SU1173320A1 - Accelerometer with frequency output - Google Patents

Accelerometer with frequency output Download PDF

Info

Publication number
SU1173320A1
SU1173320A1 SU833631465A SU3631465A SU1173320A1 SU 1173320 A1 SU1173320 A1 SU 1173320A1 SU 833631465 A SU833631465 A SU 833631465A SU 3631465 A SU3631465 A SU 3631465A SU 1173320 A1 SU1173320 A1 SU 1173320A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
electrodes
accelerometer
order
coaxially mounted
external electrodes
Prior art date
Application number
SU833631465A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Евгеньевич Скачков
Юрий Сергеевич Бадаев
Иван Степанович Лавров
Сергей Михайлович Тимонов
Original Assignee
Ленинградский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им.Ленсовета
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 Ленинградский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им.Ленсовета filed Critical Ленинградский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им.Ленсовета
Priority to SU833631465A priority Critical patent/SU1173320A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1173320A1 publication Critical patent/SU1173320A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

1. АКСЕЛЕРОМЕТР С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ, содержащий установленные в корпусе электроды и массу чувст-. вительного элемента, выполненного в виде токопровод щей сферы и расположенного в межэлектродной области, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  ускорений, электроды выполнены в виде двух пар коаксиально установленных тел вращени , расположенных со- осно и зеркально сииметрично, с образованием- в -каждой паре кольцевогозазора , расшир ющегос  к оси симметрии , при этом между внешними электродами соосно установлен заземленный кольцевой электрод. 2. Акселерометр по п.1, о т л ичающийс  тем, что, с целью визуального определени  измер емого ускорени , внешние электроды выпол (П нены в виде прозрачного токопровод щего покрыти , нанесенного на внутс ренней поверхности прозрачной стекл нной трубки, на внешней стороне ко торой нанесена шкала.1. ACCELEROMETER WITH FREQUENCY OUTPUT, containing electrodes installed in the housing and a mass of sens. element, made in the form of a conductive sphere and located in the interelectrode region, characterized in that, in order to improve the accuracy of measurement of accelerations, the electrodes are made in the form of two pairs of coaxially mounted rotation bodies, arranged coaxially and mirror-symmetrically, with the formation of - each pair of annular gap, extending to the axis of symmetry, while a grounded annular electrode is coaxially mounted between the external electrodes. 2. The accelerometer according to claim 1, in order to visually determine the measured acceleration, the external electrodes are made (foams in the form of a transparent conductive coating deposited on the inner surface of the transparent glass tube, on the outside which has a scale.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к аксе лерометрам с колебающейс  массой чувствительного элемента, и может быть использовано дл  стендовых измерений и на транспорте. Известны емкостные акселерометры с подвижными электродами lj . Такие акселерометры обладают высокой точностью измерени . Однако известные акселерометры имеют относительно .сложную конструк Щ-1Ю, применение при стендовых измерени х -требует использовани  дополнительной специализированной аппара туры. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам  вл етс  акселерометр , содержащий установленные в корпусе электроды и массу чувствительного элемента, выполненного в виде токопровод щей сферы и расположенного в межэлектродной области (2j . В нем масса чувствительного элемента св зана с корпусом посредством упругого подвеса. При достиже нии некоторого предельного значени  измер емого ускорени  происходит контакт массы чувствительного элеме та с заземленным электродом, при этом переноситс  зар д, создающий импульс тока на сопротивлении нагру ки. Недостатком устройства  вл етс  низка  точность измерени  ускорений обусловленна  конструкцией чувствительного элемента, непозвол ющей оп ределить знак измер емого ускорени  Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  ускорений. Указанна  цель достигаетс  тем, что в акселерометре, содержащем уст новленные в корпуса электроды и мас чувствительного элемента, выполненного в виде токопровод щей.сферы и расположенного в межэлектродной области , электроды выполнены в виде двух пар симметрично и коаксиально расположенных тел вращени  с расход щимис  к оси симметрии образующим и разделенными друг от друга соосно расположенным заземленным кольцом. Кроме того дл  визуального опред лени  измер емого ускорени  внешние эйектроды выполнены в виде прозрачного токопровод щего покрыти , нане сенного на внутренней поверхности 202 прозрачной стекл нной трубки, на внешней стороне которой нанесена шкала. На фиг.1 схематически изображен акселерометр, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - вид Б на фиг.2 на фиг.4 - электрическа  схема акселерометра. Акселерометр содержит прозрачный корпус 1, ц1-шиндрические электроды 2 и 3, изолированные друг от друга втулкой 4, в которой соосно укреплено заземленное кольцо 5. Электроды 2 и 3 выполнены в виде стекл нных трубок , на внутреннюю поверхность которых нанесено токопровод щее прозрачное покрытие спиртового раствора SnCIj. Внутри электродов 2 и 3 и кольца 5 концентрично расположен электрод 6, выполненньй в виде двух усеченных конусов, соединенных меньшими основани ми. Вс  система электродов крепитс  при помощи крышек 7 и 8, в которые вмонтированы штепсельные разъемы 9 и 10 и штуцер 11, служащий