RU2618496C1 - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2618496C1
RU2618496C1 RU2015151759A RU2015151759A RU2618496C1 RU 2618496 C1 RU2618496 C1 RU 2618496C1 RU 2015151759 A RU2015151759 A RU 2015151759A RU 2015151759 A RU2015151759 A RU 2015151759A RU 2618496 C1 RU2618496 C1 RU 2618496C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
base
medium
housing
acceleration
Prior art date
Application number
RU2015151759A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Сергеевич Мельник
Павел Михайлович Логинов
Михаил Дмитриевич Соболев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина"
Priority to RU2015151759A priority Critical patent/RU2618496C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2618496C1 publication Critical patent/RU2618496C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring 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
    • G01P15/12Measuring 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 alteration of electrical resistance

Abstract

FIELD: physics, measurement equipment.
SUBSTANCE: invention refers to a measuring technique, namely to acceleration measurements. The acceleration sensor includes a base and a body with a cavity filled with rubbery environment that has no connection with the base, bend-operating bar with a strain gage, the ratio of the bar elasticity modulus E1 and medium elasticity modulus E2 satisfies the condition: E1/E2≥⋅5⋅102, while the bar is placed into the rubbery environment and is parallel to the base and equidistant from the housing walls.
EFFECT: invention provides increased in impact strength and reduced transverse sensitivity of the sensor.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям ускорений.The invention relates to measuring technique, namely to measurements of accelerations.

Известен датчик ускорений [SU №1174862, МПК G01P 15/12, опубл. 23.08.1985 г.], содержащий основание и корпус с полостью, заполненной диэлектрической жидкостью, инерционную массу и два чувствительных элемента с размещенными на них тензорезисторами. Инерционная масса (в виде шара) установлена в направляющей опоре (в виде выступов на корпусе), ось которой совпадает с направлением измеряемых ускорений. Чувствительные элементы, выполненные в виде плоских упругих пластин, расположены симметрично с противоположных сторон инерционной массы. При наличии ускорения инерционная масса, перемещаясь в направляющей опоре, воздействует на чувствительные элементы, вызывая их деформацию, которую воспринимают и преобразовывают в электрический сигнал тензорезистором.The known acceleration sensor [SU No. 1174862, IPC G01P 15/12, publ. 08/23/1985], containing a base and a housing with a cavity filled with a dielectric fluid, an inertial mass and two sensing elements with strain gauges placed on them. The inertial mass (in the form of a ball) is installed in the guide support (in the form of protrusions on the housing), the axis of which coincides with the direction of the measured accelerations. Sensitive elements made in the form of flat elastic plates are located symmetrically on opposite sides of the inertial mass. In the presence of acceleration, the inertial mass, moving in the guide support, acts on the sensitive elements, causing their deformation, which is perceived and converted into an electrical signal by a strain gauge.

Данный датчик ускорений имеет жидкостное демпфирование, снижающее наложенные колебания на информационный сигнал и относительно высокую основную чувствительность.This acceleration sensor has liquid damping, which reduces superimposed oscillations on the information signal and relatively high basic sensitivity.

Однако недостатком данного устройства является изначально напряженное состояние пластин. При наличии ударной нагрузки возможен переход из упругой деформации в пластическую, что ведет к выходу датчика из строя, а это, в свою очередь, снижает ударную прочность.However, the disadvantage of this device is the initially stressed state of the plates. In the presence of shock loading, a transition from elastic to plastic deformation is possible, which leads to the failure of the sensor, and this, in turn, reduces impact strength.

