SU1552106A1 - Датчик ускорени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерению линейных ускорений на объектах различного назначени . Цель изобретени  - повышение точности измерени  ускорени  и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерени  температуры. При наличии измер емого ускорени  пружины 6 и 7, нагруженные инерционной массой 2, сжимаютс . Рассто ни  между торцовыми гран ми массы, выполненными отражающими, и мембранами 11 и 12 корпуса 1 измен ютс . При этом измен ютс  периоды акустических сигналов, проход щих от пьезоэлектрических преобразователей 9 и 10 и обратно. Разность периодов  вл етс  мерой измер емого ускорени , а сумма - температуры. Дл  разв зки вибрационно-частотных каналов средн   часть инерционной массы 2 имеет слой 5, поглощающий акустический сигнал. При условии равенства отношени  температурных коэффициентов линейного расширени  материалов корпуса и массы отношению длины массы и корпуса в направлении оси чувствительности датчика. Разность этих длин остаетс  посто нной в широком интервале температур. 1 ил.

Description

сл сд ьэ

/

11 в 3 В 12 Ю

а

Изобретение относитс  к измерению параметров движени  и может быть использовано дл  измерени  линейных ускорений объектов различного назна- чени ,

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  ускорени  и расширени  функциональных возмож- .ностей за счет одновременного изме- рени  температуры.

На чертеже представлена упрощенна  конструктивна  схема датчика ускорени  и температуры.

Датчик ускорени  и температуры состоит из корпуса 1, содержащего внутри инерционную массу 2 с отражательными гран ми 3 и k и внутренним поглощающим акустические сигналы слоем 5. Инерционна  масса закреплена в корпусе 1 посредством пружин 6 и 7 причем корпус 1 заполнен рабочей жидкостью 8,  вл ющейс  проводником акустических сигналов и одчовременно демпфирующей средой. Датчик содержит также обратимые пьезоэлектрические преобразователи 9 и 10 электрических сигналов в акустические, отделенные от рабочей жидкости тонкими мембранами 1 1 и 12,  вл ющимис  частью кор- пуса 1. Кроме того, в конструкцию датчика вход т генераторы 13 и 1 и усилители 15 и 16, причем пьезоэлектрические преобразователи 9 и 10 электрически соединены с выходами генера- торов 13 и 1 и входами усилителей 15 и 16 соответственно. Материалы корпуса 1 и инерционной массы 2 подобраны так, что их тепловые коэффициенты расширени  и линейные размеры вдоль рабочей оси датчика подчин ютс  следующему условию:

На

d,z

La

Ј7

де &i( - тепловой коэффициент расширени  материала корпуса; рассто ние вдоль оси чувствительности между внутренними , по отношению к корпусу, поверхност ми мембран;

тепловой коэффициент расширени  инерционной массы; длина инерционной массы от отражательной грани 3 до грани k,

При соблюдении этих условий расто ни  от пьезоэлектрического преобL . ci , L

0 5 0 5 0

5

0

5

разовател  9 до отражательной грани 3 и от пьезоэлектрического преобразовател  10 до грани 4 и их сумма не завис т от температуры, так как величины изменений корпуса датчика и инерционной массы при изменени х их температур одинаковы, т.е. L, - I const в широком интервале температур .

Датчик ускорени  и температуры работает следующим образом.

Электрические импульсные сигналы генераторов 13 и И поступают на соответствующие им пьезоэлектрические преобразователи 9 и 10, где преобразуютс  в акустические импульсы, которые через мембраны 11 и 12 излучаютс  в рабочую жидкость 8 и начинают распростран тьс  в сторону инерционной массы 2, положение которой в каждый момент времени определ етс  действующей на датчик вдоль его рабочей оси инерционной силой. После отражени  от отражательных граней 3 и k инерционной массы 2 акустические сигналы поступают на соответствующие пьезоэлектрические преобразователи 9 и 10, где преобразуютс  в электрические импульсы, которые после усилени  усилител ми 15 и 16 поступают на запуск генераторов 13 и 14. С этого момента циклы повтор ютс . В результате с выходов генераторов 13 и И снимаютс  две частотно-импульсные последовательности , частоты которых (или однозначно св занные с ними периоды колебаний Т( и Т2) завис т от скорости прохождени  акустического импульса от преобразовател  (9 или 10) до отражательной грани (3 или k) инерционной массы 2 и обратно и рассто ни  между ними. В св зи с тем, что рассто ни  от пьезоэлектрического преобразовател  9 до отражательной грани 3 и от пьезоэлектрического преобразовател  10 до грани k инерционной массы 2 и их сумма не завис т от температуры датчика и рабочей жидкости , то это дает возможность по периодам Т4 и ТЈ и указанной сумме рассто ний , котора  равна (IM - L)/t° - const, рассчитать скорость звука к рабочей жидкости и сопоставить ей температуру датчика, завис щую от температуры окружающей среды.

