RU2768012C1 - Inertial type threshold sensor - Google Patents

Inertial type threshold sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2768012C1
RU2768012C1 RU2021124237A RU2021124237A RU2768012C1 RU 2768012 C1 RU2768012 C1 RU 2768012C1 RU 2021124237 A RU2021124237 A RU 2021124237A RU 2021124237 A RU2021124237 A RU 2021124237A RU 2768012 C1 RU2768012 C1 RU 2768012C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
elastic element
inertial
inertial body
threshold
Prior art date
Application number
RU2021124237A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Федорович Липатов
Александр Вячеславович Данилов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2021124237A priority Critical patent/RU2768012C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2768012C1 publication Critical patent/RU2768012C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01H35/141—Details

Landscapes

  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: invention relates to instrument making, namely to threshold sensors of inertial type. Threshold sensor of inertial type comprises inertial body arranged in housing, installed with possibility of movement along sensor axis, pressed by means of first elastic element with negative rigidity in section of working stroke, made in form of flexible elastic rod, the central part of which, interacting with the inertial body, is given a convex shape, and the ends of the rod are additionally supported on the inner surface of the sensor housing. Sensor has a movable and a fixed electric contact; the movable electric contact is a second elastic element in the form of a flexible elastic rod, the central part of which, which interacts with the inertial body, is given a convex shape with a large deflection.
EFFECT: increased accuracy of sensor actuation at action along its axis of acceleration, value of which exceeds threshold for acceleration of operation, increased reliability of its electrical contact closure and absence of contact opening under conditions of action on sensor of vibration loads.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения, а именно - к пороговым датчикам инерционного типа. Пороговые датчики инерционного типа устанавливаются, как правило, на движущихся объектах и используются для определения момента достижения ускорением, действующим на датчик, заданной величины.The invention relates to the field of instrumentation, namely to threshold sensors of the inertial type. Threshold sensors of the inertial type are usually installed on moving objects and are used to determine the moment when the acceleration acting on the sensor reaches a predetermined value.

Порог по ускорению срабатывания датчика обеспечивается путем поджатая упругим элементом инерционного тела к опорной поверхности с заданным усилием, отношение которого к массе инерционного тела и определяет величину порога. Движение инерционного тела начинается при достижении действующим ускорением заданной величины, определяемой порогом по ускорению срабатывания. Сигнал о достижении действующим ускорением заданной величины формируется, например, путем замыкания нормально разомкнутого электрического контакта датчика при перемещении его инерционного тела на величину межконтактного зазора.The threshold for accelerating the response of the sensor is provided by pressing the elastic element of the inertial body to the supporting surface with a given force, the ratio of which to the mass of the inertial body determines the value of the threshold. The movement of the inertial body begins when the current acceleration reaches a predetermined value determined by the threshold for the acceleration of operation. The signal that the current acceleration reaches a predetermined value is generated, for example, by closing the normally open electrical contact of the sensor when moving its inertial body by the value of the contact gap.

Пороговые датчики инерционного типа можно использовать не только для определения момента достижения ускорением, действующим на датчик и, соответственно, на движущийся объект, заданной величины при его разгоне или торможении, но и для регистрации длительности процесса разгона или торможения движущегося объекта путем измерения длительности замыкания электрического контакта датчика соответствующим таймером. Определив длительность процесса разгона или торможения движущегося объекта и зная начальные параметры его движения, можно оценить протяженность участков разгона или торможения. Подобная информация может быть использована автоматическими системами управления движущимися объектами. Например, используя данный алгоритм измерений, можно оценить протяженность тормозного пути автомобиля.Threshold sensors of the inertial type can be used not only to determine the moment when the acceleration acting on the sensor and, accordingly, on the moving object, reaches a given value during its acceleration or deceleration, but also to record the duration of the process of acceleration or deceleration of the moving object by measuring the duration of the electrical contact. sensor with the corresponding timer. Having determined the duration of the process of acceleration or deceleration of a moving object and knowing the initial parameters of its movement, it is possible to estimate the length of the sections of acceleration or deceleration. Such information can be used by automatic control systems for moving objects. For example, using this measurement algorithm, it is possible to estimate the length of the braking distance of a car.