Известен датчик ускорения [RU №2014619, МПК7 G01P 15/12, опубл. 15.06.1994 г.], содержащий основание и корпус с полостью, заполненной резиноподобной средой, не имеющей связи с основанием, балочку с тензорезистором, работающую на изгиб, при этом отношение модуля упругости балочки Е1 к модулю упругости среды Е2 удовлетворяет условию: Е12≥5⋅102. Один конец балочки закреплен консольно в стенке корпуса. Данное устройство рассматривается в качестве прототипа.Known acceleration sensor [RU No. 20144619, IPC 7 G01P 15/12, publ. 15.06.1994 g] comprising a base and a housing with a cavity filled rubbery medium having no connection with the base, with the strain gage ravine running on a bend, wherein the ratio of ravine modulus E 1 of the modulus of elasticity E 2 of the medium satisfies the following condition: E 1 / E 2 ≥5⋅10 2 . One end of the beam is fixed cantilever in the wall of the housing. This device is considered as a prototype.

Консольное закрепление балочки в стенке приводит к снижению ударной прочности датчика, так как именно место заделки балочки в корпусе является концентратором механических напряжений. При этом тензорезистор, расположенный на балочке, либо непосредственно попадает в зону концентрации напряжения, либо находится вблизи ее, что увеличивает чувствительность датчика к поперечной составляющей вектора ускорения. Кроме этого, один из выводных проводников проходит через значительную часть резиноподобной среды, что вносит асимметрию в динамику ее движения (ограничение движения в боковом направлении) в процессе ударного нагружения, а это также сказывается неблагоприятным образом на поперечной чувствительности.The cantilever fastening of the beam in the wall leads to a decrease in the impact strength of the sensor, since it is the place of sealing the beam in the housing that is a stress concentrator. In this case, the strain gauge located on the beam either directly enters the voltage concentration zone or is close to it, which increases the sensitivity of the sensor to the transverse component of the acceleration vector. In addition, one of the lead-out conductors passes through a significant part of the rubber-like medium, which introduces an asymmetry in the dynamics of its motion (restriction of movement in the lateral direction) during shock loading, and this also adversely affects the transverse sensitivity.

Недостатком прототипа является недостаточная ударная прочность и достаточно большое значение поперечной чувствительности.The disadvantage of the prototype is the lack of impact strength and a sufficiently large value of the transverse sensitivity.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении ударной прочности и снижении поперечной чувствительности датчика.The technical result to which the claimed invention is directed is to increase the impact strength and reduce the transverse sensitivity of the sensor.

Технический результат достигается тем, что в датчике ускорения, содержащем основание и корпус с полостью, заполненной резиноподобной средой, не имеющей связи с основанием, балочку с тензорезистором, работающую на изгиб, отношение модуля упругости балочки Ε1 к модулю упругости среды Е2 удовлетворяет условию: Е12≥5⋅102, согласно изобретению балочка помещена в резиноподобную среду параллельно основанию равноудаленно от стенок корпуса.The technical result is achieved in that in an acceleration sensor containing a base and a housing with a cavity filled with a rubber-like medium that has no connection with the base, a beam with a strain gauge working in bending, the ratio of the elastic modulus of the beam Ε 1 to the elastic modulus of the medium E 2 satisfies the condition: E 1 / E 2 ≥5⋅10 2 , according to the invention, the beam is placed in a rubber-like medium parallel to the base equidistant from the walls of the housing.

