SU1478826A1 - Акселерометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к ма тниковым компенсационным акселерометрам . Целью изобретени   вл етс  повышение надежности акселерометра. Дл  этого в акселерометр, содержащий .подвешенный на нит х - торсионах 2 рамочный ма тник 1, установленный в корпусе посредством цилиндрического опорного элемента 4, снабженного консольными боковыми стойками 3 и кольцевыми ограничител ми 5, дополнительно введены установленные на торцах цилиндрического опорного элемента вдоль боковых стоек консольные встречно-параллельно включенные пьезоэлектрические силовые элементы 6, а боковые стойки 3 снабжены отростками 7, каждый из которых охватывает по скольз щей посадке пьезоэлектрический силовой элемент. На период наличи  перегрузок на биморфные пье- зоэлемёнты 6 подаетс  напр жение U, пьезоэлементы изгибаютс  навстречу друг другу и тем самым ослабл етс  или устран етс  нат жение нитей - форсионов 2. Последнее защищает конструкцию кварцевого чувствительного элемента от разрушени  в случае наличи  перегрузок по оси X его подвеса. 4 ил. (Л

Description

1

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к ма тниковым компенсационным измерител м линейных ускорений - акселерометрам.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности конструкции акселерометра .

На фиг.1 представлена упрощенна  конструкци  предложенного акселерометра; на фиг. 2,3,4 - варианты выпол- нени  чувствительного элемента акселерометра .

Акселерометр содержит кварцевый чувствительный элемент, выполненный в виде рамки-ма тника 1, подвешенного на нит х - торсионах 2, прикрепленных к боковым .стойкам 3, имеющим Г-обраэную форму и отход щими от цилиндрического опорного элемента 4. К цилиндрическому опорному элементу 4 прикреплены также кольцевые ограничител  5, охватывающие верхнюю перекладину ма тника 1, н консольные пьезоэлектрические силовые элементы 6, установленные по торцам. Боковые стойки 3 снабжены отростками 7, каждый из которых охватывает по скольз щей посадке пьезоэлектрический силовой элемент 6. Кварценый чувствительный элемент посредством призмы 8, в которой закрепл етс  цилиндрический опорный элемент 4, установлен в кор

00

оо to

р

3 . 14 пусе, при этом боковые стойки рамки- ма тника располагаютс  в зазоре магнитных систем 9, а нижн   перекладина частично перекрывает световой канал управл емой оптопары, состо щей из источника излучени  10 и фотоприемника- 11. Акселерометр имеет упоры 52, ограничивающие перемещение нижней перекладины ма тника, и усили тель обратной св зи, к входу которого подключен фотоприемник 11. Нити- торсионы 2, боковые стойки 3, боковые стойки ма тника I и его нижн   перекладина металлизированы.

Образованна  таким образом электрическа  цепь через нагрузочный резистор подключена к выходу усилител  обратной св зи. Пьезоэлектрические силовые элементы 6 выполнены биморф- ными и включены в электрическую цепь управл ющего напр жени  и параллельно друг другу. В то же врем  по своему силовому воздействию (направлению прогиба консоли в результате про вле ки  обратного пьезоэффекта) они ус- тановлены встречно.

Детали и элементы 1-5 и 7 выполнены из оптически чистого кварцевого стекла и соединены между собой свар- кой. Элементы 6 прикреплены к торцам опорного элемента 4 на клею.

Кольцевые ограничители 5 и верхн   перекладина ма тника 1 в зоне прохождени  через кольца покрыты ан- тифрлкционным рсвиноподобным материалом , например, фторопластом - IV.

Боковые стойки 3 чурствительного элемента (см.фиг.1 и 2, вид с торца цилиндрического опорного элемента) выполнены в виде рамки, охватывающей цилиндрический опорный элемент 4 и снабженной поперечной перекладиной, расположенной вдоль образующей цилиндра опорного элемента 4 и прикрепленной к нему со стороны, противоположной ма тнику. Боковые стойки 3 чувствительно элемента (см.фиг.3 и 4, вид с торца цилиндрического опорного элемента с вырезом по сечению А-А) представл ют собой относительно тон- кий Г-образно изогнутый стержень, проход щий с зазором в- пазу опорного элемента 4. В обоих случа х выполнени  боковых стоек 3 их жесткость изгибу в направлении оси X соизмерима либо меньше изгибкой жесткости пьезоэлектрических силовых элементов.

5 прикосновени 

0

5

0

5

0

5

Акселерометр работает следующим образом.