При этом необходимо обеспечить, чтобы после срабатывания датчика и действии не него ускорения, величина которого превышает величину его порога по ускорению срабатывания, электрический контакт датчика оставался непрерывно замкнутым, так как размыкание электрического контакта датчика, даже в течение непродолжительного времени, приведет к тому, что отсчет времени таймером начнется вновь и информация о параметрах движения перемещающегося объекта будет искажена. Обеспечить непрерывное замыкание электрического контакта порогового датчика, установленного на движущийся объект, очень сложно, так как процессы разгона или торможения данного объекта могут сопровождаться интенсивными вибрационными нагрузками, действующими на датчик. Перемещения внутренних элементов датчика под действием вибрационных нагрузок могут приводить к тому, что будут происходить размыкания его электрического контакта.At the same time, it is necessary to ensure that after the sensor has been triggered and an acceleration is applied to it, the value of which exceeds the value of its threshold for response acceleration, the electrical contact of the sensor remains continuously closed, since opening the electrical contact of the sensor, even for a short time, will lead to the fact that The countdown by the timer will start again and the information about the movement parameters of the moving object will be distorted. It is very difficult to ensure continuous closure of the electrical contact of a threshold sensor mounted on a moving object, since the processes of acceleration or deceleration of this object may be accompanied by intense vibration loads acting on the sensor. Movements of the internal elements of the sensor under the action of vibration loads can lead to the opening of its electrical contact.

Поэтому надежный алгоритм работы порогового датчика инерционного типа, в том числе и в качестве регистратора длительности процесса разгона или торможения движущегося объекта, обеспечивается в том случае, если после срабатывания датчика его электрический контакт остается непрерывно замкнутым в течении заданного времени (например, в течение нескольких секунд), которое отсчитывается специальным таймером.Therefore, a reliable algorithm for the operation of an inertial-type threshold sensor, including as a recorder of the duration of the acceleration or deceleration process of a moving object, is provided if, after the sensor is triggered, its electrical contact remains continuously closed for a specified time (for example, for several seconds). ), which is counted by a special timer.

Существуют различные конструкции пороговых датчиков инерционного типа, в которых инерционное тело поджато упругим элементом для обеспечения требуемой величины порога по ускорению срабатывания. При этом упругий элемент одновременно является подвижным электрическим контактом, что позволяет существенно упростить конструкцию датчика.There are various designs of inertial type threshold sensors, in which the inertial body is preloaded by an elastic element to provide the required threshold value for response acceleration. In this case, the elastic element is simultaneously a movable electrical contact, which makes it possible to significantly simplify the design of the sensor.

Инерционный датчик, в котором функцию инерционного тела выполняет шарик, а упругий элемент является также подвижным электрическим контактом, известен из описания к патенту США №5237135, опубл. 17.08.93 г. В данной конструкции шарик расположен 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 (восемь штук), которые поджимают шарик к конической опоре и одновременно являются подвижными электрическими контактами. Основным недостатком аналога является то, что консольные балки, нагруженные на конце шариком, образуют динамическую систему, которая является колебательной. Так как любая механическая колебательная система характеризуется наличием частот, при которых возможно возникновение резонанса, то в условиях вибронагружений это может приводить как к потере устойчивости датчика и ложным срабатываниям, так и дребезгу упругих элементов и, соответственно, размыканию электрических контактов датчика после его срабатывания.An inertial sensor, in which the function of the inertial body is performed by a ball, and the elastic element is also a movable electrical contact, is known from the description of US patent No. 5237135, publ. 08/17/93 In this design, the ball is located in a conical recess made in the sensor housing, with the ability to move both along and at an angle to the sensor axis, and as an elastic element. fixed in the housing, cantilever beams (eight pieces) formed by cuts on the plate are used, which press the ball against the conical support and at the same time are movable electrical contacts. The main disadvantage of the analogue is that the cantilever beams, loaded at the end with a ball, form a dynamic system, which is oscillatory. Since any mechanical oscillatory system is characterized by the presence of frequencies at which resonance may occur, then under vibration loading conditions this can lead to both loss of sensor stability and false alarms, and bounce of elastic elements and, accordingly, opening of the electrical contacts of the sensor after it is triggered.

Известен пороговый датчик инерционного типа (патент РФ №2669014. МПК H01H 35/14, опубл. 05.10.2018), выбранный в качестве прототипа, содержащий размещенное в корпусе сферическое инерционное тело, установленное с возможностью перемещения вдоль и под углом к оси датчика. Инерционное тело поджато с помощью закрепленного в корпусе упругого элемента с отрицательной жесткостью на участке рабочего хода, выполненного в виде гибкого стержня. Упругий элемент является одновременно подвижным электрическим контактом. Центральной части гибкого стержня, взаимодействующей с инерционным телом, придана выпуклая в сторону неподвижного контакта форма, а концы стержня дополнительно оперты на внутренние поверхности корпуса датчика для образования симметричной, относительно оси датчика, формы изгиба стержня.A known inertial type threshold sensor (RF patent No. 2669014. IPC H01H 35/14, publ. 10/05/2018), selected as a prototype, containing a spherical inertial body placed in the housing, installed with the possibility of moving along and at an angle to the axis of the sensor. The inertial body is compressed by means of an elastic element fixed in the body with negative rigidity in the working stroke section, made in the form of a flexible rod. The elastic element is simultaneously a movable electrical contact. The central part of the flexible rod interacting with the inertial body is given a convex shape towards the fixed contact, and the ends of the rod are additionally supported on the inner surfaces of the sensor housing to form a symmetrical, relative to the sensor axis, rod bending shape.