Размещение балочки в резиноподобной среде равноудаленно от стенок корпуса имеет ряд преимуществ. С одной стороны, балочка защищена резиноподобной средой (в случае интенсивного удара балочка смещается вместе с резиноподобной средой и деформируется не так интенсивно, как при консольном закреплении (в прототипе), где при переходе из упругой деформации балочки в пластическую датчик выйдет из строя). С другой стороны, балочка ограничивает степень деформации тензорезистора и защищает его от излома, в отличие от прототипа, где точка крепления балочки в корпус является концентратором напряжения. Таким образом, повышается ударная прочность предлагаемого датчика. При размещении балочки ближе к какой-либо стенке корпуса степень ее деформации будет уменьшаться - балочка будет работать в меньшей степени на изгиб и в большей степени на радиальное смещение. Размещение балочки равноудаленно от стенок корпуса вносит симметрию в динамику движения балочки при наличии ускорения. Балочка изгибается, максимум ее деформации (напряжения) пропорционален ускорению и приходится на ее середину, то есть захватывает практически весь чувствительный слой тензорезистора. В зоне нахождения выходных проводников движение среды минимально. Следовательно, жесткость проводников оказывает незначительное влияние на динамику среды и балочки. В отличие от прототипа, где в случае бокового удара при консольном закреплении возникает деформация балочки - свободный конец смещается относительно закрепленного конца, балочка изгибается - и датчик вырабатывает неинформационный сигнал. В предлагаемой конструкции датчика при боковом ударе деформация балочки минимальна, что снижает поперечную чувствительность. Размещение балочки параллельно основанию обусловлено тем, что при размещении балочки под каким-либо углом по отношению к основанию при боковом (неизмеряемом) ударе она будет деформироваться, приведя к увеличению поперечной чувствительности, что нежелательно.Placing the beam in a rubber-like medium equidistant from the walls of the housing has several advantages. On the one hand, the beam is protected by a rubber-like medium (in the case of an intense impact, the beam is displaced together with the rubber-like medium and is not deformed as intensively as when it is cantilevered (in the prototype), where it fails during the transition from elastic deformation of the beam). On the other hand, the beam limits the degree of strain gauge deformation and protects it from kink, in contrast to the prototype, where the point of attachment of the beam to the housing is a voltage concentrator. Thus, the impact strength of the proposed sensor is increased. When placing the beam closer to any wall of the body, the degree of its deformation will decrease - the beam will work to a lesser extent on bending and to a greater extent on radial displacement. The placement of the beam equidistant from the walls of the housing introduces symmetry in the dynamics of the beam in the presence of acceleration. The beam bends, the maximum of its deformation (stress) is proportional to acceleration and falls on its middle, that is, it captures almost the entire sensitive layer of the strain gauge. In the zone where the output conductors are located, the movement of the medium is minimal. Consequently, the stiffness of the conductors has a negligible effect on the dynamics of the medium and the beam. In contrast to the prototype, where in the case of a side impact during cantilever fastening, beam deformation occurs - the free end is shifted relative to the fixed end, the beam is bent - and the sensor generates a non-information signal. In the proposed sensor design with lateral impact, the deformation of the beam is minimal, which reduces the lateral sensitivity. The placement of the beam parallel to the base is due to the fact that when the beam is placed at any angle with respect to the base during a lateral (unmeasured) impact, it will deform, leading to an increase in lateral sensitivity, which is undesirable.

Практика проектирования датчика ускорения, проведенные расчеты и опытная отработка показали, что выполнение соотношения размера L полости, в плоскости которой расположена балочка, к ее длине

Figure 00000001
, удовлетворяющее условию:
Figure 00000002
позволяет повысить основную чувствительность датчика. При значении соотношения, меньшем 1,05, датчик потеряет работоспособность из-за возможного зажима балочки, вызванного различием температурных коэффициентов линейного расширения используемых материалов. При значении соотношения, большем 1,2, будет отсутствовать необходимая слабина выводных проводников, влияющая на динамику движения резиноподобной среды и балочки, что приведет к снижению основной чувствительности датчика, так как деформация резиноподобной среды будет в меньшей степени изгибать балочку.The practice of designing an acceleration sensor, the calculations and experimental testing showed that the ratio of the size L of the cavity in the plane of which the beam is located to its length
Figure 00000001
satisfying the condition:
Figure 00000002
allows you to increase the basic sensitivity of the sensor. If the ratio value is less than 1.05, the sensor will lose operability due to the possible clamping of the beam caused by the difference in the temperature coefficients of linear expansion of the materials used. When the ratio value is greater than 1.2, there will be no necessary slack in the output conductors, affecting the dynamics of the rubber-like medium and the beam, which will reduce the basic sensitivity of the sensor, since the deformation of the rubber-like medium will bend the beam to a lesser extent.

Наличие в заявленном изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет его считать соответствующим условию "новизна".The presence in the claimed invention of signs that distinguish it from the prototype, allows it to be considered appropriate for the condition of "novelty."