Смещение инерционной массы вдоль рабочей оси датчика под воздействием ускорени  однозначно зависит от раз

ности периодов Т( и Т, рассчитанной скорости звука в рабочей жидкости и упругости пружин 6 и 7. Так как скорость звука в рабочей жидкости дл  определенной температуры и упругость пружин щих систем дл  конкретного датчика  вл ютс  величинами посто нными , то разность периодов (т( - Т2)  вл етс  мерой ускорени , причем знак разности указывает направление действи  ускорени  в каждый момент времени . Поглощающий слой 5 в инерционной массе служит /-л  исключени  взаимного вли ни  сигналов одного пьезо- электрического датчика на цепь другого .

В периодах Т, и Т2, кроме времени распространени  сигнала только по рабочей жидкости от плоскости внутренней части корпуса до отражательной грани инерционной массы и обратно, присутствует врем  распространени  в мембранах и в электронной части . датчика (в генераторах и усилител х),  вл ющеес  в данном случае систематической погрешностью (ошибкой). При измерении смещени  инерционной массы под действием ускорени  в случае идентичности электронных схем и равенстве толщин данна  погрешность существенного вли ни  на точность измерени  не оказывает, так как мерой служит разность (Т, - Т2). Но дл  измерени  температуры данную погрешность необходимо учитывать, несмотр  на ее малую величину, из-за большой скорости распространени  акустических сигналов в мембране (5000 м/с) и ее малой толщины и малой задержки в электронных цеп х при использовании элементов СВЧ-диапазона с большим значением верхней граничной частоты. Данна  систематическа  погрешность вы вл етс  при калибровке датчика сопоставлением точного значени  скорости звука в рабочей жидкости при определенной температуре значению, вычис- енному по величинам F, и F2 (или Т,

Редактор И.Дербак

Составитель К.Лукомский

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Максимишинец

Заказ 32

Тираж kkk

8НИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. V5

1П ig

521066

и Т2 ) . Калибровка проводитс  по всему рабочему интервалу температур датчика . В результате калибровки составл етс  таблица (график) поправок к показани м датчика. При обработке данных возможна аппроксимаци  полученной таблицы (графика) полиномом без существенной потери точности.

Таким образом работа датчика ускорени  и температуры сводитс  к получению двух частотно-импульсных последовательностеи с периодами Т(

и Т,

причем сумма периодов  вл етс  мерой температуры, а разность - мерой ускорени  .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Датчик ускорени , содержащий корпус , заполненный жидкостью, инерционную массу, установленную в корпусе на упругих элементах, и вибрационно-час- тотные преобразователи смещени  инерционной массы, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности измерени  ускорени  и расширени  функциональных возможностей за счет одновременного измерени  температуры , в нем инерционна  масса в центральной ее части разделена звукопоглощающим слоем, параллельно которому на боковых ее гран х выполнены звукоотражающие слои, в торцойых стенках корпуса выполнены мембраны, расположенные параллельно и напротив слоев инерционной массы на оси чувствительности датчика, а преобразователи смещени  инерционной массы выполнены пьезоэлектрическими и закреплены на внешних поверхност х мембран корпуса, причем отношение температурных коэффициентов линейного расширени  материалов корпуса и инерционной массы равно отношению длины инерционной массы между отражательными гран ми к рассто нию между внутренними,, по отношению к корпусу, поверхност ми мембран.

   Подписное