Выполнение упругого элемента в виде гибкого упругого стержня (см. Е.П. Попов. Теория и расчет гибких упругих стержней, М., Наука, 1986 г., стр. 105), благодаря формированию начального прогиба стержня при закреплении его концов и большому прогибу центральной части, обеспечивает силовую характеристику (зависимость обобщенной восстанавливающей силы от величины прогиба центральной части стержня), на которой есть участок, где происходит уменьшение силы, но при этом вектор обобщенной восстанавливающей силы не меняет свое направление. Указанный участок силовой характеристики и используется для обеспечения требуемого порога по ускорению срабатывания. Так как величина обобщенной восстанавливающей силы в зависимости от перемещения инерционного тела уменьшается, обобщенный коэффициент жесткости упругого элемента - гибкого стержня - на участке рабочего хода имеет отрицательное значение (см. патент РФ №2582324). Поэтому динамическая система датчика является неколебательной, благодаря чему достигается повышение точности срабатывания датчика при действии ускорений, а также повышение устойчивости датчика в условиях вибронагружений. Основным недостатком прототипа является то, что после срабатывания датчика и замыкания его электрического контакта возможны кратковременные размыкания контакта, так как вибрационные нагрузки, действуя на инерционное тело, вызовут его перемещения в сторону от электрического контакта, что приведет к уменьшению контактного давления между подвижным и неподвижным электрическими контактами вплоть до его полного исчезновения. В результате этого произойдет размыкание электрического контакта.Execution of an elastic element in the form of a flexible elastic rod (see E.P. Popov. Theory and calculation of flexible elastic rods, M., Nauka, 1986, p. 105), due to the formation of the initial deflection of the rod when fixing its ends and a large deflection the central part, provides a power characteristic (dependence of the generalized restoring force on the deflection of the central part of the rod), on which there is a section where the force decreases, but the vector of the generalized restoring force does not change its direction. The indicated section of the power characteristic is used to provide the required threshold for the acceleration of operation. Since the value of the generalized restoring force decreases depending on the displacement of the inertial body, the generalized stiffness coefficient of the elastic element - the flexible rod - in the working stroke section has a negative value (see RF patent No. 2582324). Therefore, the dynamic system of the sensor is non-oscillatory, due to which an increase in the accuracy of the sensor operation under the action of accelerations is achieved, as well as an increase in the stability of the sensor under vibration loading conditions. The main disadvantage of the prototype is that after the sensor is triggered and its electrical contact is closed, short-term opening of the contact is possible, since the vibration loads, acting on the inertial body, will cause it to move away from the electrical contact, which will lead to a decrease in the contact pressure between the movable and stationary electrical contacts up to its complete disappearance. This will open the electrical contact.

Решаемой проблемой является создание порогового датчика инерционного типа, у которого после срабатывания и замыкания его электрического контакта не происходит размыканий контакта при действии на датчик вибрационных ускорений, амплитуда которых может быть сопоставима с величиной порога по ускорению срабатывания датчика.The problem to be solved is the creation of an inertial-type threshold sensor, in which, after actuation and closing of its electrical contact, the contact does not open when vibration accelerations act on the sensor, the amplitude of which can be comparable to the value of the threshold for accelerating the sensor response.

Достигаемым техническим результатом является повышение точности срабатывания датчика при действии вдоль его оси ускорения, величина которого превышает порог по ускорению срабатывания, повышение надежности замыкания его электрического контакта и отсутствие размыканий контакта в условиях действия на датчик-вибрационных нагрузок.Achievable technical result is to increase the accuracy of the sensor operation when acting along its axis of acceleration, the value of which exceeds the threshold for acceleration of operation, to increase the reliability of the closure of its electrical contact and the absence of contact openings under the action of vibration loads on the sensor.

