor does not provide autonomous registration of the fact that the acceleration acting on the sensor exceeds its threshold for acceleration of operation, since the inertial body returns to its original position. Cantilever beams loaded at the end with a ball form an oscillatory dynamic system, the reaction of which to shock pulses of arbitrary shape may differ depending on the rate of increase of acceleration. Since a mechanical oscillatory system is characterized by the presence of frequencies at which resonance is possible, under conditions of vibrational loads, the appearance of resonance can lead to the bounce of elastic elements and, accordingly, loss of sensor stability and false responses (see Yu.I. Iorish, Vibrometry, GNTI, Moscow, 1963, p. 463).
Кроме того, диаграмма чувствительности вышеуказанного датчика неравномерная (особенно при действии ускорений в направлении, перпендикулярном оси датчика), так как в зависимости от направления вектора ускорения задействуются одна или две консольных балки.In addition, the sensitivity diagram of the aforementioned sensor is uneven (especially under the action of accelerations in the direction perpendicular to the axis of the sensor), since one or two cantilever beams are used depending on the direction of the acceleration vector.
Для того, чтобы датчик мог сохранять информацию о превышении ускорением, действующим на него, заданного уровня, целесообразно использовать упругий элемент, который при перемещении инерционного тела не возвращается в исходное положение. У таких упругих элементов имеется два устойчивых состояния, а переход из одного устойчивого состояния (исходного положения) в другое (конечное положение) осуществляется благодаря тому, что вектор восстанавливающей силы упругого элемента меняет свое направление на противоположное, то есть происходит прощелкивание упругого элемента.In order for the sensor to be able to store information about the excess of the acceleration acting on it, a predetermined level, it is advisable to use an elastic element, which when moving the inertial body does not return to its original position. Such elastic elements have two stable states, and the transition from one stable state (initial position) to another (final position) is due to the fact that the vector of the restoring force of the elastic element changes its direction, i.e. there is a click of the elastic element.
Известен инерционный пороговый датчик, предназначенный для запоминания факта действия ускорения, в котором используется эффект прощелкивания упругого элемента (см. патент США №2930863, МПК G01P 15/135, H01H 35/14, опубл. 29.03.1960). Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа. Упругий элемент датчика выполнен в виде тарельчатой пружины, центральная часть которой контактирует с инерционным телом, поджимая его к опорной поверхности. К инерционному телу подсоединен токовывод, благодаря чему инерционное тело одновременно выполняет роль подвижного электрического контакта.Known inertial threshold sensor designed to remember the fact of the action of acceleration, which uses the effect of snapping of an elastic element (see US patent No. 2930863, IPC G01P 15/135, H01H 35/14, publ. 03/29/1960). The above device is the closest in technical essence to the claimed device and therefore is selected as a prototype. The elastic element of the sensor is made in the form of a disk spring, the central part of which is in contact with the inertial body, pressing it to the supporting surface. A current output is connected to the inertial body, due to which the inertial body simultaneously acts as a movable electrical contact.
Для обеспечения требуемого порога по ускорению срабатывания центральная часть тарельчатой пружины при сборке датчика предварительно деформируется, благодаря чему инерционное тело поджимается к опорной поверхности, на которой выполнен неподвижный электрический контакт. Отношение усилия, с которым инерционное тело поджимается к опорной поверхности, к массе инерционного тела обеспечивает датчику требуемый порог по ускорению срабатывания. При действии ускорения инерционное тело нагружает тарельчатую пружину в центральной части, и при достижении ускорением величины, равной пороговому значению, инерционное тело перемещается на величину рабочего хода. Благодаря тому, что в конце рабочего хода инерционного тела восстанавливающая сила меняет свое направление, происходит прощелкивание тарельчатой пружины. При этом пружина скачкообразно переходит из одного устойчивого состояния в другое. Установление факта превышения ускорением заданной величины осуществляется по положению инерционного тела путем опроса состояния электрического контакта, который замыкается им в конечном положении.To ensure the required threshold for accelerating the actuation, the central part of the disk spring during the sensor assembly is pre-deformed, due to which the inertial body is pressed against the supporting surface on which the fixed electrical contact is made. The ratio of the force with which the inertial body is pressed against the supporting surface to the mass of the inertial body provides the sensor with the required threshold for accelerating the response. Under the action of acceleration, the inertial body loads a disk spring in the central part, and when the acceleration reaches a value equal to the threshold value, the inertial body moves by the magnitude of the stroke. Due to the fact that at the end of the working stroke of the inertial body the restoring force changes its direction, a disk spring is snapped. In this case, the spring jumps from one stable state to another. The fact of exceeding a specified value by acceleration is established by the position of the inertial body by interrogating the state of the electrical contact, which it closes in the final position.
