Датчик резонаторный

Авторы патента:

G01P15/10 - с помощью вибрирующих струн

Владельцы патента RU 2402020:

Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Корпорация (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ") (RU)

Изобретение относится к области измерений механических параметров. Датчик содержит основание из высокодобротного материала, в котором выполнены сквозные прорези с образованием двух чувствительных элементов, двух подвесов в виде стержней и силочувствительного преобразователя, концы которого соединены с чувствительными элементами, свободно размещенными в углублениях крышек. Крышки расположены по обе стороны основания и соединены с ним. Чувствительные элементы соединены с основанием посредством упругих элементов, препятствующих перемещению чувствительных элементов в направлении, перпендикулярном плоскости основания и податливых в направлении измерительной оси. Чувствительные элементы имеют возможность перемещения относительно основания в направлении измерительной оси, параллельной плоскости основания. Изобретение позволяет повысить чувствительность датчика с упрощением технологии его изготовления и исключением углового перемещения измерительной оси от действия измеряемой величины. 2 ил.

Изобретение относится к области измерений ускорений.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является датчик резонаторный (патент RU 2217767 G01P 15/10, опубликованный в БИ №27.11.2003), содержащий основание из высокодобротного материала, в котором выполнены сквозные прорези с образованием первого чувствительного элемента и первого подвеса в виде, по крайней мере, одного стержня и силочувствительного преобразователя, одни концы которых соединены с первым чувствительным элементом, свободно размещенным в углублениях крышек, расположенных по обе стороны основания и соединенные с ним, другой конец стержня подвеса соединен с основанием посредством упругого шарнира. Вышеуказанное устройство взято в качестве прототипа.

Недостатками его является сложная технология изготовления и низкая чувствительность к измеряемой величине.

Решаемой задачей является создание высокочувствительного датчика резонаторного и упрощение технологии его изготовления.

Достигаемым техническим результатом является исключение углового перемещения измерительной оси от действия измеряемой величины.

Для достижения технического результата в датчике резонаторном, содержащем основание из высокодобротного материала, в котором выполнены сквозные прорези с образованием первого чувствительного элемента и первого подвеса в виде, по крайней мере, одного стержня и силочувствительного преобразователя, одни концы которых соединены с первым чувствительным элементом, свободно размещенным в углублениях крышек, расположенных по обе стороны основания и соединенных с ним, другой конец стержня подвеса соединен с основанием посредством упругого шарнира, новым является то, что в основании дополнительно выполнены сквозные прорези с образованием второго чувствительного элемента и второго подвеса в виде, по крайней мере, одного стержня, один конец которого соединен со вторым чувствительным элементом, а другой конец соединен посредством упругого шарнира с основанием или со стержнем первого подвеса с возможностью перемещения чувствительных элементов относительно основания в направлении измерительной оси, параллельной плоскости основания, второй конец силочувствительного преобразователя соединен со вторым чувствительным элементом, который свободно размещен в углублениях крышек, первый и второй чувствительные элементы соединены с основанием посредством упругих элементов.

Выполнение в основании сквозных прорезей для образования второго чувствительного элемента, второго подвеса с упругим шарниром, упругих элементов, соединяющих чувствительные элементы с основанием, позволяет увеличить чувствительность датчика резонаторного к воздействию измеряемого ускорения, исключить угловое перемещение измерительной оси от действия измеряемой величины и значительно упростить технологию его изготовления.

Новая совокупность существенных признаков позволяет получить конструкцию датчика резонаторного по упрощенной технологии, обладающего высокой чувствительностью к измеряемому ускорению с неизменным положением измерительной оси.