Для достижения технического результата в пороговом датчике инерционного типа, содержащем размещенные в корпусе инерционное тело, установленное с возможностью перемещения вдоль оси датчика, поджатое с помощью закрепленного в корпусе первого упругого элемента с отрицательной жесткостью на участке рабочего хода, выполненного в виде гибкого упругого стержня, центральной части которого, взаимодействующей с инерционным телом, придана выпуклая форма, а концы стержня дополнительно оперты на внутреннюю поверхность корпуса датчика, подвижный и неподвижный электрические контакты, новым является то, что в качестве подвижного электрического контакта используется дополнительно установленный в корпусе второй упругий элемент в виде гибкого упругого стержня, центральной части которого, взаимодействующей с инерционным телом, придана выпуклая форма с большим прогибом, при этом второй упругий элемент расположен осесимметрично первому упругому элементу таким образом, что вектора восстанавливающих сил первого и второго упругих элементов противоположно направлены.To achieve a technical result in an inertial-type threshold sensor, containing an inertial body placed in the housing, installed with the possibility of moving along the axis of the sensor, preloaded by means of the first elastic element fixed in the housing with negative stiffness in the working stroke section, made in the form of a flexible elastic rod, the central the part of which, interacting with the inertial body, is given a convex shape, and the ends of the rod are additionally supported on the inner surface of the sensor housing, movable and fixed electrical contacts, what is new is that the second elastic element additionally installed in the housing in the form of a flexible element is used as a movable electrical contact. elastic rod, the central part of which, interacting with the inertial body, is given a convex shape with a large deflection, while the second elastic element is located axisymmetrically to the first elastic element in such a way that the vectors of the restoring forces of the first th and second elastic elements are oppositely directed.

На фиг. 1 изображена конструкция порогового датчика инерционного типа; на фиг. 2 - качественный вид суммарной восстанавливающей силы упругих элементов 2 и 3 в зависимости от перемещения инерционного тела, при этом силовая характеристика упругого элемента 2 показана штриховой линией.In FIG. 1 shows the design of the threshold sensor of the inertial type; in fig. 2 is a qualitative view of the total restoring force of the elastic elements 2 and 3 depending on the displacement of the inertial body, while the power characteristic of the elastic element 2 is shown by a dashed line.

Пороговый датчик инерционного типа содержит инерционное тело 1, имеющее цилиндрическую форму со скругленными торцевыми поверхностями, которое установлено с возможностью перемещения вдоль оси датчика. Инерционное тело 1 поджато к опоре 5 закрепленным в корпусе 6 упругим элементом 2, выполненным в виде гибкого стержня, центральной части которого, взаимодействующей с инерционным телом 1, придана выпуклая форма, а концы стержня дополнительно оперты на одну из криволинейных внутренних поверхностей корпуса датчика, благодаря чему обеспечивается силовая характеристика упругого элемента с отрицательной жесткостью на участке рабочего хода Δ. В качестве подвижного электрического контакта используется, аналогичный упругому элементу 2, упругий элемент 3, центральной части которого, взаимодействующей с инерционным телом 1, придана выпуклая форма с большим прогибом, чем у упругого элемента 2. Упругий элемент 3 расположен оеесимметрично упругому элементу 2 таким образом, что вектора их восстанавливающих сил противоположно направлены. Неподвижный электрический контакт 4 размещен в зоне прогиба центральной части упругого элемента 3 на расстоянии d от него. Данное расстояние является величиной межконтактного зазора. Опора 5 установлена в корпусе 6 датчика с возможностью перемещения, например, по резьбе, для обеспечения предварительного смещения инерционного тела 1, расположенного между упругими элементами 2 и 3, для точной настройки порога по ускорению срабатывания. При этом опора 5, выполненная из металла, может использоваться в качестве контакта исходного состояния инерционного тела, так как в исходном положении инерционного тела 1 при его поджатии к опоре 5 упругим элементом 2 обеспечивается достаточная величина контактного давления между подвижным электрическим контактом - упругим элементом 3 - и опорой 5.The threshold sensor of the inertial type contains an inertial body 1 having a cylindrical shape with rounded end surfaces, which is mounted for movement along the axis of the sensor. The inertial body 1 is pressed against the support 5 by an elastic element 2 fixed in the housing 6, made in the form of a flexible rod, the central part of which, interacting with the inertial body 1, is given a convex shape, and the ends of the rod are additionally supported on one of the curved internal surfaces of the sensor housing, thanks to which ensures the power characteristic of the elastic element with negative stiffness in the section of the working stroke Δ. As a movable electrical contact, an elastic element 3, similar to the elastic element 2, is used, the central part of which, interacting with the inertial body 1, is given a convex shape with a greater deflection than that of the elastic element 2. The elastic element 3 is located oesymmetric to the elastic element 2 in such a way that that the vectors of their restoring forces are oppositely directed. The fixed electrical contact 4 is located in the deflection zone of the central part of the elastic element 3 at a distance d from it. This distance is the value of the contact gap. The support 5 is installed in the sensor housing 6 with the ability to move, for example, along the thread, to ensure the preliminary displacement of the inertial body 1, located between the elastic elements 2 and 3, to fine-tune the threshold for acceleration. In this case, the support 5, made of metal, can be used as a contact of the initial state of the inertial body, since in the initial position of the inertial body 1, when it is pressed against the support 5 by the elastic element 2, a sufficient contact pressure is provided between the movable electrical contact - the elastic element 3 - and support 5.

