Датчик вибрации

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11 940072

Союз Советсинк

Соцналнстнчесинк

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 22. 08. 80 (21) 2979668/18-10 (51) М. Кл.

0 01 P 15/08 с присоединением заявки РЙ3Ьеударетеаяный каннтет

СССР ао аеяам язобуетеннй и вткрытнй (23) П риорнтет(53) УДК 531 ° 768 (088. 8) Опубликовано 30.06.82. Бюллетень М 24

Дата опубликования описания 30 . 06 . 82 (72) Авторы изобретения

Г. П. Писарев и В. Н. Сотин (7l) Заявитель

1,54) ДАТЧИК ВИБРАЦИИ

1

Изобретение относится к виброметрии и может быть использовано при измерении параметров колебаний транспортных средств грунта, сооружений и т.п.

Известны датчики вибрации инерционного действия, содержащие корпус, инерционный элемент, соединенный с корпусом посредством пружины, упругий элемент, концы которого закреплены на корпусе, а центр. соединен с инерционным элементом, электромеханические преобразователи деформации, выполненные в виде тензоэлементов, наклеенных на упругий элемент (1 J.

Недостатком таких датчиков явля ется невозможность существенного уменьшения собственной частоты без снижения надежности. Это обуслов- 20 лена закреплением инерционной массы непосредственно на упругом элементе и наличием пружины, соединяющей корпус с инерционным элементом.

Известен также ускорениемер, содержащий корпус, инерционный элемент, выполненный как одно целое с корпусом и соединенный с ним посредством упругого перешейка, служащего осью вращения инерционного элемента,упругий элемент, концы которого закреплены в корпусе, а центр скреплен с инерционным элементом, и электромеханические преобразователи деформации упругого элемента, выполненные в виде тензоэлементов, наклеенных на упругий элемент. Упругий перешеек введен для ограничения излишних степеней свободы инерционного элемента $2 j.

Соединение инерционного элемента с корпусом посредством гибкого перешейка вызывает поглощение ускорения и значительно снижает чувствительность ускорениемера.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является акселерометр, содержащий корпус, сей940072

56

55 смомассу, упругий элемент в виде вертикальной консоли, соединеиной с преобразователем (3) .

Недостаток акселерометра заключается в том, что инерционный weмент прикреплен к консоли и оказывается подвешенным на упругом элементе в положении устойчивого равновесия. Это увеличивает собственную частоту колебательной системы и период затухания колебаний инерционной массы и приводит к снижению его чувствительности в области низких частот. Введение компенсатора для гашения собственных колебаний инерционной массы и частичной разгрузки ynpyroro элемента также снижает чувствительность акселерометра, так как значительная часть момента инерции при измерении вибрации расходуется на его деформацию.

Цель изобретения - уменьшение собственной частоты колебательной системы, увеличение коэффициента преобразования датчика.

Поставленная цель достигается тем, что сейсмомасса одним из торцов установлена на нижнем конце вертикаль" ной консоли с воаможностью свободного перемещения относительно.:нее, а противоположным торцом - на основании корпуса в опоре качания.

На чертеже схематично показан датчик вибрации.

Датчик состоит из корпуса,,ограничителя 2 хода вверх инерционного элемента, крестов. ны 3, на которой закреплены пьезоэлементы 4, верти" кальной консоли 5, закрепленной в центре крестовины, шарнира 6, выполненного в виде кольца, инерционного элемента 7, установленного на керне 8 в опоре на основании корпуса,.

Датчик работает следующим образом.

В статическом положении: верхний конец вертикальной консоли 5 жестко соединен с центром крестовины 3, на которой наклеены пьезоэлементы 4, а нижний конец консоли 5 находится в углублении инерционного элемента и по периметру соприкасается с кольцом 6, удерживая инерционный элемент 7 в положении .неустойчивого равновесия, близком к вертикальному.

Нижняя часть инерционного элемента через керн 8 упирается в опору радиально-упорного типа на основании корпуса. При этом крестовина 3 и наклеенные на ней пьезоэлементы 4 полно5

I6

26

36

46 стью. разгружены в вертикальном направлении, а горизонтальная составляющая, образованная собственным весом инерционного элемента в результате небольшого отклонения его от вертикальной оси, компенсируется за счет незначительной деформации крестовины 3 упругого элемента.

При наличии горизонтальных или угловых колебаний корпус датчика приобретает ускорение, которое через нижний конец вертикальной консоли 5 и кольцо б шарнира передается инерционному элементу 7. Известно, что для выведения тела из положения неустойчивого равновесия достаточно малейшего усилия. Получив такое воз" действие, инерционный элемент 7 стремится перейти в положение устойчивого равновесия, наклоняется, вращаясь на керне 8, опирающемся в основание корпуса, и увлекает за собой нижними конец консоли 5 Это приводит к повороту верхнего конца консоли вокруг центра вращения в месте ее закрепления на крестовине 3. Упругий элемент крестовины и закрепленные на нем пьезоэлементы деформируются.

Наклон инерционного элемента приводит к смещению проекции центра тяжести на горизонтальную плоскость и создает момент силы, который нарастает по мере удаления центра тяжести от вертикальной оси, проходящей через точку опоры инерционного элемента, а это увеличивает деформацию пьезоэлементов, обеспечивая высокую чувствительность и максимально возможный диапазон напряжения сигнала датчика.

По мере увеличения изгиба упругого элемента и пьезоэлементов их сопротивление деформации возрастает и при достижении равенства сил деформации упругого элемента и момента силы инерционного элемента наклон последнего прекращается и он с помощью вертикальной консоли 5 возвращается в исходное положение °

При этом равенство взаимодействующих сил упругого элемента и инерционного элемента сохраняется, взаимно убывая,. вплогь до установки его в вертикальное положение, что почти полностью исключает появление собственной частоты, колебательной сис. темы датчика.

940072 6 ной системы и увеличения коэффициента преобразования датчика, сейсмомасса одним из торцов установлена на нижнем конце вертикальной консоли с

5 воэможностью перемещения относительно нее, а противоположным торцомна основании корпусв в опоре качания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе формула изобретения

Датчик вибрации, содержащий кор.пус, сейсмомассу, упругий элемент в виде вертикальной консоли, соединен-5 ной с преобразователем, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью уменьшения собственной частоты колебательСоставитель Н. Мараховская

Редактор С. Юско Техред М.Гергель Корректор М. Демчик

Заказ 4659/66 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Во избежание поломки пьезоэлементов при сильных толчках или случайных падениях датчика деформация

ynpyroro элемента ограничивается величиной зазора между корпусом и инерционным элементом и ограничителем хода инерционного элемента . вверх.

1-. Иорши Ю. И. Оиброметрия. M., Машгиз., 1963., с.553» Фиг.14, 36б.

2. Измерение напряжений н усилий в деталях машин. Сборник.М., Иав" гиз, 1955, с. 101- 130, фиг. 16 6.

3. Авторское свидетельство СССР

1 419827, кл. G 01 P 15/08, 1974 (прототип) .