SE443049C - Kraftbalanserande aggregat - Google Patents

Description

79Û3586-6 10 15 20 25 _ 30 35 aggregatet i instrumentet och vilken signal i sin tur används för att alstra en ström i den kraftbalanserande spolen för att återställa det seismiska elementet till ett nollaccelerationsläge i instrumentet. Påkänningar i det seismiska elementet kan alstra ett lägessignalfel. Servot försöker att nollställa lägessignalfelet som alstras genom att förflytta det seismiska elementet, varigenom alstras spänningar eller pà- känningar i gângjärnet under denna process. De resulterande spänningarna i gàngjärnen åstadkommer ett moment, vilket strümen i spolen mäste balansera. Strömmen som alstras i kraftspolen representerar en icke önskad förspänning i strömutgângssignalen.

I praktiken är en spänningsfri montering av kraftspolen pâ det kraftbalanserande aggregatet vanligen icke uppnâbar, speciellt om det kraftavkännande elementet är till- verkat av ett material såsom kvarts. Kvarts har en mycket låg temperaturkoefficient för utvidgning jämfört med motsvarande för en kraftspole, som normalt består av en isolerad koppartrâd ,även om det limmaterial som används för att fästa en spole eller bobbin vid det kraftavkännande elementet vanligen har hög temperaturkoefficient jämfört med det material som vanligen används för det kraftavkännande elementet, såsom kvarts.

Ibland används en bobbin på vilken spolen lindas, men detta eliminerar inte effekten av olika temperaturutvidgning även om bobbinen och monteringsytans temperaturkoefficiente anpassas till varandra, vilket i alla fall ej är vanligt i praktiken av andra skäl och fabrikationskostnader. Således finns nästan alltid vissa temperaturinducerade spänningar och pâkänningar i det kraftavkännande elementet inom ett visst temperatur- omrâde, vilket i sin tur kan resultera i icke önskvärda förspänningsfel i instrumentet såsom beskrivits ovan. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att minimera päkänningarna i det kraft- avkännande elementet, varigenom förspänningsfelen i instrumentet reduceras. Uppfinningen avser därför ett kraftbalanserande aggregat för användning i ett kraftavkännande instrument, kännetecknat av kombinationen av ett bärorgan, ett rörligt, kraftav- kännande organ, och en anordning innefattande åtminstone ett gângjärnselement för att fästa det rörliga kraftavkännande organet vid bärorganet; och ett kraftäterställande element samt en anordning för att fästa det kraftàterställande elementet vid det rör- liga organet, vilken anordning medger en viss rörelse hos det kraftâterställande elementet relativt det rörliga organet. f i Ett antal föredragna utföringsformer av uppfinningen kommer att beskrivas här nedan i exemplifierande syfte och under hänvisning till bifogade ritningar. Därvid är fig. l en sprängskiss över en accelerometer och innefattar ett tidigare känt provmassa- aggregat. Fig. 2 är en planvy över ett första kraftbalanserande aggregat enligt en första utföringsform av uppfinningen.~Fig. 3 är en planvy över ett andra kraftbalanse- rande aggregat enligt en andra utföringsfonn av uppfinningen. Fig. 4 är en planvy över ett tredje kraftbalanserande aggregat enligt en tredje utföringsform_av uppfinningen.

Fig. 5 är en planvy över ett fjärde kraftbalanserande aggregat enligt en fjärde ut- 10 $5 7903386-6 föringsform av uppfinningen. Fig. 6 är en p1anvy över ett femte kraftba1anserande aggregat en1igt en femte utföringsform av uppfinningen. Fig. 7 är en p1anvy över ett sjätte kraftbaianserande aggregat en1igt en sjätte utföringsform av uppfinningen.

Fig. 8 är en pïanvy över ett sjunde kraftbaianserande aggregat eniigt en sjunde ut- föringsform av uppfinningen.

I fig. 1 visas i exemp1ifierande syfte ett kraftba1anserande aggregat av tidigare känd typ, näm1igen en acce1erometer, som beskrives i deta1j i ovannämnda amerikanska patentskrift 3,702,073. Denna acce1erometer innefattar en övre magnetkonstruktion 10 och en nedre magnetkonstruktion 12. I den övre 10 och den nedre 12 magnetkonstruktionen finns permanentmagneter, såsom permanentmagneten 14 som visas i den nedre magnetkon- struktionen 12. Vidare innefattar den nedre magnetkonstruktionen bärposter 16, 18.

I fig,. 1 visas även ett tidgare känt kraftbaianserande aggregat 20 med provmassa.