На фиг.1 и 2 представлен вариант конструкции заявляемого устройства. Устройство содержит основание 1 из высокодобротного материала, в котором выполнены сквозные прорези 2, 7 с образованием первого подвеса в виде, по крайней мере, одного стержня 4 и второго подвеса в виде, по крайней мере, одного стержня 9, первого 3 и второго 8 чувствительных элементов, силочувствительного преобразователя 5, концы которого соединены с первым 3 и вторым 8 чувствительными элементами, свободно размещенными в углублениях 12 крышек 11, расположенных по обе стороны основания 1 и соединенных с ним. Один конец стержня 4 первого подвеса соединен с первым 3 чувствительным элементом, а другой конец соединен с основанием 1 посредством упругого шарнира 6. Один конец стержня 9 второго подвеса соединен со вторым 8 чувствительным элементом, а другой конец соединен посредством упругого шарнира 10 с основанием 1 или со стержнем 4 первого подвеса с возможностью перемещения чувствительных элементов 3 и 8 относительно основания 1 в направлении измерительной оси, параллельной плоскости основания 1. Первый 3 и второй 8 чувствительные элементы соединены с основанием 1 при помощи упругих элементов 13, препятствующих перемещению чувствительных элементов 3 и 8 в направлении, перпендикулярном плоскости основания 1.

Устройство работает следующим образом. При воздействии в направлении измерительной оси датчика резонаторного ускорения на центры масс чувствительных элементов 2 и 3 действуют силы F_1,2, порождающие моменты M_1,2=F_1,2·L_1,2, где F_1,2 - механические силы, действующие на центры масс чувствительных элементов 3 и 8, L_1,2 - плечо между точкой приложения механической силы F_1,2 и упругими шарнирами 6 и 10. Моменты M_1,2 уравновешиваются реактивными моментами M_3,4, вызванным парой сил M_3,4=N_1,2·h_1,2, где N_1,2 - силы, приложенные к силочувствительному преобразователю 5, h_1,2 - расстояние между нейтральными осями силочувствительного преобразователя 5 и упругих шарниров 6 и 10.

Угловые перемещения чувствительных элементов 3 и 8 относительно осей шарниров 6 и 10 вызывают удлинение силочувствительного преобразователя 5. При выполнении условия N₁=N₂ силочувствительный преобразователь 5 в данной конструкции испытывает чистый изгиб, т.е. поперечные силы в силочувствительном преобразователе 5 отсутствуют, а значение изгибающего момента неизменно. За счет равных углов отклонения чувствительных элементов 3 и 8 относительно осей шарниров 6 и 10 положение измерительной оси датчика остается в неизменном положении, что делает постоянным значение погрешности от действия перегрузок в направлениях, перпендикулярных измерительной оси.

На основании пьезоэлектрического кварца был изготовлен действующий образец, подтвердивший работоспособность заявляемого устройства.

Датчик резонаторный, содержащий основание из высокодобротного материала, в котором выполнены сквозные прорези с образованием первого чувствительного элемента и первого подвеса в виде, по крайней мере, одного стержня и силочувствительного преобразователя, одни концы которых соединены с первым чувствительным элементом, свободно размещенным в углублениях крышек, расположенных по обе стороны основания, и соединены с ним, другой конец стержня подвеса соединен с основанием посредством упругого шарнира, отличающийся тем, что в основании дополнительно выполнены сквозные прорези с образованием второго чувствительного элемента и второго подвеса, в виде, по крайней мере, одного стержня, один конец которого соединен со вторым чувствительным элементом, а другой конец соединен посредством упругого шарнира с основанием или со стержнем первого подвеса с возможностью перемещения чувствительных элементов относительно основания в направлении измерительной оси, параллельной плоскости основания, второй конец силочувствительного преобразователя соединен со вторым чувствительным элементом, который свободно размещен в углублениях крышек, первый и второй чувствительные элементы соединены с основанием посредством упругих элементов.

Похожие патенты:

Датчик резонаторный // 2371728

Изобретение относится к области измерений механических параметров. .

Резонатор силочувствительный // 2329511

Изобретение относится к области измерений механической силы и производных от нее величин, момента силы, давления, массы, деформаций, линейных и угловых ускорений. .

Датчик резонаторный // 2281515

Изобретение относится к области измерений механических параметров. .