Основным недостатком прототипа является возможность регистрации факта превышения действующего на датчик ускорения порогового значения только по одной оси, так как к боковым ускорениям датчик не чувствителен. При прощелкивании гибкой тарельчатой пружины возможно неравномерное перемещение края центрального отверстия с образованием складок и, как следствие, появление напряжений, превышающих предел упругости материала, из которого изготовлена пружина. Это может привести к существенному искажению силовой характеристики упругого элемента уже после первого срабатывания датчика.The main disadvantage of the prototype is the possibility of registering the fact that the threshold value acting on the acceleration sensor is exceeded only along one axis, since the sensor is not sensitive to lateral accelerations. When a flexible disk spring is snapped, uneven movement of the edge of the central hole is possible with the formation of folds and, as a result, the appearance of stresses exceeding the elastic limit of the material from which the spring is made. This can lead to a significant distortion of the power characteristics of the elastic element after the first operation of the sensor.
Кроме того, при действии на датчик ударных ускорений, которые, как правило, носят характер затухающих колебаний, необходимо принять дополнительные меры для исключения возврата инерционного тела в исходное положение, иначе информация о срабатывании датчика не будет сохранена. Поэтому, если в датчике инерционное тело закреплено на упругом элементе, то при действии знакопеременного ускорения возможно возвращение инерционного тела в исходное положение.In addition, when a shock acceleration acts on the sensor, which, as a rule, is in the nature of damped oscillations, additional measures must be taken to prevent the inertial body from returning to its original position, otherwise information about the sensor’s operation will not be saved. Therefore, if the inertial body is fixed on the elastic element in the sensor, then under the action of alternating acceleration, the inertial body can return to its original position.
Решаемой задачей заявляемого изобретения является создание датчика предельных ускорений, с повышенной надежностью регистрирующего заданные уровни ускорений, действующих вдоль и под углом к оси датчика, при условии превышения порога по ускорению срабатывания датчика, в соответствии с диаграммой чувствительности, в том числе при действии ударных импульсов произвольной формы.The solved problem of the claimed invention is the creation of a sensor of limiting accelerations, with increased reliability recording the specified levels of accelerations acting along and at an angle to the axis of the sensor, provided that the threshold for accelerating the response of the sensor is exceeded, in accordance with the sensitivity diagram, including under the action of shock pulses of arbitrary forms.
Достигаемым техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности срабатывания датчика при действии ускорений, действующих вдоль и под углом к оси датчика, в том числе ударных импульсов произвольной формы и повышение устойчивости в условиях вибронагружений.Achievable technical result of the claimed invention is to increase the accuracy of the sensor under the action of accelerations acting along and at an angle to the axis of the sensor, including shock pulses of arbitrary shape and increased stability under vibration loads.
Это достигается тем, что в датчике предельных ускорений, содержащем корпус с установленным в нем инерционным телом, предварительно поджатым к упору упругим элементом, имеющим возможность перехода из одного устойчивого положения в другое путем прощелкивания, новым является то, что упругий элемент выполнен в виде гибкой тарельчатой пружины с краевыми гофрами, имеющей на участке рабочего хода отрицательную жесткость, при этом в центральном отверстии тарельчатой пружины установлено инерционное тело сферической формы.This is achieved by the fact that in the limiting acceleration sensor containing a housing with an inertial body installed therein, preliminarily pressed against the stop by an elastic element that can transition from one stable position to another by snapping, the new fact is that the elastic element is made in the form of a flexible disk springs with edge corrugations having negative stiffness on the working stroke section, while an inertial body of a spherical shape is installed in the central hole of the disk spring.