En bärring 22 uppbär provmassaaggregatet och uppbäres i sin tur me11an den övre magnet- konstruktionen 10 och den nedre magnetkonstruktionen 12 medeist en serie monterings- kuddar 24. I provmasseaggregatet 20 finns ett rör1igt edement 26, vi1ket i en acce1e- rometer av denna typ normalt benämnes en kiaff e11er en tunga och sträcker sig radie11t inåt frán bärringen 22. Pâ varje sida om tungan 26 finns ett eiektriskt 1edande materia1 28 , som fungerar såsom kapacitiva avkänningsp1attor. De kapacitiva avkänningsp1attorna 28 pä den nedre och övre ytan av tungan 26 samverkar med den inre ytan hos den övre och nedre magnetkonstruktionen 10 och 12 för att bi1da ett kapacitivt avkänningssystem.

Pâ varje sida om tungan 26 finns ett par kraftâterstä11ande spo1ar 30, som är iindade på ett par bobbiner 31. Såsom inses fungerar de kraftåterstä11ande spo1arna 30 i servoinstrumentet ti11sammans med permanentmagneterna 14 för att äterstäiia tungan 26 ti11 ett förutbestämt läge re1ativt bärringen 22.

Tunge1ementet 26, som innefattar kraftspo1arna 30, är förbundet med bärringen 22 mede1st ett par f1exib1a gângjärnse1ement 32 och 34. Gângjärnen 32 och 34 medger att det seismiskt rör1iga e1ementet 26 och spo1arna 30 kan rotera på ett pend1ande sätt reiativt bärringen 22. Pâ bärringen 22 och gängjärnen 32 och 34 finns i denna specie11a utföringsform av en acceierometer, tunnfiimsavkänningsiedare 36 och 38, vi1ka åstad- kommer e1ektrisk förbinde1se med kapacitensplattorna 28 och kraftspo1arna 30.

Såsom tidigare angivits kan fastgöringen av de kraftäterstä11ande spo1arna 30 vid tungan 26 1eda ti11 spänningar och resuïterande päkänningseffekter kan överföras ti11 gängjärnen 32 och 34. Pâkänningar i gângjärnen 32 och 34 erfordrar att ti11räck1ig ström måste 1edas genom kraftspo1arna såsom ett resu1tat av servoverkan hos acce1ero- metern, varigenom ti11föres en väsentiig förspänning ti11 signa1utgângen frán acce1ero- metern.

I fig. 2-8 visas o1ika arrangemang av det kraftba1anserande aggregatet en1igt före- 1iggande uppfinning utformat íör att undvika pákänningseffekterna i aggregatet såsom beskrivits ovan;_Ävenfbm}de1kraftba1anserande aggregaten i fig. 2-8 har väsent1igen ._2903 QUAnITY l5 25 30 35 ..I.' a V - 7903386-6 cirkulär form inses att de principer som beskrives häri för att reducera inverkan av spänningar och påkänningar likaväl kan tillämpas på icke-cirkulära utformningar.

Dessa principer är tillämpbara på transorer i allmänhet likaväl som på accelero- metrar. Hänvisningsbeteckningarna 22, 28, 30, 32 och 34 i fig. 2-6 hänför sig till likadana element som beskrivits i samband med fig. l.

Den första utföringsformen av uppfinningen visas i fig, 2 och innefattar ett separat bärorgan 40 för att uppbära kraftspolarna 30. Bärorganet 40 för kraftspolarna är förbundet medelst flexibla gångjärn 42 med ett rörligt organ 44, som svarar på kraftinverkan. Det rörliga organet innefattar i denna utföringsform kapacitiva plattor 28 som pålagts organet 44 såsom avkänningselement. Såsom provmassaaggregatet i fig. l är det rörliga organet 44 förbundet med bärringen 22 medelst ett par gångjärn 32 och 34. Genom att placera spolen 30 på ett separat organ 40, som är förbundet med organet 44 medelst flexibla gångjärn 42 kommer påkänningarna i provmassaaggregatet, som alstras av kraftspolen 30, att tenderas att isoleras från gångjärnen 32 och 34, varigenom för- spänningsfelen i instrumentet reduceras. Även om kraftspolen 30 kan röra sig i en begränsad utsträckning relativt organet 44 och avkänningsplattorna 28 är gångjärnet 42 tillräckligt effektivt för att överföra återställningskraften från spolen 30 till organet 44.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen som är lämplig för användning till- sammans med accelerometern enligt fig. l visas i fig. 3. Såsom i aggregatet enligt fig. 2 är kraftspolarna 30 placerade på ett separat bärorgan 40. Spolén 30 och bärorganet 40 är därefter isolerade frân tungelementet 44 medelst ett flexibelt gångjärn 46. Gångjärnet är liknande gângjärnet 42 i fig. 2 förutom att det är placerat på motsatta sidan om trångorganet relativt gângjärnen 32 och 34. Härigenom isoleras ytterligare spännings- krafterna från kraftspolen 30 och dess monteringskonstruktion 40 från gångjärnen 32 och 34. I utföringsformen enligt fig. 3 är avkänningsplattans 28 tröghetsaxel 47 anordnad så att den skär gângjärnet 46. Genom att placera gångjärnet på axeln 47 er- hålles resultatet att de påkänningar som kopplas via gångjärnet 46 resulterar i en mindre rörelse av avkänningelementets tröghetsaxel, varigenom avkänningsfelsignaler reduceras väsentligt.