Для подключения датчика к регистрирующей аппаратуре используются токовыводы А, Б, В, и Г. В процессе эксплуатации датчика замкнутая цепь А-Б будет свидетельствовать о том, что инерционное тело 1 датчика до его применения находится в исходном состоянии, а при срабатывании датчика будет происходить замыкание цепи Б-В.To connect the sensor to the recording equipment, current outputs A, B, C, and G are used. short circuit B-C.

Для повышения надежности работы датчика можно соединить концы упругих элементов 2 и 3 с противоположной стороны от места присоединения к ним токовыводов, а инерционное тело 1 выполнить из электроизоляционного материала или из металла, но с электроизоляционным покрытием. В этом случае дополнительный контроль замкнутой цепи Б-Г будет свидетельствовать о том, что упругие элементы 2 и 3 не фрагментированы и находятся в работоспособном состоянии. Сигнал о срабатывании датчика будет регистрироваться по замыканию цепи В-Г. Данная схема подключения датчика к регистрирующей аппаратуре является предпочтительной, так как вследствие того, что вектора восстанавливающих сил упругих элементов 2 и 3 противоположно направлены, поломка упругого элемента 2 приведет к тому, что упругий элемент 3 вместе с инерционным телом переместится в сторону неподвижного электрического контакта 4 и начнет с ним контактировать, что приведет к замыканию электрической цепи Б-В и выдаче ложного сигнала о срабатывании датчика, что недопустимо. Поэтому, если сигнал о срабатывании датчика будет регистрироваться по замыканию цепи В-Г, то при поломке упругого элемента 2 протекания тока от то ковы вода Г до токовывода В, даже при контакте упругого элемента 3 с неподвижным электрическим контактом 4, не будет.To increase the reliability of the sensor, it is possible to connect the ends of the elastic elements 2 and 3 on the opposite side from the place where the current leads are connected to them, and the inertial body 1 is made of an electrically insulating material or metal, but with an electrically insulating coating. In this case, additional control of the closed circuit B-D will indicate that the elastic elements 2 and 3 are not fragmented and are in working condition. The signal about the operation of the sensor will be recorded by the closure of the V-D circuit. This scheme for connecting the sensor to the recording equipment is preferable, since due to the fact that the vectors of the restoring forces of the elastic elements 2 and 3 are oppositely directed, the failure of the elastic element 2 will cause the elastic element 3, together with the inertial body, to move towards the fixed electrical contact 4 and will begin to contact with it, which will lead to the circuit of the B-V electric circuit and the issuance of a false signal about the sensor being triggered, which is unacceptable. Therefore, if the sensor actuation signal is recorded by closing the circuit V-D, then in the event of a breakdown of the elastic element 2, there will be no current flow from the current water G to the current output B, even if the elastic element 3 comes into contact with a fixed electrical contact 4.

Инерционное тело датчика может изготавливаться из различных материалов: высокой плотности - сплавов типа ВНЖ и т.п., если необходимо обеспечить датчику низкие пороги по ускорению срабатывания, или малой плотности - полимеры, стекло и т.п., а также может выполняться пустотелым, если необходимо обеспечить высокие пороги по ускорению срабатывания. Инерционное тело, имеющее цилиндрическую форму со скругленными торцевыми поверхностями устанавливается в цилиндрическое отверстие в корпусе датчика с зазором, обеспечивающем ему перемещение только по оси датчика.The inertial body of the sensor can be made of various materials: high density - alloys of the VNZH type, etc., if it is necessary to provide the sensor with low thresholds for response acceleration, or low density - polymers, glass, etc., and can also be made hollow, if it is necessary to provide high thresholds for acceleration of operation. The inertial body, having a cylindrical shape with rounded end surfaces, is installed in a cylindrical hole in the sensor housing with a gap that ensures its movement only along the sensor axis.