Выполнение упругого элемента в виде гибкой тарельчатой пружины (см. С.Д. Пономарев, Л.Е. Андреева. Расчет упругих элементов машин и приборов. М.: Машиностроение, 1980, стр. 221), установленной с возможностью перехода из одного устойчивого положения в другое путем прощелкивания, обеспечивает чувствительному элементу датчика силовую характеристику (зависимость обобщенной восстанавливающей силы от перемещения центральной части пружины), на которой есть участок, где происходит уменьшение силы, но при этом вектор обобщенной восстанавливающей силы не меняет своего направления. Указанный участок силовой характеристики и используется для обеспечения требуемого порога по ускорению срабатывания путем выбора положения инерционного тела относительно корпуса с помощью упора, размещенного в корпусе. Так как величина обобщенной восстанавливающей силы в зависимости от перемещения инерционного тела уменьшается, обобщенный коэффициент жесткости упругого элемента - гибкой тарельчатой пружины - на участке рабочего хода имеет отрицательное значение. Поэтому динамическая система датчика является неколебательной, благодаря чему достигается повышение точности срабатывания датчика при действии ускорений, в том числе ударных импульсов произвольной формы, а также повышение устойчивости датчика в условиях вибронагружений.The implementation of the elastic element in the form of a flexible disk spring (see S. D. Ponomarev, L. Andreeva. Calculation of the elastic elements of machines and devices. M .: Mechanical Engineering, 1980, p. 221), installed with the possibility of transition from one stable position to another by clicking, it provides the sensor’s sensitive element with a power characteristic (the dependence of the generalized restoring force on the movement of the central part of the spring), on which there is a section where the force decreases, but the vector of the generalized restoring force does not change its direction. The specified section of the power characteristic is used to provide the required threshold for accelerating the response by selecting the position of the inertial body relative to the housing using a stop placed in the housing. Since the magnitude of the generalized restoring force, depending on the displacement of the inertial body, decreases, the generalized stiffness coefficient of the elastic element — the flexible disk spring — is negative in the travel section. Therefore, the dynamic sensor system is non-oscillatory, due to which an increase in the accuracy of the sensor operation under the action of accelerations, including shock pulses of arbitrary shape, as well as an increase in the stability of the sensor under vibration loads, is achieved.
Краевые гофры обеспечивают гибкой тарельчатой пружине возможность больших упругих перемещений ее центральной части и делают эту часть тарельчатой пружины более жесткой, обеспечивая равномерное перемещение края центрального отверстия без появления складок.Edge corrugations provide a flexible disk spring with the possibility of large elastic displacements of its central part and make this part of a disk spring more rigid, ensuring uniform movement of the edge of the central hole without the appearance of folds.
Инерционное тело сферической формы - шарик - размещается в центральном отверстии гибкой тарельчатой пружины, опираясь на поверхность краевого гофра. Поверхность краевого гофра у центрального отверстия тарельчатой пружины образует посадочное место для шарика. Соотношение диаметра центрального отверстия, с учетом размера краевого гофра, и диаметра шарика определяет глубину посадки шарика в отверстии.A spherical inertial body - a ball - is located in the central hole of a flexible disk spring, resting on the surface of the edge corrugation. The surface of the edge corrugation at the central hole of the Belleville spring forms a seat for the ball. The ratio of the diameter of the central hole, taking into account the size of the edge corrugation, and the diameter of the ball determines the depth of landing of the ball in the hole.
Опорная поверхность, к которой поджимается шарик упругим элементом, может быть плоской, конической или иметь другую произвольную форму. В зависимости от сочетания формы опорной поверхности и глубины посадки шарика в центральном отверстии тарельчатой пружины можно формировать различные виды диаграмм чувствительности, тем самым расширяя функциональные возможности датчика.The supporting surface to which the ball is pressed by the elastic element may be flat, conical or have any other arbitrary shape. Depending on the combination of the shape of the supporting surface and the depth of the ball in the central hole of the disk spring, various types of sensitivity diagrams can be formed, thereby expanding the functionality of the sensor.
Благодаря тому, что шарик не соединен с упругим элементом, после того, как произойдет прощелкивание гибкой тарельчатой пружины, для возврата ее в исходное положение необходимо действие ускорения обратной направленности, величина которого существенно превышает величину порога по ускорению срабатывания датчика. Это является немаловажным фактом, так как невозможность возвращения чувствительного элемента в исходное положение повышает достоверность запоминания факта действия ускорения, то есть зарегистрированной информации.Due to the fact that the ball is not connected to the elastic element, after the flexible disk spring is snapped, an acceleration of the reverse direction is necessary to return it to its original position, the value of which significantly exceeds the threshold for accelerating the response of the sensor. This is an important fact, since the impossibility of returning the sensitive element to its original position increases the reliability of remembering the fact of the action of acceleration, that is, registered information.