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».New features that contain a distinctive part of the claims are not identified in technical solutions for a similar purpose. On this basis, we can conclude that the claimed invention meets the condition of "inventive step".

Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 приведен общий вид датчика;in FIG. 1 shows a general view of the sensor;

на фиг. 2 изображена деформация резиноподобной среды под действием ускорения

Figure 00000003
;in FIG. 2 shows the deformation of a rubber-like medium under the action of acceleration
Figure 00000003
;

на фиг. 3 показан вариант выполнения датчика ускорения с двумя тензорезисторами;in FIG. 3 shows an embodiment of an acceleration sensor with two strain gauges;

на фиг. 4 приведена электрическая схема подключения тензорезисторов в варианте выполнения датчика с двумя тензорезисторами.in FIG. 4 shows the electrical connection diagram of the strain gauges in the embodiment of the sensor with two strain gauges.

Устройство выполнено следующим образом.The device is as follows.

Предлагаемый датчик ускорения (фиг. 1) содержит основание 1 и корпус 2 с полостью, заполненной резиноподобной средой 3, не связанной с основанием 1, и балочку 4, помещенную в резиноподобную среду 3 равноудаленно от стенок корпуса 2. Работающая на изгиб балочка 4 установлена параллельно основанию 1 и снабжена тензорезистором 5, имеющим выводы 6, подключаемые к измерительной аппаратуре. Модули упругости среды 3 и балочки 4 удовлетворяют условию: Е12≥5⋅102, где E1 - модуль упругости балочки 4, а Е2 - модуль упругости резиноподобной среды 3. При этом соотношение размера L полости, в плоскости которой расположена балочка 4, к ее длине

Figure 00000001
удовлетворяет условию:
Figure 00000002
. Отношение модулей упругостей Е12 непосредственно влияет на степень деформации балочки 4 и, следовательно, на чувствительность датчика. Снижение значения соотношения Е12 ведет к снижению чувствительности датчика (чем это отношение меньше, тем меньше деформируется балочка). Дальнейшее увеличение отношения модулей упругости (>5⋅102) значительного вклада в чувствительность датчика не вносит.The proposed acceleration sensor (Fig. 1) contains a base 1 and a housing 2 with a cavity filled with a rubber-like medium 3 that is not connected with the base 1, and a beam 4 placed in a rubber-like medium 3 equidistant from the walls of the housing 2. The bending beam 4 is installed in parallel base 1 and is equipped with a strain gauge 5 having conclusions 6 connected to the measuring equipment. The elastic moduli of medium 3 and beam 4 satisfy the condition: E 1 / E 2 ≥5⋅10 2 , where E 1 is the elastic modulus of beam 4, and E 2 is the elastic modulus of rubber-like medium 3. Moreover, the ratio of the size L of the cavity in the plane of which beam 4 is located, to its length
Figure 00000001
satisfies the condition:
Figure 00000002
. The ratio of elastic moduli E 1 / E 2 directly affects the degree of deformation of the beam 4 and, therefore, the sensitivity of the sensor. Reducing the value of the ratio E 1 / E 2 leads to a decrease in the sensitivity of the sensor (the smaller this ratio, the less the beam is deformed). A further increase in the ratio of elastic moduli (> 5⋅10 2 ) does not significantly contribute to the sensitivity of the sensor.

Датчик работает следующим образом.The sensor operates as follows.