Для обеспечения устойчивых, симметричных относительно оси датчика, форм упругих элементов в виде гибких стержней при большом упругом прогибе их центральной части, концы стержней дополнительно оперты на поверхности, которые могут иметь различную форму - как плоскую, так и криволинейную. Они могут быть сформированы непосредственно на внутренних поверхностях корпуса датчика или быть выполнены в виде отдельных деталей, входящих в конструкцию датчика. Поэтому с целью упрощения конструкции датчика его корпус целесообразно выполнять методом прессования из электроизоляционного материала типа АГ-4В и т.п., при котором операция выполнения криволинейных внутренних поверхностей корпуса датчика является более простой и технологичной и, кроме того, позволяет одновременно закрепить необходимые детали в корпусе датчика при его изготовлении путем армирования.To ensure stable, symmetrical with respect to the axis of the sensor, forms of elastic elements in the form of flexible rods with a large elastic deflection of their central part, the ends of the rods are additionally supported on the surface, which can have a different shape - both flat and curvilinear. They can be formed directly on the inner surfaces of the sensor housing or be made in the form of separate parts included in the design of the sensor. Therefore, in order to simplify the design of the sensor, it is advisable to make its body by pressing from electrical insulating material such as AG-4V, etc., in which the operation of making curved internal surfaces of the sensor body is simpler and more technological and, in addition, allows you to simultaneously fix the necessary parts in sensor housing during its manufacture by reinforcement.

Упругие элементы датчика в виде гибких упругих стержней изготавливаются из готового проката - ленты из коррозионностойкого, немагнитного, электропроводящего сплава, например, сплава 36НХТЮ. Геометрические параметры упругих элементов - толщина, длина, ширина - могут быть как одинаковыми, так и различными. При закреплении упругих элементов в корпусе датчика им придается форма, которая повторяет форму внутренних криволинейных поверхностей корпуса, а центральным участкам стержней, между которыми размещается инерционное тело, дополнительно придается выпуклая форма, необходимая для позиционирования инерционного тела и формирования упругих элементов, обладающих силовыми характеристиками с отрицательным обобщенным коэффициентом жесткости.The elastic elements of the sensor in the form of flexible elastic rods are made from finished rolled products - tape from a corrosion-resistant, non-magnetic, electrically conductive alloy, for example, 36NKhTYu alloy. The geometric parameters of elastic elements - thickness, length, width - can be either the same or different. When fixing the elastic elements in the sensor housing, they are given a shape that repeats the shape of the internal curved surfaces of the housing, and the central sections of the rods, between which the inertial body is placed, are additionally given a convex shape, which is necessary for positioning the inertial body and forming elastic elements with power characteristics with negative generalized stiffness coefficient.

Силовая характеристика упругих элементов представляет собой зависимость силы F, генерируемой гибким стержнем, от перемещения ее центральной части. Благодаря применению в датчике двух упругих элементов 2 и 3, вектора восстанавливающих сил которых противоположно направлены, на инерционное тело 1 будет действовать суммарная восстанавливающая сила F(q), зависимость которой представлена на фиг. 2. В исходном положении инерционного тела на него действует сила F0, отношение которой к массе инерционного тела и определяет величину порога по ускорению срабатывания датчика. В начале движения на инерционное тело будет действовать суммарная восстанавливающая сила упругих элементов 2 и 3. После перемещения инерционного тела на величину межконтактного зазора d и до момента перемещения инерционного тела 1 на величину рабочего хода Δ на него будет действовать восстанавливающая сила только от упругого элемента 2, так как упругий элемент 3 - подвижный электрический контакт - после контакта с неподвижным электрическим контактом 4 теряет связь с инерционным телом, благодаря чему при действии на датчик вибрационных нагрузок микроперемещения инерционного тела 1 не будут оказывать влияния на упругий элемент 3. Поэтому величина рабочего хода Δ инерционного тела должна выбираться из условия Δ>d.The power characteristic of the elastic elements is the dependence of the force F generated by the flexible rod on the displacement of its central part. Due to the use of two elastic elements 2 and 3 in the sensor, the restoring force vectors of which are oppositely directed, the total restoring force F(q) will act on the inertial body 1, the dependence of which is shown in Fig. 2. In the initial position of the inertial body, a force F 0 acts on it, the ratio of which to the mass of the inertial body determines the value of the threshold for accelerating the response of the sensor. At the beginning of movement, the total restoring force of elastic elements 2 and 3 will act on the inertial body. since the elastic element 3 - a movable electrical contact - after contact with a fixed electrical contact 4 loses contact with the inertial body, due to which, when vibration loads are applied to the sensor, the microdisplacements of the inertial body 1 will not affect the elastic element 3. Therefore, the value of the working stroke Δ of the inertial body must be chosen from the condition Δ>d.

Неподвижный электрический контакт изготавливается из электропроводящего металла, его конструктивное исполнение может быть различным в зависимости от того, какой тип контакта с подвижным электрическим контактом - упругим элементом в виде гибкого стержня -необходимо реализовать.The fixed electrical contact is made of electrically conductive metal, its design may be different depending on what type of contact with the movable electrical contact - an elastic element in the form of a flexible rod - must be implemented.