Центральная часть тарельчатой пружины при перемещении инерционного тела на величину рабочего хода контактирует с неподвижным электрическим контактом, то есть упругий элемент выполняет функцию подвижного электрического контакта. Благодаря тому, что вектор восстанавливающей силы в конечном положении упругого элемента меняет свой знак, обеспечивается необходимая величина контактного давления, достаточная для надежного замыкания электрической цепи.When moving the inertial body by the magnitude of the stroke, the central part of the cup spring comes in contact with a fixed electrical contact, that is, the elastic element performs the function of a movable electrical contact. Due to the fact that the vector of the restoring force in the final position of the elastic element changes its sign, the necessary contact pressure is provided, sufficient for reliable closure of the electric circuit.
На фиг. 1 изображена схема варианта исполнения датчика предельных ускорений, имеющего коническую опорную поверхность инерционного тела.In FIG. 1 shows a diagram of an embodiment of a sensor of limiting accelerations having a conical supporting surface of an inertial body.
На фиг. 2 изображен вид силовой характеристики упругого элемента - гибкой тарельчатой пружины.In FIG. 2 shows a view of the force characteristic of an elastic element — a flexible disk spring.
Датчик предельных ускорений содержит сферическое инерционное тело - шарик 1, установленный с возможностью перемещения вдоль и под углом к оси датчика. Шарик 1 поджат к опоре 4 закрепленным в корпусе 5 упругим элементом - гибкой тарельчатой пружиной 2, являющейся одновременно подвижным электрическим контактом. Гибкая тарельчатая пружина 2 имеет гофры по внешнему краю и краю центрального отверстия, в котором размещается инерционное тело 1. Пружина установлена в корпусе датчика с возможностью прощелкивания, благодаря которому реализуется силовая характеристика с отрицательной жесткостью на участке рабочего хода Δ. Рабочий ход чувствительного элемента датчика - расстояние, которое необходимо пройти инерционному телу до момента, когда вектор восстанавливающей силы, генерируемой упругим элементом, меняет свое направление на противоположное.The acceleration limit sensor contains a spherical inertial body - a ball 1, mounted with the possibility of movement along and at an angle to the axis of the sensor. The ball 1 is pressed against the support 4 by an elastic element fixed in the housing 5 - a flexible disk spring 2, which is simultaneously a movable electrical contact. The flexible disk spring 2 has corrugations along the outer edge and the edge of the central hole in which the inertial body 1 is placed. The spring is installed in the sensor housing with the possibility of clicking, due to which a power characteristic with negative stiffness is realized in the travel section Δ. The working stroke of the sensor’s sensitive element is the distance that the inertial body must travel to the moment when the vector of the restoring force generated by the elastic element changes its direction to the opposite.
Неподвижные электрические контакты 3 изолированы от корпуса датчика 5 и упругого элемента 2 и размещены на расстоянии, большем чем величина рабочего хода Δ. При срабатывании датчика упругий элемент перемыкает электрические контакты 3.Fixed
Опора 4 установлена в корпусе 5 датчика с возможностью перемещения, например, по резьбе для обеспечения предварительного смещения центральной части гибкой тарельчатой пружины и для точной настройки порога по ускорению срабатывания.The support 4 is installed in the
Для получения информации о срабатывании датчика производится опрос состояния контактов 3. Замкнутые контакты свидетельствуют о том, что величина действующего на датчик ускорения превысила пороговое значение.To obtain information about the operation of the sensor, the state of
В качестве инерционного тела целесообразно использовать стандартный шарик необходимого диаметра, изготовленный из коррозионностойкого немагнитного сплава.It is advisable to use a standard ball of the required diameter made of a corrosion-resistant non-magnetic alloy as an inertial body.