I en tredje utföringsform av uppfinningen visas i fig. 4. I detta aggregat är kraftspolen 30 och bärorganet 40 för kraftspolen förbundna med det rörliga kraftav- kännande organet 44 medelst två gângjärnsorgan 48 coh 50. Det kan vara önskvärt att använda mer än ett gångjärn för att uppbära det rörliga organet 44 såsom visas i fig. 4. Genom att placera gângjärnen 48 och 50 i fig. 4 vid olika ställen är det möjligt att upprätthålla utböjningsstyvheten vid en önskad nivå, varigenom kopplingen av på- känningarna minimeras under samtidig maximering av kraftkopplingen.

En fjärde utföringsform av uppfinningen visas i fig. 5, varvid kraftspolarna 30 och motsvarande bärorgan 40 är förbundna med det rörliga organet 44 medelst ett par torrosionsorgan 54 och 56.

-Plflïïgovatxw l5 20 25 30 35 40 'B ' 79ossaß-6 I utföringsformerna med provmassaaggregatet som visas i fig. 2-6 har man före- dragit att utforma bärringen 22. bärorganet 44 och bärorganet 40 för kraftspolen samt gàngjärnen 42, 46, 48 och 50 samt torrosionsorganen 54 och 56 av ett enda stycke material, såsom smält kvarts.

En femte utföringsform av uppfinningen visas i fig. 6 och åstadkommer en linjär rörelse hos det kraftavkännande, rörliga organet 44 istället för en roterande eller pendlande rörelse hos det rörliga organet 44 såsom vid de kraftbalanserande aggregaten enligt fig. 2-6. Flexibla gångjärn 32 och 34 samverkar med ett andra par flexibla gångjärn 60 och 62 och medger att det rörliga organet kan förflytta sig i en linjär riktning vinkelrät mot organets 44 plan. Såsom vid det kraftbalanserande aggregatet enligt fig. 5 uppbäres bärorganet 40 medelst ett par gångjärn 64 och 66.

Konceptet att isolera det kraftäterställande partiet hos ett kraftbalanserande aggregat från det lägesavkännande partiet hos konstruktionen kan tillämpas på ett stort antal olika kraftbalanserande konstruktioner av transorer. Andra exempel på kraft- balanserande aggregat visas i fig. 7 och 8.

Exempelvis är i fig. 7 ett kraftavkännande, rörligt aggregat 70 utformat som en balk och innefattar ett avkännande element 72 vid ena änden och ett kraftâterställande spolaggregat 74 beläget vid den andra änden. Den kraftâterställande spolen 74 är i sin tur isolerad från balken medelst flexibla organ 76. Såsom diskuterats i samband med aggregaten i fig. 2-6 kan spolen 74 förbindas med det rörliga organet eller balken 70 medelst ett stort antal olika gángjärnsarrangemang. I det kraftbalanserande aggregatet i fig. 7 har balken 70 en axel 78 omkring vilken balken är fri att rotera. Alternativa sätt att fästa axeln 78 och balken 70 vid ett bärorgan visas i fig. 7. Det vänstra partiet av axeln 78 visas förbundet med bärorganet medelst ett flexibelt organ 82 och det högra partiet visar ett andra alternativ där balken är förbunden med bärorganet 80 medelst ett spetslagerliknande arrangemang 84. Den vänstra sidan av axeln 78 visas också uppburen medelst ett torrosionsorgan 85 såsom anges med de streckade linjerna som ett alternativ. Således visas i fig. 7 tre olika uppbärande arrangemang för att uppbära det rörliga organet 70 och visar även en utföringsform av uppfinningen där avkänningsomrâdet 72 är beläget på motsatta sidan av det rörliga organet 70 relativt den kraftâterställande spolen 72.

