Акселерометр

Реферат: UA 105772 U UA 105772 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки вимірювань і може бути використана у машинобудуванні, автомобільній, космічній, авіаційній галузях, а також для вібраційної діагностики машин та приладів і вимірювання параметрів вібрації при експлуатації останніх. У різних галузях промисловості, таких як транспорт, машинобудування, автомобільна, авіаційна техніка тощо використовують вібродіагностику агрегатів. Вібродіагностика - це метод неруйнівного контролю, заснований на аналізі комплексу параметрів вібрації для визначення стану обладнання. Вібродіагностика дозволяє виявляти найрізноманітніші дефекти обладнання, такі, як дисбаланс, непаралельність валів, ослаблення опор, а також різні дефекти підшипникових вузлів, включаючи проблеми з мастилом. Для обробки сигналів вібрації електронними методами механічні коливання перетворюються в електричний сигнал за допомогою датчиків вібрації (акселерометрів). Елементом, що безпосередньо сприймає прискорення, є інертна маса (сейсмічна маса). За характером руху інертної маси розрізняють акселерометри з поступальним і кутовим її переміщенням. За кількістю вимірюваних одним акселерометром складових прискорення акселерометри поділяються на однокомпонентні (одновісні), двокомпонентні (двовісні), трикомпонентні (тривісні). Однокомпонентні акселерометри мають одну вісь чутливості. Такі акселерометри вимірюють одну складову лінійного прискорення. Двокомпонентні і трикомпонентні акселерометри відповідно мають дві і три осі чутливості. Такі датчики відповідно вимірюють дві і три складові лінійного прискорення одночасно. Для перетворення вібрації в електричний сигнал інертна маса механічно з'єднана з елементом, що перетворює: зміщення інертної маси в електричний сигнал. Найбільш часто для цього використовують потенціометричні, ємнісні, п'єзоелектричні та оптичні перетворювачі. Відомі прилади для вимірювання рівня вібрації, як правило, є однокомпонентними акселерометрами, які для отримання вихідного електричного сигналу використовують ємнісні та п'єзоелектричні перетворювачі. Дані акселерометри не дають можливості контролювати рівень вібрації в трьох площинах одночасно. Найбільш близьким за сукупністю ознак до пристрою, що заявляється, є акселерометр фірми Analog Device типу ADXL103, ємнісний перетворювач якого виконаний за MEMS технологією і має в своєму складі інертну масу, яка виконує функцію обкладинки конденсатора ємнісного перетворювача, та завдяки направляючим має можливість зміщуватися тільки в одній площині [http://www.analog.com/ru/products/mems/mems-accelerometers/adxl 103.html]. Робота перетворювача заснована на зміні ємності між елементами датчика за рахунок зміщення інертної маси, яка в подальшому перетворюється у величину напруги. Таким чином величина цієї напруги несе інформацію про рівень вібрації. Недоліком такого ємнісного перетворювача є нелінійність його характеристики перетворення. Також, досить складно реалізувати двокомпонентний перетворювач такого типу тому, що на характеристику перетворення може бути вплив прискорення за двома напрямами. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки акселерометра, в якому за рахунок використання інертної маси у вигляді скляного куба з металевим напиленням на його гранях та використання вихрострумових перетворювачів, забезпечується вимірювання трьох складових прискорення, підвищується чутливість. Для вирішення поставленої задачі в акселерометрі, що містить інертну масу та перетворювач вібрації, згідно з корисною моделлю інертна маса виконана як скляний куб з металевим напиленням на його гранях і розташована між трьома вихорострумовими диференційними перетворювачами. Інертна маса виготовляється зі скла з метою зменшення її маси, що дає можливість підвищити верхню граничну частоту роботи акселерометра. В металевому напиленні на гранях збуджуються вихрові струми, які забезпечують роботу диференційних вихорострумових перетворювачів. Пристрій, що заявляється, представлений на кресл., має в своєму складі інертну масу (1), яка знаходиться у підвішеному стані між шістьох котушок (2) на чотирьох розтяжках(3), які складають три диференційних вихорострумових перетворювачі. Отримання підвищеної чутливості забезпечується включенням котушок датчика до диференційної мостової схеми. При відсутності прискорення сигнал на виході такого датчика дорівнює нулю. Якщо на акселерометр впливає прискорення по одній або всіх осях одночасно, то на виході диференційного датчика відповідної осі з'явиться сигнал, пропорційний рівню проекції прискорення у даній площині. Суть запропонованої корисної моделі полягає в тому, що інертна маса, яка розташована між котушками вихрострумових датчиків диференційного типу, дає можливість з мінімальною 1 UA 105772 U 5 10 похибкою перетворити величину проекції прискорення в електричний сигнал по трьох осях одночасно. Пристрій працює таким чином. Акселерометр встановлюється на об'єкті контролю, прискорення якого потрібно вимірювати. Якщо об'єкт контролю знаходиться у стані спокою вихорострумові датчики акселерометра знаходяться у стані балансу і їх вихідна напруга буде дорівнювати нулю. При впливі на об'єкт контролю сили, яка викликає прискорення останнього, інертна маса датчика зміщується проти вектора дії прискорення. В результаті цієї дії вихорострумові диференційні датчики розбалансуються і на їх виходах з'являються сигнали, напруга яких пропорційна проекції вектора прискорення. Акселерометр, що заявляється, може використовуватися в різноманітних приладах автомобільної, авіаційної, космічної техніки, а також інших галузях, де потрібно вимірювати рівень прискорення, що дає можливість отримати необхідну інформацію про стан об'єкта контролю та використати її для подальшої безпечної експлуатації останнього. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Акселерометр, що містить інертну масу та перетворювач вібрації, який відрізняється тим, що інертна маса виконана як скляний куб з металевим напиленням на його гранях і розташована між трьома вихорострумовими диференційними перетворювачами. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2