Гибкая тарельчатая пружина изготавливается также из коррозионностойкого немагнитного сплава, например сплава 36НХТЮ. Центральное отверстие с краевым гофром служит для позиционирования инерционного тела - шарика и, кроме того, делает центральную часть мембраны более жесткой, благодаря чему она перемещается по заданному закону.A flexible disk spring is also made of a corrosion-resistant non-magnetic alloy, for example, 36NHTYu alloy. The central hole with the edge corrugation serves to position the inertial body - the ball and, in addition, makes the central part of the membrane more rigid, so that it moves according to a given law.
Неподвижные электрические контакты изготавливаются из электропроводящего металла.Fixed electrical contacts are made of electrically conductive metal.
Силовая характеристика упругого элемента - гибкой тарельчатой пружины 2 - представляет собой зависимость силы F, генерируемой пружиной, от перемещения Y ее центральной части. Как показано на фиг. 2, силовая характеристика имеет рабочий участок А-Б, на котором происходит сначала уменьшение величины восстанавливающей силы F до нуля, а затем вектор восстанавливающей силы меняет свое направление на противоположное. То есть в исходном положении чувствительного элемента датчика величина восстанавливающей силы F (точка A на силовой характеристике) больше, чем в конце рабочего хода - в положении, когда вектор восстанавливающей силы меняет свое направление на противоположное. После того, как чувствительный элемент переместится на величину рабочего хода, произойдет прощелкивание гибкой тарельчатой пружины. В положении пружины, когда обратный вектор восстанавливающей силы имеет максимальное значение, происходит замыкание электрического контакта (точка Б на силовой характеристике). Величина рабочего хода Δ зависит от величины порога по ускорению срабатывания - с увеличением порога увеличивается величина рабочего хода.The force characteristic of an elastic element - a flexible disk spring 2 - is the dependence of the force F generated by the spring on the displacement Y of its central part. As shown in FIG. 2, the power characteristic has a working area AB, on which the reduction force F is first reduced to zero, and then the recovery force vector reverses its direction. That is, in the initial position of the sensor element of the sensor, the value of the restoring force F (point A on the power characteristic) is greater than at the end of the stroke - in the position when the vector of the restoring force reverses its direction. After the sensing element moves by the magnitude of the stroke, a flexible disk spring will snap. In the spring position, when the return vector of the restoring force has a maximum value, the electrical contact is closed (point B on the power characteristic). The magnitude of the stroke Δ depends on the value of the threshold for accelerating the response - with an increase in the threshold, the magnitude of the stroke increases.
Датчик работает следующим образом.The sensor operates as follows.
Под действием ускорения, величина которого превышает порог по ускорению срабатывания, а вектор ускорения может быть направлен как вдоль оси датчика, так и в боковом направлении, инерционный элемент 1 датчика, поджатый к упору 4 упругим элементом 2 (положение a, см. фиг. 1), отрывается от упора и перемещается на величину рабочего хода Δ, а затем благодаря смене направления вектора восстанавливающей силы упругий элемент - гибкая тарельчатая пружина 2 - прощелкивается в конечное положение (положение б, см. фиг. 1). Таким образом, при срабатывании датчика его упругий элемент переходит из одного устойчивого положения в другое.Under the action of acceleration, the value of which exceeds the threshold for accelerating the response, and the acceleration vector can be directed both along the axis of the sensor and in the lateral direction, the inertial element 1 of the sensor, pressed against the stop 4 by the elastic element 2 (position a, see Fig. 1 ), breaks away from the stop and moves by the magnitude of the working stroke Δ, and then, due to a change in the direction of the vector of the restoring force, the elastic element - flexible disk spring 2 - clicks into the final position (position b, see Fig. 1). Thus, when the sensor is triggered, its elastic element passes from one stable position to another.