При воздействии измеряемого ускорения

Figure 00000004
, направленного от основания 1 в тело датчика, в результате действия инерционных сил, деформируется резиноподобная среда, которая, в свою очередь, изгибает балочку (фиг. 2). Максимум деформации (напряжения) балочки 4 пропорционален ускорению
Figure 00000004
и приходится на ее середину, то есть захватывает практически весь чувствительный слой тензорезистора 5, повышая основную чувствительность датчика. При этом в зоне нахождения выходных проводников 6 движение минимально, а следовательно, их жесткость оказывает незначительное влияние на динамику среды 3 и балочки 4, снижая поперечную чувствительность.When exposed to measured acceleration
Figure 00000004
directed from the base 1 into the sensor body, as a result of inertial forces, a rubbery medium is deformed, which, in turn, bends the beam (Fig. 2). The maximum deformation (stress) of the beam 4 is proportional to the acceleration
Figure 00000004
and falls in its middle, that is, it captures almost the entire sensitive layer of the strain gauge 5, increasing the basic sensitivity of the sensor. Moreover, in the zone where the output conductors 6 are located, the movement is minimal, and therefore, their rigidity has a negligible effect on the dynamics of the medium 3 and beam 4, reducing the transverse sensitivity.

Возможность промышленной реализации и практической возможности достижения требуемого технического результата при использовании изобретения иллюстрируется следующим примером.The possibility of industrial implementation and practical feasibility of achieving the desired technical result when using the invention is illustrated by the following example.

Пример.Example.

Датчик ускорения содержал основание 1 и корпус 2 с полостью, образованной цилиндрическим отверстием диаметром d и заполненной не связанной с основанием резиноподобной средой 3 (эпоксидный клей ЭЛ-20 и пластификатор ПДИ-3АК). В среде 3 параллельно основанию 1 и равноудаленно от стенок корпуса 2 была помещена работающая на изгиб балочка 4 с размещенным на ней полупроводниковым тензопреобразователем 5, имеющим выводы 6, подключаемые к измерительной аппаратуре. Размер полости L (диаметр полости d), в плоскости которой расположена балочка 4, составлял 3,8 мм, а длина балочки 4 была равна

Figure 00000005
мм, что удовлетворяло соотношению:
Figure 00000006
. Модуль упругости среды 3 составлял Е2=5⋅105 Па, а балочки - Е1=1011 Па, что удовлетворяло условию: E1/E2≥5⋅102. При воздействии измеряемого ускорения
Figure 00000004
, направленного от основания 1 в тело датчика, в результате действия инерционных сил деформировалась резиноподобная среда, которая, в свою очередь, изгибала балочку.The acceleration sensor contained a base 1 and a housing 2 with a cavity formed by a cylindrical hole with a diameter d and filled with a rubber-like medium 3 not connected with the base (EL-20 epoxy adhesive and PDI-3AK plasticizer). In medium 3, parallel to the base 1 and equidistant from the walls of the housing 2, a bending beam 4 was placed with a semiconductor strain transducer 5 placed on it and having terminals 6 connected to the measuring equipment. The size of the cavity L (diameter of the cavity d ), in the plane of which the beam 4 is located, was 3.8 mm, and the length of the beam 4 was equal to
Figure 00000005
mm, which satisfies the ratio:
Figure 00000006
. The elastic modulus of medium 3 was E 2 = 5 =10 5 Pa, and the beams - E 1 = 10 11 Pa, which satisfied the condition: E 1 / E 2 ≥5⋅10 2 . When exposed to measured acceleration
Figure 00000004
directed from the base 1 into the sensor body, as a result of inertial forces, a rubbery medium deformed, which, in turn, bent the beam.

На предприятии были проведены сравнительные экспериментальные исследования предлагаемой конструкции и конструкции датчика, выполненного по прототипу, при вышеприведенных значениях размеров полости L и балочки

Figure 00000001
, соотношения модулей упругости среды и балочки Е12, которые показали следующее. Датчик с консольным закреплением балочки (по прототипу) разрушился при ударном ускорении до 10000 g. А датчик, выполненный по предлагаемой конструкции, выдержал ускорение более 30000 g, что подтвердило повышение ударной прочности предлагаемой конструкции. Основная чувствительность у прототипа составила порядка 0,8 мкОм/ (Ом⋅g), а поперечная чувствительность составила 5…15%. Основная чувствительность предлагаемого датчика составила порядка 1,0 мкОм / (Ом⋅g), а поперечная чувствительность не превысила 3%, что подтвердило снижение поперечной чувствительности датчика.The company conducted comparative experimental studies of the proposed design and the design of the sensor, made according to the prototype, with the above values of the dimensions of the cavity L and the beam
Figure 00000001
, the ratio of the elastic moduli of the medium and the beams E 1 / E 2 , which showed the following. The sensor with cantilever beam fixing (according to the prototype) collapsed during shock acceleration up to 10,000 g. And the sensor, made according to the proposed design, withstood the acceleration of more than 30,000 g, which confirmed the increase in impact strength of the proposed design. The main sensitivity of the prototype was about 0.8 μΩ / (Ohm⋅g), and the transverse sensitivity was 5 ... 15%. The main sensitivity of the proposed sensor was about 1.0 μOhm / (Ohm (g), and the transverse sensitivity did not exceed 3%, which confirmed a decrease in the transverse sensitivity of the sensor.

