Резонатор для частотных датчиков ускорения из элинварных сплавов

Авторы патента:

Изобретение относится к высокоточному приборостроению средств автоматизации и систем управления. Оно может быть использовано в качестве составной части датчиков, позволяющих измерять ускорение по изменению частоты поперечных колебаний струны резонатора.

Изобретение заключается в том, что резонатор для частотных датчиков ускорения из элинварных сплавов выполненный в виде одной детали - монолитного дискообразного тела 1, содержит струну 2 и упругие элементы, струна представляет собой перемычку, образованную в теле резонатора двумя сквозными, симметрично расположенными окнами 3, 4, упругие элементы 5 размещены с обоих концов струны и являются перемычками, образованными в теле резонатора сквозными пазами 6, расположенными перпендикулярно струне. Для выполнения функциональных характеристик датчика между геометрическими размерами резонатора заданы соотношения:

a=(0,030÷0,033)k;

c=(0,113÷0,122)k;

m=(0,037÷0,042)k,

где а - ширина струны,

с - толщина струны,

k - длина струны,

m - ширина упругого элемента.

Известен струнный датчик, содержащий корпус, натянутый в нем вибратор в виде ленты с утолщенными концами и устройство для возбуждения колебаний вибратора. При этом переходные зоны от ленточной части вибратора к утолщенным концам выполнены с радиусами перехода не превышающими 2% от длины ленточной части вибратора (патент SU 1840332 A1, G01Р 15/10, 27.09.2006).

Недостатком данного струнного датчика является то, что он не обеспечивает высокую чувствительность изменения частоты колебаний струны в зависимости от ускорения и не дает возможности измерить ускорение с требуемой точностью, что обусловлено влиянием переходных зон от ленточной части вибратора к утолщенным концам.

Наиболее близким по технической сущности аналогом, то есть прототипом, является струнный акселерометр, содержащий кронштейн, инерционную массу, связанную плоской пружиной с кронштейном, струну, концы которой закреплены в кронштейне и инерционной массе, упругий шарнир выполнен в кронштейне вблизи места соединения пружины с кронштейном, терморегулятор, выполненный в виде двух Г-образных пластин, одни концы которых установлены параллельно и жестко связаны между собой перемычкой, а другие концы параллельны оси шарнира и

продольной оси струны и жестко связаны с кронштейном по обе стороны от оси упругого шарнира (патент SU 1840331 A1, G01Р 15/10, 27.09.2006).

Недостатком наиболее близкого технического решения является то, что струнный акселерометр не может обеспечить высокую чувствительность - зависимость изменения частоты колебаний струны от ускорения вследствие того, что не регламентируются геометрические размеры струны, определяющие частоту колебаний - ширина, толщина и длина струны. Не обеспечивается измерение ускорения с требуемой точностью вследствие погрешностей, возникающих в процессе сборки акселерометра.

Сущность изобретения заключается в том, что резонатор для частотных датчиков ускорения из элинварных сплавов выполненный в виде одной детали - монолитного дискообразного тела, содержит струну и упругие элементы, струна представляет собой перемычку, образованную в теле резонатора двумя сквозными, симметрично расположенными окнами, упругие элементы размещены с обоих концов струны и являются перемычками, образованными в теле резонатора сквозными пазами, расположенными перпендикулярно струне. Для выполнения функциональных характеристик датчика между геометрическими размерами резонатора заданы соотношения:

а=(0,030÷0,033)k;

с=(0,113÷0,122)k;

m=(0,037÷0,042)k,

где а - ширина струны,

с - толщина струны,

k - длина струны,

m - ширина упругого элемента.

В резонаторе струна представляет собой несвободное тело с упругими связями. Жесткость упругих связей определяется геометрическими размерами упругих перемычек. Струна работает в режиме поперечных колебаний, которые могут задаваться электромагнитным возбудителем. При

отсутствии ускорения в направлении, совпадающем с направлением струны, жесткость упругих элементов не оказывает существенного влияния на частоту поперечных колебаний. Частота поперечных колебаний определяется главным образом поперечной жесткостью струны и внутренним трением. Для настройки частоты поперечных колебаний в этом случае достаточно одного управляющего параметра - толщины струны. При действии ускорения вдоль струны на струну действует продольная сила, оказывающая влияние на частоту свободных колебаний. Величины продольной силы существенно зависят от жесткости струны и жесткости упругих элементов. При установлении зависимости частоты поперечных колебаний от величины ускорения используется два управляющих параметра - толщина струны "а" и толщина упругих элементов "m".

На фиг.1 изображено сечение резонатора для частотных датчиков ускорения, на фиг.2 изображено поперечное сечение струны резонатора. Резонатор для частотных датчиков ускорения представляет собой дискообразное монолитное тело 1, имеющее струну 2, которая является перемычкой двух сквозных окон 3, 4. Упругие элементы 5, представляют собой перемычки, образованные перпендикулярными струне сквозными пазами 6.

Опытная проверка предлагаемого технического решения показала что, достигнута стабильность выходных параметров упругого элемента и погрешность измеряемых величин не превышает 5% от заданных значений, а выход годных резонаторов при их производстве увеличился на на 18%.

Резонатор для частотных датчиков ускорения из элинварных сплавов, содержащий струну и упругие элементы, отличающийся тем, что резонатор выполнен в виде монолитного дискообразного тела, струна представляет собой перемычку, образованную в теле резонатора двумя сквозными симметрично расположенными окнами, а упругие элементы размещены с обоих концов струны и представляют собой перемычки, образованные в теле резонатора сквозными пазами, расположенные перпендикулярно струне, при этом выполняются соотношения:

a=(0,030÷0,033)·k;

c=(0,113÷0,122)·k;

m=(0,037÷0,042)·k,

где а - ширина струны;

с - толщина струны;

k - длина струны;

m - ширина упругого элемента.