дл  заправки межэлектродной области дизотектрической средой 12. В качестве диэлектрической среды может быть использован газообразный диэлектрик (например,азот, фреон) под давлением 1,5-50 атм, диэлектрическа  жидкость (например j гексан или четыреххлористьй углерод). Между электродами помещена масса чувствительного элемента 13, выполненного в виде электропровод щей сферы. Дл  визуального отсчета измер емого ускорени  вдоль межэлектродного зазора укреплена шкала 14, котора  может быть нанесена непосредственно на прозрачный корпус 1. Разность потенциалов между электродами создаетс  при помощи источника 15 посто нного напр жени  (фиг.4), при этом электрод 5 заземлен, а электроды 2 и 3 соединены с сопротивлени ми нагрузки R и R, подключенными к входам усилителей-формирователей 16 и 17. Акселерометр работает следующим образом. Перед измерением ускорений внутренний электрод 6 подключают к источнику посто нного напр жени , а кольцо 5 заземл ют, при этом сферическа  электропровод ща  частица 13, выполн юща  роль инерционной массы, под действием электрического аол  начинает перемещатьс  в межэлектродиой области н при этом совершает автоколебательное движение. Так как углы расхождени  между образугащими электродов 2-6 и 3-6 равны , то режим автоколебаний электропровод щей частицы 13 установитс  в наиболее широкой части межэлектродного пространства, между кольцом 5 и электродом 6. При действии ускорени  а направленного вдоль оси чу ствительности акселерометра Х-Х, на частицу 13 действует инерционна  сила F, . где m - масса частицы 13. Под Действием силы F колеблюща с  частица 13 перемещаетс  вдоль оси Х-Х,т.е. в пространство между электродами 2-6 или 3-6. Направлени перемещени  зависит от направлени  действи  ускорени . При перемещении частицы относительно начального положени  зазор между электродами d 2-6 или 3-6 уменьшаетс , т.е. d срт (х).1 (2) . Это приводит к измерению частоты ко лебаний частицы 13 f K(d) или с учетом (2) имеем f Чг х)Сила ударазависит от скорости движени  соудар ющихс  тел, а следовательно , от частоты колебани  частицы 13 (f) . . (5 Перемещение частицы 13 вдоль оси Х-Х происходит до тех пор, пока составл юща  силы yflapa.Fij частицы об электроды, расположенные под угпом друг к другу, направленна  вдол рси, не уравновесит шерционную сиру Ff. При этом выполн етс  условие Р:)А 11Реша  совместно уравнени  (1), (4) ;(5) и (6) относительно перемещени  частицы 13 вдоль оси Х-Х, получим (ее,). (7) 204 Таким образом, по величине перемещени  чувствительного элемента вдоль оси можно определить величину действующего ускорени . Величина перемещени  колеблющейс  частицы 13 отсчитываетс  по шкале 14, предварительно отградуированной в единицах ускорени . Реша  уравнени  (1), (5) и (6) относительно частоты колебаний частицы 13, получим f i,(a,), (8) т.е. частота колебаний чувствительного элемента несет в себе информа- цию об измер емом ускорении. Так как колебани  частицы 13 сопровождаютс  переносом зар да, то на резисторах R I или Rj (в зависимости от направлени  измер емого ускорени ) формируютс  импульсы напр жени  с частотой f , Kf. Импульсы усиливаютс  с помощью ус11лителей-формирователей 16 и 17. При этом дл  получени  информации о направлении измер емого ускорени  в одном из усилителей-формирователей предусмотрено изменение фазы импульсов на 180 . Частота импульсов на выходе усилителей-формирователей может быть измерена с помощью частотомера . Так как величина перемещени  траектории движени  инерционного элемента 13 в направлении продольной оси электродов зависит не только от массы m инерционного элемента 13, но и от напр жени  питани  и,угла между расход щимис  электродами of а также угла между продольной осью . электродов и направлением силы т жести , то задава  величины т, и,«;и за кон распраделени  величины d в направлении продольной оси электродов, можно регулировать чувствительность и пределы измерени .. Применение изобретени  позвол ет повысить точность измерений и расширить область применени  акселерометра (может быть использован в ка- честве первичного преобразовател  (датчика) ускорений в частотный сигнал и прибора с непосредственным отсчетом ускорени . .The invention relates to a measurement technique, in particular to accelerometers with an oscillating mass of a sensitive element, and can be used for bench measurements and in transport. Known capacitive accelerometers with movable electrodes lj. Such accelerometers are highly accurate. However, the known accelerometers have a relatively complex U-1U design, used for bench measurements, requires the use of additional specialized equipment. The closest to the proposed technical essence and the achieved results is an accelerometer containing electrodes installed in a housing and a mass of a sensitive element made in the form of a conducting sphere and located in the interelectrode region (2j. In it the mass of the sensitive element is connected to the body by means of an elastic suspension . When a certain limit value of the measured acceleration is reached, the mass of the sensitive element comes into contact with the grounded electrode, while the charge is transferred, creating a current pulse on the load resistance. A disadvantage of the device is the low measurement accuracy of accelerations due to the design of the sensing element, which does not allow to determine the sign of the measured acceleration. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurement of accelerations The accelerometer containing installed in the case of the electrodes and the mass of the sensitive element, made in the form of a conductive spike and located in the interelectrode region, the electrodes are made in the form Vuh pairs symmetrically and coaxially disposed with the rotational body diverging towards the axis of symmetry forming and separated from each other coaxially disposed grounded ring. In addition, for visual determination of the measured acceleration, the external electrodes are made in the form of a transparent conductive coating applied on the inner surface 202 of a transparent glass tube, on the outside of which a scale is applied. 1 shows a schematic accelerometer; FIG. 2 shows a section A-A in FIG. 1; Fig. 3 is a view B of Fig. 2; Fig. 4 is an electrical diagram of an accelerometer. The accelerometer contains a transparent case 1, c1-shindric electrodes 2 and 3, insulated from each other by a sleeve 4, in which a grounded ring 5 is coaxially fixed. Electrodes 2 and 3 are made in the form of glass tubes, on the inner surface of which a conductive transparent coating of alcohol is applied. SnCIj solution. Inside electrodes 2 and 3 and ring 5, electrode 6 is concentrically located, made in the form of two truncated cones connected by smaller bases. The entire electrode system is attached using covers 7 and 8, into which plug connectors 9 and 10 and fitting 11 are mounted, which serves to fill the interelectrode area with a dizotectric medium 12. A dielectric gas (for example, nitrogen, freon) can be used as a dielectric medium 1.5-50 atm, dielectric liquid (for example, j hexane or carbon tetrachloride). Between the electrodes there is a mass of the sensitive element 13, made in the form of an electrically conducting sphere. For visual measurement of the measured acceleration along the interelectrode gap, a scale 14 is strengthened, which can be applied directly to the transparent case 1. The potential difference between the electrodes is created using a constant voltage source 15 (Fig. 4), the electrode 5 being grounded, and the electrodes 2 and 3 are connected to the load resistances R and R connected to the inputs of the shaping amplifiers 16 and 17. The accelerometer operates as follows. Before measuring the accelerations, the internal electrode 6 is connected to a constant voltage source, and the ring 5 is grounded, while the spherical electrically conducting particle 13, playing the role of an inertial mass, under the action of the electric aol begins to move in the interelectrode region and makes a self-oscillatory motion. Since the angles of divergence between the forming electrodes 2-6 and 3-6 are equal, the self-oscillation mode of the electrically conductive particle 13 will be established in the widest part of the interelectrode space, between ring 5 and electrode 6. When accelerated along the axis of sensitivity of the accelerometer X- X, particle 13 is affected by the inertial force F,. where m is the mass of the particle 13. Under the Action of F, the oscillating particle 13 moves along the x-x axis, i.e. in the space between the electrodes 2-6 or 3-6. The direction of movement depends on the direction of acceleration. As the particle moves relative to the initial position, the gap between the electrodes d 2-6 or 3-6 decreases, i.e. d str (x) .1 (2). This leads to a measurement of the frequency of oscillations of a particle 13 f K (d) or, taking into account (2), we have f г g x) The force of a shock depends on the speed of movement of the colliding bodies, and hence on the frequency of oscillation of the particle 13 (f). . (5 Moving the particle 13 along the axis X-X occurs until the component force yflapa.Fij particles on the electrodes, located under the joint with each other, directed in the direction of the pci, does not balance the cervical sire Ff. At the same time, condition P: ) A 11Resha jointly of equations (1), (4); (5) and (6) with respect to the displacement of the particle 13 along the x-x axis, we obtain (it). (7) 204 Thus, the magnitude of the displacement of the sensitive element along the axis can determine the magnitude of the effective acceleration. The amount of movement of the oscillating particle 13 is measured on a scale of 14, previously calibrated in units of acceleration. Solving equations (1), (5) and (6) with respect to the frequency of oscillation of the particle 13, we get f i, (a,), (8) i.e. the oscillation frequency of the sensitive element carries information about the measured acceleration. Since the oscillations of the particle 13 are accompanied by charge transfer, voltage impulses with a frequency f, Kf are formed on the resistors R I or Rj (depending on the direction of the measured acceleration). The pulses are amplified with the help of shaper units 16 and 17. At the same time, to obtain information about the direction of the measured acceleration in one of the shaper amplifiers, the phase of the pulses is changed by 180. The frequency of the pulses at the output of the shaper amplifiers can be measured with a frequency meter. Since the amount of movement of the trajectory of the inertial element 13 in the direction of the longitudinal axis of the electrodes depends not only on the mass m of the inertial element 13, but also on the supply voltage and the angle between the diverging electrodes of and the angle between the longitudinal axis. electrodes and the direction of the force of gravity, then setting the values of t, and, "; and beyond the distribution of the value of d in the direction of the longitudinal axis of the electrodes, the sensitivity and measurement limits can be adjusted. The application of the invention improves the measurement accuracy and extends the range of application of the accelerometer be used as a primary converter (sensor) of accelerations into a frequency signal and an instrument with a direct readout of acceleration.