При наличии измер емых ускорений по оси У ма тник 1 поворачиваетс  на нит х-торсионах 2. Перемещение нижней перекладины ма тника вызывает разбаланс дифференциального фотоприемника 11, сигнал с которого поступает на усилитель обратной св зи. Ток в выходной цепи усилител , проход  по боковым перекладинам ма тника 1, взаимодействует с- магнитным полем в зазоре магнитных систем 9, и в результате ма тник удерживаетс  в исходном положении. Падение напр жени  на нагрузочном резисторе, включенном последовательно с цепью ма тника , есть мера измер емого ускорени . При наличии ускорений, существенно превышающих верхнюю границу диапазона измерени , наступает ограничение по току в выходной цепи усилител  и ма тник перемещаетс  до сокак с упорами 12, так

и с кольцевыми ограничител ми 5 (ложитс  на упоры). Таким образом, элементы 5 и 12 ограничивают опасные деформации нитей - торсионов 2 при наличии перегрузок по оси У. Аналогичную роль по оси Z выполн ют кольцевые ограничители 5. Режим перегрузок дл  акселерометра низкого диапазона измерени  (с верхним пределом пор дка )  вл етс  нерабочим и обычно известен по времени. Это этап вывода на орбиту космического корабл , сопровождающийс  значительными виброударными ускорени ми (старт, отстрел ступеней ракетоносителей), и его посадка на космических объектах, сопровождающа с  ударными нагрузками. Введение в конструкцию акселерометра пьезоэлектрических силовых элементов 6, подключаемых к напр жению питани  U на действи  перегрузок, позвол ет защитить конструкцию кварцевого чувствительного элемента от разрушени  в случае перегрузок по оси X. При подаче напр жени  U на биморфные пьезо- элементы 6 последние: изгибаютс  навстречу друг другу и тем самым ослабл етс  или устран етс  (возможны варианты ) нат жение нитей-торсионов 2. В этом случае через ма тник 1 либо не передаютс  на нити 2 опасные инерционные нагрузки, либо сам ма тник упираетс  в кольцевые ограничители 5. Облицовка (покрытие) кольцевых ограничителей 5 и-верхней ст жки ма тника 1 антифрикционным резиноподобным материалом способствует более эффективному процессу демпфировани  движени  ма тника в случае виброударных воздействий, возникающих по всем ос м. Следует обратить внимание на следующие два варианта соотношени  параметров боковых стоек 3 и пьезо- элементов 6. В первом варианте изгиб нал жесткость боковых стоек 3 по величине соизмерима с изгибной жесткостью пьеэоэлементов 6; в этом случае рабочее нат жение нитей-торсионов 2 обеспечиваетс  первоначальной (созданной при сварке чувствительного элемента) упругой деформацией боковых стоек 3, и роль пьезоэлементов сводитс  к облегчению нагрузки на торсионыг в нерабочие периоды перегрузок на объекте. Во втором варианте изгибна  жесткость боковых стоек 3 значительно меньше изгибной жесткости пьезоэлементов 6, и рабочее на т жение нитей-торсионов 2 обеспечиваетс  первоначальной (созданной при сборке чувствительного элемента) упругой деформацией пьезоэлементов 6. Функции пьезоэлементов таким образом - создание требуемого рабочего нат жени  нитей-торсионов и их защита от недопустимых перегрузок.

Выше рассмотрен режим работы чувствительного элемента с защитой относительно кратковременных перегру

зок, когда пьезозлементы подключают

с  к источнику напр жени  на нерабочий период дл  данного устройства. Возможен и другой вариант, когда вре м  измерени  мало по сравнению с нерабочим . В этом случае пьезоэлементы устанавливаютс  так, что их начальна  упруга  деформаци  обеспечивает провир подвеса ма тника, а значит и его защиту от разрушени  во всем, нерабочем периоде существовани  объекта и транспортировки. В рабочий же период подачей напр жени  на пьезоэлементы обеспечиваетс  освобождение боковых стоек 3 от поджати  пьезоэле- ментами и тем самым - требуемое рабочее нат жение нитей-торсиоиов. В качестве управл ющего напр жени  дл 

этого варианта устройства быть использовано напр жение питани  усилител  обратной св зи.

Оценка технико-экономического эффекта изобретени  в сравнении с прототипом показывает, что в акселерометре типа КАМУ введение силовых пьезоэлектрических элементов и соответствующа  формуле изобретени  конструкци  кварцевого чувствительного элемента позвол ет повысить надежность , расширить нижнюю границу диапазона измерени  в область использовани  подобных акселерометров. Расширение диапазона измерени  и области использовани  оказываетс  возможным благодар  использованию более массивного ма тника, в результате чего чувствительность акселерометра в целом возрастает, а его чувствительный элемент оказываетс  защищенным от воздействи  разрушительных перегрузок .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   ю 15 20 25

   30

   45

   40

   0

   Акселерометр, содержащий подвешенный на нит х-торсионах рамочный ма тник , установленный в корпусе посредством цилиндрического опорного элемента, снабженного консольными боковыми стойками и кольцевыми ограничител ми , преобразователь переме- 3g щенн  ма тника в электрический сигнал , магнитную систему и усилитель обратной св зи, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  надежности , в нем на торцах цилиндрического опорного элемента вголь боковых стоек установлены консольные встречно-параллельно включенные пьезоэлектрические силовые элементы, причем кажда  из боковых стоек выполнена в виде Г-образного кронштейна , прикрепленного к цилиндрическому опорному элементу со стороны, противоположной ма тнику и охватывающего своим свободным концом свободный конец пьезоэлектрического силового элемента , при этом кольцевые ограничители и часть рамки ма тника, охваченна  кольцевыми ограничител ми, покрыты антифрикционным материалом.

   Заказ 3331

   Тираж 450

   Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5