Если неподвижный контакт выполнен в виде цилиндрической втулки, как показано на фиг. 1, то при его контакте с упругим элементом контактное давление будет сосредоточено в двух точках.If the fixed contact is in the form of a cylindrical sleeve, as shown in FIG. 1, then when it comes into contact with the elastic element, the contact pressure will be concentrated at two points.

Можно выполнить неподвижный электрический контакт в виде двух криволинейных пластин, установленных заподлицо на внутренней криволинейной поверхности датчика, по которой перекатывается упругий элемент - подвижный электрический контакт. В этом случае при накате подвижным электрическим контактом на пластины произойдет их перемыкание и, соответственно, замыкание электрического контакта датчика. В данном варианте выполнения неподвижного контакта замыкание электрического контакта датчика в условиях действии вибрации будет более надежным, так как небольшие перемещения или перекатывания упругого элемента по контактным пластинам не приведут к уменьшению контактного давления и размыканию контакта.It is possible to make a fixed electrical contact in the form of two curved plates mounted flush on the inner curved surface of the sensor, on which an elastic element rolls - a movable electrical contact. In this case, when the movable electrical contact rolls onto the plates, they will be bridged and, accordingly, the electrical contact of the sensor will be closed. In this version of the fixed contact, closing the electrical contact of the sensor under vibration will be more reliable, since small movements or rolling of the elastic element over the contact plates will not lead to a decrease in contact pressure and opening of the contact.

Для подключения датчика к регистрирующей аппаратуре к его токовыводам А, Б, В, Г присоединяется провод, например, типа МСЭ (ТУ 16-505.083-78).To connect the sensor to the recording equipment, a wire, for example, of the ITU type (TU 16-505.083-78), is connected to its current outputs A, B, C, G.

Датчик работает следующим образом. При действии вдоль оси датчика ускорения, величина которого превышает его порог по ускорению срабатывания, инерционное тело 1 перемещает центральную часть упругого элемента 2 на величину рабочего хода Δ до его соприкосновения с упором, выполненным на корпусе 6. При определенной величине перемещения инерционного тела 1 упругий элемент 3 - подвижный электрический контакт - контактирует с неподвижным электрическим контактом 4, вследствие чего происходит замыкание электрической цепи, а инерционное тело продолжает свое движение до соприкосновения с упором, выполненным на корпусе датчика. Момент замыкания электрического контакта свидетельствует о достижении ускорением заданной величины, соответствующей порогу по ускорению срабатывания датчика, а длительность замыкания электрического контакта датчика регистрируется специальным таймером. Полученная информация передается автоматической системе управления движущимся объектом.The sensor works as follows. When acting along the axis of the acceleration sensor, the value of which exceeds its threshold for acceleration of operation, the inertial body 1 moves the central part of the elastic element 2 by the value of the working stroke Δ until it comes into contact with the stop made on the body 6. At a certain amount of displacement of the inertial body 1, the elastic element 3 - movable electrical contact - contacts with a fixed electrical contact 4, resulting in the closing of the electrical circuit, and the inertial body continues its movement until it comes into contact with the stop made on the sensor housing. The moment when the electrical contact is closed indicates that the acceleration has reached a predetermined value corresponding to the threshold for accelerating the sensor response, and the duration of the closing of the electrical contact of the sensor is recorded by a special timer. The received information is transmitted to the automatic control system of the moving object.

Проведенные испытания макетных образцов инерционного порогового датчика, выполненного в соответствии с изобретением, подтвердили достижение заявляемого технического результата.The tests of prototype samples of the inertial threshold sensor, made in accordance with the invention, confirmed the achievement of the claimed technical result.

Claims (1)

Пороговый датчик инерционного типа, содержащий размещенные в корпусе инерционное тело, установленное с возможностью перемещения вдоль оси датчика, поджатое с помощью закрепленного в корпусе первого упругого элемента с отрицательной жесткостью на участке рабочего хода, выполненного в виде гибкого упругого стержня, центральной части которого, взаимодействующей с инерционным телом, придана выпуклая форма, а концы стержня дополнительно оперты на внутреннюю поверхность корпуса датчика, подвижный и неподвижный электрические контакты, отличающийся тем, что в качестве подвижного электрического контакта используется дополнительно установленный в корпусе второй упругий элемент в виде гибкого упругого стержня, центральной части которого, взаимодействующей с инерционным телом, придана выпуклая форма с большим прогибом, при этом второй упругий элемент расположен осесимметрично первому упругому элементу таким образом, что векторы восстанавливающих сил первого и второго упругих элементов противоположно направлены.Threshold sensor of inertial type, containing placed in the body of the inertial body, installed with the possibility of movement along the axis of the sensor, preloaded by means of the first elastic element fixed in the body with negative stiffness in the area of the working stroke, made in the form of a flexible elastic rod, the central part of which, interacting with a convex shape is given by an inertial body, and the ends of the rod are additionally supported on the inner surface of the sensor housing, movable and fixed electrical contacts, characterized in that the second elastic element additionally installed in the housing is used as a movable electrical contact in the form of a flexible elastic rod, the central part of which , interacting with the inertial body, is given a convex shape with a large deflection, while the second elastic element is located axisymmetrically to the first elastic element in such a way that the vectors of the restoring forces of the first and second elastic elements are opposite but directed.
RU2021124237A 2021-08-12 2021-08-12 Inertial type threshold sensor RU2768012C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021124237A RU2768012C1 (en) 2021-08-12 2021-08-12 Inertial type threshold sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021124237A RU2768012C1 (en) 2021-08-12 2021-08-12 Inertial type threshold sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2768012C1 true RU2768012C1 (en) 2022-03-23