Det kraftâterställande aggregatet i fig. 8 liknar i huvudsak aggregatet i fig. 7 förutom det att det rörliga organet eller balken 70 är förbunden med bärorganet 80 medelst ett par flexibla organ 86 och 87. Det inses att gångjärnsarrangemangen eller de flexibla organen 86 och 87 kan ersättas med ett rotationsarrangemang. Kraftspolen 74 uppbäres av balken 70 medelst ett par flexibla organ i denna speciella utföringsform även om andra flexibla organ eller gångjärnsarrangemang likaväl kan användas,.

Det inses att även om det kraftbalanserande aggregatet som visas i fig. 7 eller 8 åstadkommer en gängjärnsuppbärning för kraftspolen 74 pà det rörliga organet 70 utgör det faktum att kraftspolen är belägen pâ motsatta änden av balken 70 relativt det avkän- iàooa QUALITY 10 7903386-6 nande elementet i fig. 7 och att det avkännande elementet befinner sig vid den yttre änden av balken med kraftpolen innanför i fig. 8, i varje fall en väsentlig reducering i effekten av påkänningen hörrörande från monteringen av kraftspolen 74, varigenom förspänningsfelen i instrumentets utgângssignal tenderar att reduceras väsentligt.

Det inses även att fastän i beskrivningen angivits ett avkännande element 28 av kapacitiv typ är ovanstående koncept likaväl tillämpbar på andra typer av avkännande element såsom elektromagnetiska eller optiska avkännande system.

Såsom visas i de olika utföringsformerna enligt fig. 2-8 kan ett antal olika gângjärnsarrangemang eller upphängande organ användas för att fästa det rörliga organet vid bärorganet och för att fästa det kraftâterställande elementet vid det rörliga elementet, innefattande flexibla organ, torrosionsorgan och rotationsarrangemang.

De ovan beskrivna utföringsfonnerna är endast givna i illustrerande syfte och begränsar inte uppfinningen. Uppfinningen begränsas endast utav nedanstående patent- krav. :den Qumrrï

Claims (9)

15 20 ZS 30 40 7903386-6 7 PATENTKRAV

1. Kraftbalansorande aggregat avsett att utnyttjas i kraftavkännande instrument, innefattande ett bärorgan (22); ett kraftavkännande rörligt organ (44); ett första gångjärnselement (32, 34) för att fästa det kraftavkännande rörliga organet vid bärorganet; och ett kraftåterställande element (30); k ä n n e t e n k n a t av ett andra gångjärnselement (42; 46; 48-50; 54-56) för att medge rörelse hos det kraftåterställande elementet (30) relativt det rörliga organet (44).

2. Aggregat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det andra gångjärnselementet (46; 48-50) är fäst vid den motsatta sidan av det rörliga nrganet (44) relativt nämnda första gångjärnselement (32, 34).

3. Aggregat enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att det rörliga organet (44) fungerar tillsammans med åtminstone ett avkännande element (28), varvid det andra gångjärnselementet (46; 48-50) är inriktat med tröghetsaxeln (47) hos det avkännande elementet (28). _

4. Aggregat enligt något av krav 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda första gångjärnselement (32, 34; 60, 62) är anordnat att medge att det rörliga organet (44) kan röra sig linjärt relativt bärorganet (22).

5. Aggregat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det rörliga organet är utformat som en balk (70) med det kraftåterställande elementet (74) fäst vid ena änden och ett avkänningselement (72) fäst vid den andra änden.

6. Aggregat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det rörliga organet (44) har en väsentligen centralt belägen öppning, i vilken en hárkonstruktion (40) för det kraftåterställande elementet är inpassad och att det rörliga organet (44) i sin tur är inpassat i bärorganet (22), varvid det andra gångjärnselementet (42; 46; 48 50; 54 56) är utformat i ett stycke med härkonstruktionon (40) för spolen (30) och nämnda rörliga organ (44) för att kvarhålla spolen (30) inuti nämnda öppning och överföra en återställande kraft från spolen (30) till det_rörliga organet (44).

7. Aggregat enligt krav 6, k ä n n t e c k n a t av att bärorganet (22), det rörliga organet (44), de första och andra gångjärnselementen (32 - 34; 42; 46; 48 50; 54 56) och bärkonstruktionen (40) för spolen är utformade i ett enda stycke av smält kvarts.

8. Aggregot enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t av att det andra gångjörnsolemcntet (46; 48 - 50) är inriktat med tröghetsaxeln (47) hos avkänningsplattan (28). '

9. Användning av ett kraftbalanserande aggregat enligt krav 1 såsom provmasseaggregat i en acoelerometer.