Преобразователь угла, угловой скорости и углового ускорения вала в код // 2280322

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Измеритель углового ускорения вала // 2278389

Изобретение относится к области измерения параметров вращения вала и может быть использовано в системах автоматического управления. .

Дифференциальный струнный акселерометр и способ его изготовления // 2258230

Изобретение относится к струнным акселерометрам и предназначено для измерения ускорений при движении реактивного снаряда реактивной системы залпового огня. .

Измеритель углового ускорения вала // 2253120

Изобретение относится к области измерения параметров вращения и может быть использовано в системах автоматического управления. .

Датчик резонаторный // 2247993

Изобретение относится к области измерений механических параметров. .

Датчик резонаторный // 2217767

Изобретение относится к измерениям механических параметров. .

Способ измерения углового ускорения вала // 2194996

Изобретение относится к области измерения параметров вращения вала. .

Датчик резонаторный // 2410705

Изобретение относится к измерениям механических параметров, в частности силы или ускорения

Виброчастотный микромеханический акселерометр // 2442992

Изобретение относится к измерительной технике

Высокоточный космический акселерометр // 2468374

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для определения ускорения поступательного движения космического аппарата

Датчик резонаторный // 2477491

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений ускорения и других параметров

Преобразователь пути и линейной скорости движения объекта в код // 2516382

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой преобразователь пути и линейной скорости движения объекта в код и может использоваться при контроле положения и скорости при малых (0,1 мкм÷10 мкм) и больших (до 10 см) перемещениях. Для улучшения метрологических и весогабаритных характеристик преобразователя пути и линейной скорости электрический и магнитный блоки преобразователя реализованы на базе техники цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) и микроэлектронного конструирования. Технический результат достигается тем, что с помощью магнитных триггеров 10 и 17, магнитного барьера 19 и электронного блока «реверс» 20, который осуществляет переключение фаз тактирующего генератора 1, проводится измерение пути и скорости объекта независимо от направления его движения, результаты которого регистрируются в счётчиках. Пределы измерения ограничиваются скоростью движения ЦМД (20 м/с и более). При этом благодаря малым размерам ЦМД (0,1 мкм÷10 мкм) значительно уменьшаются весогабаритные параметры преобразователей. 1 ил.

Способ настройки струнного акселерометра // 2526200

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к струнным акселерометрам для автономного определения параметров движения летательных аппаратов и может быть использовано при производстве струнных акселерометров. Сущность изобретения достигается тем, что способ настройки струнного акселерометра, содержащего струну прямоугольного сечения и консольно-закрепленный пластинчатый подвес с грузом, включающий закрепление концов струны между двух плоскостей, предварительно механически обработанных в двух взаимно перпендикулярных направлениях поперек и вдоль струны, и отличается тем, что струну выставляют по оси симметрии подвеса перпендикулярно его плоскости, закрепляют последовательно концы струны на грузе и корпусе при совмещении поверхностей крепления в одну плоскость, сравнивают частоту автоколебаний струны с заданной и при необходимости корректируют длину струны, исходя из выражения: Δ l = ( f − f 0 ) f l l 2 y + 1 , где Δl - изменение длины струны; f и f0 - фактическая и заданная частота колебаний струны; l и y - длина струны и прогиб подвеса при расположении струны в одной плоскости, при этом вновь механически обрабатывают поверхности крепления до расположения их в одной плоскости, причем длину струны уменьшают, если частота меньше заданной, и увеличивают, если больше, затем прикладывают к грузу в месте крепления струны усилие, плавно изменяющее натяжение струны в рабочем диапазоне частот, и оценивают изменение амплитуды сигнала со струны, добиваясь точной установкой струны попадания частоты и амплитуды сигнала в заданный допуск, после чего проводят термомеханическое старение акселерометра. Изобретение позволяет сократить длительность стабилизации параметров, время сборки и увеличить выход годных струнных акселерометров при изготовлении. 5 ил.