Family

ID=80819209

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021124237A RU2768012C1 (en) 2021-08-12 2021-08-12 Inertial type threshold sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2768012C1 (en)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3453405A (en) * 1966-09-14 1969-07-01 Ansul Co Inertia switches
DE3313033C1 (en) * 1983-04-12 1984-08-02 Helba Elektronik-Baugruppen Gmbh & Co Kg, 5628 Heiligenhaus Acceleration limit-value switch
EP0119064A1 (en) * 1983-03-10 1984-09-19 First Inertia Switch Limited An inertia switch impact sensor
SU1820335A1 (en) * 1990-11-26 1993-06-07 Nii Poisk Pickup of threshold accelerations
US5237135A (en) * 1992-08-19 1993-08-17 Raymond Engineering Inc. Omni-directional inertia switching device
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
RU2443979C1 (en) * 2010-10-18 2012-02-27 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Inertial threshold sensor
RU2522895C2 (en) * 2012-10-04 2014-07-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Inertial sensor
RU2580902C1 (en) * 2014-12-22 2016-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Acceleration limit sensor
RU2582324C1 (en) * 2015-02-05 2016-04-20 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Lipatov elastic element
RU2669014C1 (en) * 2017-04-17 2018-10-05 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Threshold sensor of inertial type

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3453405A (en) * 1966-09-14 1969-07-01 Ansul Co Inertia switches
EP0119064A1 (en) * 1983-03-10 1984-09-19 First Inertia Switch Limited An inertia switch impact sensor
DE3313033C1 (en) * 1983-04-12 1984-08-02 Helba Elektronik-Baugruppen Gmbh & Co Kg, 5628 Heiligenhaus Acceleration limit-value switch
SU1820335A1 (en) * 1990-11-26 1993-06-07 Nii Poisk Pickup of threshold accelerations
US5237135A (en) * 1992-08-19 1993-08-17 Raymond Engineering Inc. Omni-directional inertia switching device
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
RU2443979C1 (en) * 2010-10-18 2012-02-27 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Inertial threshold sensor
RU2522895C2 (en) * 2012-10-04 2014-07-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Inertial sensor
RU2580902C1 (en) * 2014-12-22 2016-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Acceleration limit sensor
RU2582324C1 (en) * 2015-02-05 2016-04-20 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Lipatov elastic element
RU2669014C1 (en) * 2017-04-17 2018-10-05 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Threshold sensor of inertial type

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6619123B2 (en) Micromachined shock sensor
US9016124B1 (en) MEMS switch triggered by shock and/or acceleration
EP0997920B1 (en) Micromechanical acceleration switch
CN110709953B (en) Monitoring device for a switching system
RU2443979C1 (en) Inertial threshold sensor
US3764820A (en) Digital accelerometer
RU2768012C1 (en) Inertial type threshold sensor
RU2669014C1 (en) Threshold sensor of inertial type
US7559238B1 (en) MEMS inertial shock bandpass filter
US4686335A (en) Shock sensor switch
US5178013A (en) Impact sensor
JPH04301181A (en) Electric switch controlling supply of electric starter of internal combustion engine with current
JP2836672B2 (en) Acceleration detector
RU2580902C1 (en) Acceleration limit sensor
RU2754918C1 (en) Inertial type threshold detector
US20030018420A1 (en) Double acting crash sensor
RU2522895C2 (en) Inertial sensor
US5261278A (en) Microwave acceleration transducer
RU2145747C1 (en) Inertia switch
EP1519161B1 (en) Liquid level sensor for motor vehicles
US5053589A (en) Vibration sensing device
US5471021A (en) Acceleration sensor with laterally-supported beam contacts
RU2760150C1 (en) Inertia sensor
RU2201003C2 (en) Linear displacement measuring transducer
US2724111A (en) Vibratory horn motor comprising an electrical solenoid and interrupter