Обоснованность выбора значений L и

Figure 00000001
, удовлетворяющая условию:
Figure 00000002
, подтверждена экспериментом. Расчеты показывают, что при модуле упругости РПС Е1=5⋅105 Па, модуле упругости балочки 4 Е2=1011 Па, ее длине
Figure 00000007
мм и диаметре полости d=L=3,6 мм (
Figure 00000008
) нижняя (первая) частота
Figure 00000009
колебаний резиноподобной среды 3 совместно с балочкой 4 составляет 8,4 кГц, а механическое напряжение в центре балочки равно σ=213⋅105 Па. Для той же балочки при d=L=6 мм (т.е при
Figure 00000010
) частота колебаний среды составила
Figure 00000011
кГц, σ=233⋅105 Па. Высота заливки полости на коэффициент преобразования датчика (отношение величины измеряемого ускорения к механическому напряжению в центре балочки) и частоту
Figure 00000012
практически значимого влияния не оказывают. Представленные результаты показывают, что увеличение значения
Figure 00000013
приводит к повышению коэффициента преобразования всего на 9%, а первая частота снижается в 3,3 раза. Последнее весьма нежелательно для датчиков ударных ускорений.The validity of the choice of the values of L and
Figure 00000001
satisfying the condition:
Figure 00000002
, confirmed by experiment. Calculations show that with the elasticity modulus of the RPS E 1 = 5⋅10 5 Pa, the elastic modulus of the beam 4 E 2 = 10 11 Pa, its length
Figure 00000007
mm and cavity diameter d = L = 3.6 mm (
Figure 00000008
) lower (first) frequency
Figure 00000009
oscillations of the rubber-like medium 3 together with the beam 4 is 8.4 kHz, and the mechanical stress in the center of the beam is σ = 213⋅10 5 Pa. For the same beam at d = L = 6 mm (i.e., at
Figure 00000010
) the oscillation frequency of the medium was
Figure 00000011
kHz, σ = 233⋅10 5 Pa. The height of the cavity filling by the sensor conversion coefficient (the ratio of the measured acceleration to the mechanical stress in the center of the beam) and the frequency
Figure 00000012
have practically no significant effect. The presented results show that an increase in the value
Figure 00000013
leads to an increase in the conversion coefficient by only 9%, and the first frequency decreases by 3.3 times. The latter is highly undesirable for shock acceleration sensors.

Для дальнейшего увеличения основной чувствительности датчика и снижения поперечной чувствительности до уровней менее 2,5% возможен вариант выполнения датчика с двумя тензорезисторами 5 (фиг. 3). Для чего в корпус 2 дополнительно введена вторая полость, идентичная первой (одна из стенок обеих полостей является общей) с аналогичным тензорезистором 5 на балочке 4. Балочки 4 в полостях установлены соосно и повернуты по отношению друг к другу относительно продольной оси на 180°. Тензорезисторы балочек TP 1 и TP 2 (фиг. 4) электрически соединены по полумостовой схеме.To further increase the basic sensitivity of the sensor and reduce the lateral sensitivity to levels less than 2.5%, an embodiment of the sensor with two strain gauges 5 is possible (Fig. 3). For this, a second cavity is introduced into the housing 2, which is identical to the first (one of the walls of both cavities is common) with a similar strain gauge 5 on the beam 4. The beams 4 in the cavities are mounted coaxially and rotated 180 ° relative to each other relative to the longitudinal axis. The gage tensors TP 1 and TP 2 (Fig. 4) are electrically connected in a half-bridge circuit.