Струнный акселерометр // 2528103

Предлагаемое изобретение относится к области приборостроения и предназначено для автономного измерения ускорения летательных аппаратов. Струнный акселерометр содержит на своем основании чувствительные элементы, включающие струну, закрепленную одним концом на корпусе, другим на грузе, размещенном на упругом пластинчатом подвесе, и магнитоэлектрические приводы для поддержания автоколебаний струн. Для достижения технического результата чувствительный элемент выполнен в виде замкнутого прямоугольного камертона с внутренним креплением, расположенным на одной из сторон корпуса на геометрической оси, проходящей перпендикулярно струне через ее середину, причем каждая пара параллельных сторон чувствительного элемента состоит из нескольких жестко скрепленных участков из материалов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. При этом суммы произведений их длин на температурный коэффициент линейного расширения равны соответственно для сторон вдоль и поперек струны, а температурный коэффициент модуля упругости подвеса равен разности температурных коэффициентов линейного расширения подвеса и струны. Изобретение позволяет повысить точность измерения ускорения за счет увеличения добротности струнного резонатора и снижения температурной погрешности и чувствительности к внешним и внутренним механическим воздействиям на напряжения в струне, а также упростить конструкцию и требования к выбору физико-механических свойств к материалам и форме деталей силовой цепи натяжения струны. 4 ил.

Резонатор силочувствительный // 2541375

Изобретение относится к области измерения механических параметров. Резонатор силочувствительный с изгибной формой колебаний выполнен в виде двух идентичных параллельно расположенных между собой стержней, одни концы которых жестко соединены между собой и с первым элементом приложения измеряемой силы, а другие концы соединены через первые упругие шарниры со вторым элементом приложения измеряемой силы, при этом вторые упругие шарниры выполнены в средней части каждого стержня с образованием клиновидных участков с большей изгибной жесткостью, узкие части которых обращены в сторону первых и вторых упругих шарниров соответственно. Достигаемым техническим результатом является увеличение силовой чувствительности резонатора силочувствительного. 1 ил.

Датчик резонаторный // 2579552

Изобретение относится к метрологии, в частности к датчикам механических ускорений. Датчик представляет собой резонатор, выполненный в виде сдвоенного камертона, и содержит основание, чувствительный элемент с маятниковым подвесом в виде двух стержней, упругие шарниры, размещенные на одной пластине монокристалла кварца Z-среза. Первые концы стержней соединены с чуствительным элементом, а вторые концы через упругие шарниры соединены с основанием. Стержневой резонатор выполнен на второй пластине монокристалла кварца Z-среза меньшей толщины, на концах которого образованы участки с увеличенной поверхностью для присоединения к чувствительному элементу и к основанию соответственно. Стержни резонатора могут иметь как постоянную, так и переменную ширину. В концевых элементах выполнены отверстия для введения стеклоспая, соединяющего участки стержневого резонатора с поверхностями чувствительного элемента и основания. Размер площади концевых участков выбран исходя из использованием стеклоспая, качество соединения определяется по отсутствию гистерезиса при предельных нагрузках на резонатор. Технический результат - повышение точности измерений, уменьшение трудоемкости изготовления. 3 ил.

Сенсор на плоской катушке // 2594072

Изобретения относятся к измерительной технике и могут быть использованы при определении характеристик движения объектов, таких как скорость, ускорение, вибрации и т.д. Чувствительный элемент датчика для определения характеристик движения состоит из сигнальной плоской катушки индуктивности или ее части, размещенной в магнитном поле жестко связанного с ней постоянного магнита. Указанный чувствительный элемент может быть использован в качестве элемента печатной платы, одинарной или многослойной. При этом многослойную печатную плату выполняют таким образом, что либо как минимум один из ее слоев, не содержащий чувствительный элемент, включает как минимум один фрагмент как минимум одного витка катушки электромагнита; либо слой с катушкой заключен в толще печатной платы, как минимум часть слоев которой выполняет функцию соленоида. Техническим результатом изобретения является усиление полезного сигнала сенсора, основанного на электроинерционных явлениях. 4 н. и 35 з.п. ф-лы, 10 ил.