Датчик лінійних прискорень

Датчик лінійних прискорень, що містить камеру, повністю заповнену рідиною, з'єднану з корпусом, в якій нерухомо закріплена жорстка пластина із центральним і периферійними отворами, дві 3 заповненою щільною рідиною 3 як інерційною масою і двох нерухомо встановлених в камері 2 жорстких пластин 4 і 5 із центральним і периферійними отворами, двох гідравлічних магістралей 6 і 7, що з'єднують камеру 2 з першим 8 і другим 9 гідроциліндрами із сильфонами 10, 11 в торцях, кожний з яких зв'язаний через жорсткий шток 12 і 13 відповідно з рухомою рамою 14. Всередині рухомої рами 14 розміщений струнний частотний перетворювач, до складу якого входить дві струнні пружні розтяжки 15 і 16, закріплені одними своїми кінцями на рухомому центральному вузлі закріплення 17, а другими кінцями - на нерухомих вузлах закріплення 18 і 19 розташованих на нерухомої рамі 20. Кожна струнна пружна розтяжка 15 і 16 знаходиться у полі збудника коливань 21 і 22 відповідно. Рухомий центральний вузол закріплення 17 з'єднаний з рухомою рамою 14 за допомогою пружних елементів 23, 24, 25, 26, розташованих симетрично відносно повздовжньої осі рухомої рами 14. Центральний вузол закріплення 17 закріплений на коромислі 27, з яким з'єднані пружкі елементи 23, 24, 25, 26. Струнні пружні розтяжки 15 і 16 у початковому стані мають певне початкове натяжіння, при цьому власні частоти поперечних коливань обох розтяжок у полі збудників коливань 21 і 22 співпадають. Кожна струнна пружна розтяжка 15 і 16 струнного частотного перетворювача є елементом автогенератора, який формує вхідні сигнали для перетворювачів 28, 29 та обчислювального пристрою 30. Вихідний сигнал 31 датчика, який вміщує інформацію про прискорення, яке вимірюється, формується за допомогою обчислювального пристрою 30. Датчика лінійних прискорень працює наступним чином. Камера 2 датчика повністю заповнена рідиною 3, в якості інерційної маси, тому якщо рух датчика відбувається з прискореннями на стінки камери 2 діє сила F=mW, (1) де m - маса рідини, W - проекція уявного прискорення корпуса 1 датчика на вісь чутливості датчика. За рахунок діючої сили F на торцьових стінках камери 2 з'являється додатковий тиск рідини mW ∆p = (2) S0 , де S0 - площа торцьової стінки камери з рідиною. На торцьових стінках камери 2 додатковий тиск має різні знаки: на одній -позитивний, на другій – негативний, відповідно до напрямку вектора уявного прискорення W . Тиск рідини в гідромагістралях 6 і 7 та в гідроциліндрах 8, 9 змінюється відповідно до тиску рідини в камері 2. Сильфони 10 і 11 за допомогою жорстких штоків 12 і 13 з'єднані з рухомою рамою 14, за рахунок чого існує вплив жорстких штоків 12 і 13 сильфонів 10 і 1 І на пружні елементи 23, 24, 25, 26. Сила, з якою жорсткий шток 12 або 13 діє на рухому раму 14: 45150 4 ∆F=∆pS1, (3) S1 - площа поперечного перетину сильфона 10 або 11. Використовуючи формули (2) і (3), запишемо mWS 1 ∆F = (4) S0 , При цьому лінійний хід жорсткого штока 12 або 13 визначається так: ∆F lc = Cc , (5) де Cc - коефіцієнт жорсткості сильфона як пружного елемента. Хід вузлів закріплення пружних елементів 23, 24, 25, 26 на рухомій рамі 14 l = lc = ∆ F C c (6) , Збоку пружних елементів 23, 24, 25, 26 до вузла закріплення 17 струнних пружних розтяжок 15, 16 прикладена сила ∆Fc ∆Fp = lc = (7) Cc , де С - коефіцієнт жорсткості пружних елементів 23, 24, 25, 26. Таким чином до струнних пружних розтяжок 15, 16 прикладені додаткові сили відповідно mS1C mS1C ∆F15 = ⋅ W, ∆F16 = − ⋅ W, (8) S0Cc S0Cc Частоту власних коливань струнної пружної розтяжки на першій гармоніці можна визначити так: F 1 F f2 = (9) 2 ml або 4ml , де F- сила натяжінна, прикладена до струнної пружної розтяжки, m - маса струнної пружної розтяжки, l - довжина активної частини струнної пружної розтяжки. При зміні сили, прикладеної до струнної пружної розтяжки, змінюється частота її власних коливань f= 1 F0 + ∆F (10) , 2 ml де F0 - сила початкового натяжіння кожної струнної пружної розтяжки. Отже, для струнних пружних розтяжок 15 і 16 можемо записати наступні співвідношення: mS1C mS1C F0 + F0 − ⋅W ⋅W S0 C S0C (11) 2 2 F15 = F16 = 4ml 4ml , , Періоди власних коливань струнних пружних розтяжок 15 і 16 знайдемо як 1 1 T18 = T19 = f15 f16 , або f = f0 + ∆f = T15 ⎡ mS1C F0 + ⋅W ⎢ S0C 1 =⎢ ⎢2 4ml ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ −1 (12) , 5 T16 ⎡ mS1C F0 − ⋅W ⎢ S0C ⎢1 = ⎢2 4ml ⎢ ⎢ ⎣ 45150 ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ −1 , Вихідний сигнал 31 датчика - кількість імпульсів автогенератора заповнюючих імпульсів високої частоти за половину періоду коливань струнної пружної розтяжки, буде дорівнювати відповідно для кожної струнної пружної розтяжки 15 і 16 n15 = 1 fT15 2 n16 = ⎡ mS1C F0 + ⋅W ⎢ S0C 1 ⎢1 = f⎢ 2 2 4ml ⎢ ⎢ ⎣ 1 fT16 2 ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ −1 , ⎡ mS1C F0 − ⋅W ⎢ S0C 1 ⎢1 = f 2 ⎢2 4ml ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ −1 (13) , де f - частота заповнюючих імпульсів генератора 32. Комп’ютерна верстка Л. Купенко 6 Тобто вихідний сигнал вміщує інформацію про прискорення W, яке вимірюється. Таким чином, використання в датчику лінійних прискорень камери, в якій розміщено ще одну пластину, ідентичну першій, дві гідравлічні магістралі, що з'єднують камеру з першим і другим гідроциліндрами із сильфонами в торцях, кожний з яких зв'язаний через жорсткий шток з рухомою рамою розміщеного за межами камери струнного частотного перетворювача, струнні пружні розтяжки, якого закріплені одними своїми кінцями на рухомому центральному вузлі закріплення, а другими кінцями - на нерухомих вузлах закріплення, розташованих на нерухомій рамі, дозволяє досягти наступного позитивного результату: 1. Підвищення чутливості датчика лінійних прискорень. 2. Забезпечення порогу чутливості датчика, який обумовлений тільки система обробки інформації 3. Можливість широкого вибору габаритів та розміщення камери з рідиною як інерційного масою у відповідному місці рухомого об'єкта, ніяк не зв'язаному з прецизійними перетворювачами інформації. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601