Проведенные расчетные исследования работоспособности датчика предельных ускорений и натурные испытания макетных образцов его чувствительного элемента, выполненного в соответствии с изобретением, подтвердили достижение заявляемого технического результата.Conducted computational studies of the operability of the sensor of maximum accelerations and full-scale tests of prototypes of its sensitive element, made in accordance with the invention, confirmed the achievement of the claimed technical result.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014152076/28A RU2580902C1 (en) | 2014-12-22 | 2014-12-22 | Acceleration limit sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014152076/28A RU2580902C1 (en) | 2014-12-22 | 2014-12-22 | Acceleration limit sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2580902C1 true RU2580902C1 (en) | 2016-04-10 |
Family
ID=55794326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014152076/28A RU2580902C1 (en) | 2014-12-22 | 2014-12-22 | Acceleration limit sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2580902C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2685574C1 (en) * | 2018-07-02 | 2019-04-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Device for measurement of impact loads |
| RU2768012C1 (en) * | 2021-08-12 | 2022-03-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Inertial type threshold sensor |
| RU2789608C1 (en) * | 2022-08-16 | 2023-02-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Хардфор" | Shock indicator |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2930863A (en) * | 1958-07-21 | 1960-03-29 | Raymond L Renner | Acceleration detectors |
| SU517850A1 (en) * | 1975-03-13 | 1976-06-15 | Предприятие П/Я А-3697 | Limit acceleration sensor |
| US4071723A (en) * | 1975-05-13 | 1978-01-31 | Inertia Switch Limited | Plunger-release shock responsive control apparatus having adjustable seat for sensor mass |
| RU2192645C2 (en) * | 1999-05-12 | 2002-11-10 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. акад. Е.И. Забабахина | Acceleration transducer |
| DE102006052312A1 (en) * | 2006-11-07 | 2008-05-08 | Ymos Gmbh | Acceleration sensor for activating motor vehicle's passenger protective system, has actuator connected with control unit so that actuator is moved from starting to switching position while movement of unit from fixed to operating position |
-
2014
- 2014-12-22 RU RU2014152076/28A patent/RU2580902C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2930863A (en) * | 1958-07-21 | 1960-03-29 | Raymond L Renner | Acceleration detectors |
| SU517850A1 (en) * | 1975-03-13 | 1976-06-15 | Предприятие П/Я А-3697 | Limit acceleration sensor |
| US4071723A (en) * | 1975-05-13 | 1978-01-31 | Inertia Switch Limited | Plunger-release shock responsive control apparatus having adjustable seat for sensor mass |
| RU2192645C2 (en) * | 1999-05-12 | 2002-11-10 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. акад. Е.И. Забабахина | Acceleration transducer |
| DE102006052312A1 (en) * | 2006-11-07 | 2008-05-08 | Ymos Gmbh | Acceleration sensor for activating motor vehicle's passenger protective system, has actuator connected with control unit so that actuator is moved from starting to switching position while movement of unit from fixed to operating position |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2685574C1 (en) * | 2018-07-02 | 2019-04-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Device for measurement of impact loads |
| RU2768012C1 (en) * | 2021-08-12 | 2022-03-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Inertial type threshold sensor |
| RU2789608C1 (en) * | 2022-08-16 | 2023-02-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Хардфор" | Shock indicator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8952466B2 (en) | Flexible stop for an acceleration sensor | |
| US6327909B1 (en) | Bistable mechanical sensors capable of threshold detection and automatic elimination of excessively high amplitude data | |
| US20150241216A1 (en) | Microelectromechanical device with motion limiters | |
| JP6568544B2 (en) | Force sensor unit | |
| RU2443979C1 (en) | Inertial threshold sensor | |
| US9316550B2 (en) | Shock sensor with bistable mechanism and method of shock detection | |
| JP2001066321A (en) | Micromachining-type constituent element | |
| RU2580902C1 (en) | Acceleration limit sensor | |
| EP3111233B1 (en) | A microelectromechanical structure with motion limiter | |
| WO2017043659A1 (en) | Pedal operation detecting device | |
| JP6048947B2 (en) | Tactile sensor | |
| US3453405A (en) | Inertia switches | |
| RU2669014C1 (en) | Threshold sensor of inertial type | |
| US7559238B1 (en) | MEMS inertial shock bandpass filter | |
| JPS5858607B2 (en) | vibration detection device | |
| RU2522895C2 (en) | Inertial sensor | |
| US10793424B2 (en) | Device and method for a threshold sensor | |
| JPWO2005088318A1 (en) | Acceleration sensor and tire information transmission device with acceleration sensor | |
| JP2016173951A (en) | Electronic device | |
| CN107082405B (en) | MEMS device structure | |
| RU2016131880A (en) | Measuring device with a transmitting part and a part for reading data connected by a magnet | |
| RU2754918C1 (en) | Inertial type threshold detector | |
| RU2451940C1 (en) | Acceleration limit sensor | |
| US3492450A (en) | Inertia switch | |
| RU2768012C1 (en) | Inertial type threshold sensor |