В данном варианте выполнения датчика при наличии ускорения

Figure 00000004
, тензорезисторы 5 на балочках 4 испытывают деформацию различных знаков (один тензорезистор работает на растяжение, другой - на сжатие), в результате чего они будут вырабатывать сигналы разных полярностей, что в соединении тензорезисторов по полумостовой схеме дает удвоение коэффициента преобразования, увеличивая основную чувствительность датчика. При действии же ускорения в поперечном направлении сигналы, как правило, однополярны, а полумостовое соединение тензорезисторов синфазные помехи вычитает, снижая поперечную чувствительность датчика. Предложенная конструкция экспериментально опробована. Она работоспособна при пиковом ударном ускорении до 5⋅105 м/с2, при этом поперечная чувствительность составила менее 2,5%, а собственная частота
Figure 00000014
≈10 кГц.In this embodiment, the sensor in the presence of acceleration
Figure 00000004
, the strain gages 5 on the beams 4 undergo deformation of various signs (one strain gage works in tension, the other in compression), as a result of which they will produce signals of different polarities, which in the connection of the strain gages in a half-bridge circuit will double the conversion coefficient, increasing the basic sensitivity of the sensor. Under the action of acceleration in the transverse direction, the signals are usually unipolar, and the half-bridge connection of the strain gages subtracts common-mode noise, reducing the transverse sensitivity of the sensor. The proposed design has been experimentally tested. It is operational at peak shock acceleration up to 5⋅10 5 m / s 2 , while the transverse sensitivity was less than 2.5%, and the natural frequency
Figure 00000014
≈10 kHz.

Итак, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:So, the presented information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для измерения ускорений;- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is intended to measure accelerations;

- обеспечение повышения ударной прочности и основной чувствительности при снижении поперечной чувствительности датчика;- providing increased impact strength and basic sensitivity while reducing the transverse sensitivity of the sensor;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.- for the claimed device in the form in which it is described in the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application and known prior to the priority date is confirmed.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims (3)

1. Датчик ускорения, содержащий основание и корпус с полостью, заполненной резиноподобной средой, не имеющей связи с основанием, балочку с тензорезистором, работающую на изгиб, отношение модуля упругости балочки Ε1 к модулю упругости среды Е2 удовлетворяет условию: Ε12≥5⋅102, отличающийся тем, что балочка помещена в резиноподобную среду параллельно основанию равноудаленно от стенок корпуса.1. An acceleration sensor containing a base and a housing with a cavity filled with a rubber-like medium that is not connected to the base, a beam with a strain gauge operating in bending, the ratio of the elastic modulus of the beam Ε 1 to the medium elastic modulus E 2 satisfies the condition: Ε 1 / Ε 2 ≥5⋅10 2 , characterized in that the beam is placed in a rubber-like medium parallel to the base equidistant from the walls of the housing. 2. Датчик ускорения по п. 1, отличающийся тем, что соотношение размера L полости, в плоскости которой расположена балочка, к ее длине l удовлетворяет условию: L/l=1,05…1,2.2. The acceleration sensor according to claim 1, characterized in that the ratio of the size L of the cavity in the plane of which the beam is located to its length l satisfies the condition: L / l = 1.05 ... 1.2. 3. Датчик ускорения по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в корпус дополнительно введена вторая полость, идентичная первой с аналогичным тензорезистором на балочке, балочки в полостях установлены соосно и повернуты по отношению друг к другу относительно продольной оси на 180°, тензорезисторы балочек электрически соединены по полумостовой схеме.3. Acceleration sensor according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that a second cavity is additionally introduced into the housing, which is identical to the first with a similar strain gage on the beam, the beams in the cavities are mounted coaxially and rotated 180 ° relative to each other relative to the longitudinal axis, the beam resistance gages are electrically connected according to a half-bridge circuit.
RU2015151759A 2015-12-02 2015-12-02 Acceleration sensor RU2618496C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015151759A RU2618496C1 (en) 2015-12-02 2015-12-02 Acceleration sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015151759A RU2618496C1 (en) 2015-12-02 2015-12-02 Acceleration sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2618496C1 true RU2618496C1 (en) 2017-05-03