Claims (2)

1. АКСЕЛЕРОМЕТР С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ, содержащий установленные в корпусе электроды и массу чувст-; вительного элёмента, выполненного в виде токопроводящей сферы и распо ложенного в межэлектродной области, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения ускорений, электроды выполнены в виде двух пар коаксиально установленных тел вращения, расположенных соосно и зеркально симметрично, с образованием- в каждой паре кольцевогозазора, расширяющегося к оси симметрии, при этом между внешними электродами соосно установлен заземленный кольцевой электрод,1. ACCELEROMETER WITH FREQUENCY OUTPUT, containing electrodes installed in the housing and sensing mass; of an elec tive element made in the form of a conductive sphere and located in the interelectrode region, characterized in that, in order to increase the accuracy of measuring accelerations, the electrodes are made in the form of two pairs of coaxially mounted rotation bodies located coaxially and mirror symmetrically, with the formation of each pair an annular gap extending to the axis of symmetry, while a grounded ring electrode is coaxially mounted between the external electrodes, 2. Акселерометр по п.1, о т л ичающийся тем, что, с целью визуального определения измеряемого ускорения, внешние электроды выполнены в виде прозрачного токопроводящего покрытия, нанесенного на внутренней поверхности прозрачной стеклянной трубки, на внешней стороне которой нанесена шкала.2. The accelerometer according to claim 1, wherein, in order to visually determine the measured acceleration, the external electrodes are made in the form of a transparent conductive coating deposited on the inner surface of a transparent glass tube, on the outside of which a scale is applied. фиг.?fig.?
SU833631465A 1983-07-01 1983-07-01 Accelerometer with frequency output SU1173320A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833631465A SU1173320A1 (en) 1983-07-01 1983-07-01 Accelerometer with frequency output

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833631465A SU1173320A1 (en) 1983-07-01 1983-07-01 Accelerometer with frequency output

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1173320A1 true SU1173320A1 (en) 1985-08-15

Family

ID=21077868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU833631465A SU1173320A1 (en) 1983-07-01 1983-07-01 Accelerometer with frequency output

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1173320A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Иорига 10.И. Биброметри . М., ГНИМЛ,1963, с.503, 557. 2. Авторское свидетельство СССР №308364, кл. G 01 Р 15/04, 01.07.71 (прот.отип). . *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5249465A (en) Accelerometer utilizing an annular mass
US4716770A (en) Vortex flow meter
JPH09119943A (en) Acceleration sensor
EP0183454B1 (en) Tilt angle detection device
US3742767A (en) Ball electrostatic accelerometer
CA1089948A (en) Digital level indicator
EP0070108B1 (en) Improvements in probes for measuring apparatus
SU1308206A3 (en) Electrostatic accelerometer
US4023413A (en) Device for measuring accelerations, particularly accelerations due to gravity
US5182947A (en) Electric measuring arrangement for determining the level of an electrically conductive liquid
US3461730A (en) Accelerometer
JPH0476408B2 (en)
SU1173320A1 (en) Accelerometer with frequency output
US6382025B1 (en) Rotational rate sensor
US3706217A (en) Accelerometer
US3680392A (en) Three-axis accelerometer
US3309930A (en) Particle inertia platform
US3238787A (en) Angular accelerometer equipped with mercury filled rotor
US3960691A (en) Tactical rate sensor
Han et al. Research on tilt sensor technology
US3978715A (en) Low frequency, high sensitivity electromechanical transducer
SU1620944A1 (en) Electrostatic accelerometer
US3810393A (en) Angular accelerometers
JP2001013160A (en) Acceleration responding element and acceleration sensor
US3252333A (en) Accelerometers