Family

ID=58697578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015151759A RU2618496C1 (en) 2015-12-02 2015-12-02 Acceleration sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2618496C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113932916A (en) * 2021-10-25 2022-01-14 中国舰船研究设计中心 Device and method for mounting vibration sensor of ship outboard composite material structure

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU640213A1 (en) * 1977-08-03 1978-12-30 Краснодарский Завод Тензометрических Приборов Acceleration sensor with frequency output
RU2014619C1 (en) * 1991-06-13 1994-06-15 Людмила Александровна Колесникова Acceleration transducer
US5698785A (en) * 1995-04-04 1997-12-16 Delco Electronics Corporation Self-compensating accelerometer
JPH10123167A (en) * 1996-08-09 1998-05-15 Denso Corp Semiconductor acceleration sensor
WO2006137230A1 (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Micro Precision Co. & Ltd. Capacitance detection type acceleration sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU640213A1 (en) * 1977-08-03 1978-12-30 Краснодарский Завод Тензометрических Приборов Acceleration sensor with frequency output
RU2014619C1 (en) * 1991-06-13 1994-06-15 Людмила Александровна Колесникова Acceleration transducer
US5698785A (en) * 1995-04-04 1997-12-16 Delco Electronics Corporation Self-compensating accelerometer
JPH10123167A (en) * 1996-08-09 1998-05-15 Denso Corp Semiconductor acceleration sensor
WO2006137230A1 (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Micro Precision Co. & Ltd. Capacitance detection type acceleration sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113932916A (en) * 2021-10-25 2022-01-14 中国舰船研究设计中心 Device and method for mounting vibration sensor of ship outboard composite material structure
CN113932916B (en) * 2021-10-25 2024-04-02 中国舰船研究设计中心 Device and method for installing vibration sensor of ship outboard composite material structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2695291B2 (en) Load cell
EP2735855A1 (en) A measuring device for measuring a physical quantity
US9441941B2 (en) Deformation measurement sensor for measuring pressure and shearing force and structure therefor
US10041826B2 (en) Force sensor device for detecting the weight of a vehicle
RU2618496C1 (en) Acceleration sensor
KR20110105301A (en) Temperature compensated load cell comprising strain gauges
KR20170119283A (en) A strain gauge and a pressure sensor comprising thereof
RU2586259C1 (en) Piezoelectric transducer
KR101127862B1 (en) Inserted-Type Accelerometer for flow induced vibration of tube
Zou et al. Micro-electro-mechanical resonant tilt sensor with 250 nano-radian resolution
Qandil et al. Considerations in the design and manufacturing of a load cell for measuring dynamic compressive loads
RU2283483C1 (en) Device for measuring tractive force
RU2555198C2 (en) Bench for graduation of accelerometers
RU2629918C1 (en) Sensitive element
RU2175117C1 (en) Sensor for measurement of longitudinal force
JP2008304409A (en) Acceleration detecting unit and acceleration sensor
RU2530467C1 (en) Strain-gauge sensor
RU2774102C1 (en) Sensing element of the micromechanical accelerometer
US10908039B2 (en) Load cell assembly including cavities to buffer horizontal shear forces
RU2014619C1 (en) Acceleration transducer
RU2344389C1 (en) Thin-film pressure sensor
KR200462615Y1 (en) An electric resisting type sensor of fixing structure for a steel pipe
CN117572021B (en) Sensitive structure and acceleration sensor
RU2382369C1 (en) Strain accelerometre
RU2252400C1 (en) Displacement strains detector

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201203