Датчик импульсов ускорения

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам ускорения с использованием неэлектрических средств. Сущность изобретения: датчик импульсов ускорения содержит корпус 1, установленное в нем основание 4 с каналами, в которых расположены инерционные массы в виде шариков 17, опирающихся на плоские пружины 18. В датчике образовано n (n=1,2,. . .), продольных вдоль измерительной оси датчика каналов 15, n перпендикулярных и пересекающихся с ними поперечных каналов. Шарики 17 расположены в областях пересечения каналов. Основание 4 имеет трапециевидное сечение с расстоянием между сторонами в месте расположения шариков около диаметра шарика 17. Шарики 17 опираются на плоские пружины 18 с двух сторон продольных каналов 15. В датчике имеется n приемников шариков 17, образованных ребрами на основании и корпусе 1 и скосом нижней части корпуса. В корпусе 1 в донной части приемников шариков 17 образовано прозрачное окно 20. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам ускорения с использованием неэлектрических средств.

Известен датчик импульсов ускорения, содержащий инерционную массу с двумя лунками, в которых установлены шарики, поджимаемые к инерционной массе витыми пружинами [1].

Недостатком такого датчика является возможность ложного срабатывания при наличии импульсов ускорения или ускорения по оси, перпендикулярной измерительной оси.

Реагирующим раздельно по двум измерительным осям и принятым за прототип является датчик импульсов ускорения, содержащий корпус, установленное в нем основание с каналами, в которых расположены инерционные массы в виде шариков, опирающихся на плоские пружины [2].

Такой датчик имеет невысокую точность индикации величины импульса ускорение по одной измерительной оси, так как реагирует на суммарную величину импульса ускорения по двум взаимно перпендикулярным измерительным осям. Кроме того, существует неоднозначность индикации наличия импульса ускорения при воздействии ударных нагрузок по двум направлениям продольной измерительной оси, когда невозможно отличить был ли импульс ускорения по вертикальной оси либо два импульса ускорения по двум направлениям продольной оси.

Целью изобретения является повышение точности индикации величины импульса ускорения, надежности и наглядности индикации наличия импульса ускорения по заданной измерительной оси.

Данная цель достигается тем, что в датчике импульсов ускорения, содержащем корпус, установленное в корпусе основание с n (n = 1, 2, 3,...,) продольными каналами в нижней части, оси которых совпадают с измерительной осью датчика, в которых расположены инерционные элементы в виде шариков, опирающихся на плоские пружины, в основании выполнено n пересекающихся с продольными каналами попе- речных каналов, оси которых перпендикулярны осям продольных каналов и расположены в образованных измерительных осью и осью соответствующего продольного канала плоскостях; шарики размещены в областях пересечения соответствующих продольных и поперечных каналов; основание имеет трапециевидное сечение в образованных измерительной осью и соответст- вующими осями продольных каналов плоскостях с большим расстоянием между боковыми сторонами в верхней части основания и с расстоянием, составляющим около диаметра шарика, в местах расположения шариков; плоские пружины расположены вдоль каждой из скошенных боковых сторон основания для каждой комбинации продольного и поперечного каналов и опираются на шарики с двух сторон продольных каналов; на пружины наложены упоры на расстоянии от закрепленных концов пружин на основании, определяемом величинами импульса ускорения и его регулировки; в датчике выполнено n приемников для шариков, каждый из которых образован параллельными образованными осями продольных и поперечных каналов плоскостям ребрами в нижней части и на одной стороне основания, ребрами на корпусе с другой стороны основания и скосом нижней части корпуса от нижних концов ребер на корпусе до нижних концов ребер на основании; в корпусе в донной части приемников шариков образовано прозрачное окно.

В верхней части поперечных каналов выполнены карманы для шариков, образованные штырем, расположенным в прорези, проходящей по поперечным каналам перпендикулярно плоскости измерительной оси.

Трапециевидное сечение основания с большей стороной в верхней части, образование в нем пересекающихся продольных и поперечных каналов обеспечивают помещение шариков в продольные каналы с помощью поперечных без деформации плоских пружин, что обеспечивает сохранение их жесткости без деформации плоских пружин, что обеспечивает сохранение их жесткости и повышает точность индикации величины ударного импульса.

Расположение плоских пружин вдоль скошенных боковых сторон основания в соответствии с его трапециевидным сечением, выполнение расстояния между боковыми стенками в месте расположения шариков около диаметра шариков, обеспечение опоры шариков на плоские пружины с двух сторон продольных каналов позволяет зафиксировать шарики в продольных каналах в статическом положении, что повышает точность индикации импульса ускорения, так как при этом сила воздействия шариков на пружины при наличии импульса ускорения зависит только от амплитуды и длительности импульса.

Наложением упоров на плоские пружины на регулируемом расстоянии от места крепления пружин к основанию обеспечивается точность настройки на величину импульса ускорения, что позволяет повысить точность индикации величины импульса ускорения.

Выполнение нескольких продольных и поперечных каналов, расположение упоров на плоских пружинах на соответствующем расстоянии от места крепления пружин на основании дает возможность индикации промежуточных импульсов ускорения, что повышает точность индикации прибора.

Расположение осей продольных каналов в основании параллельно измерительной оси датчика, обеспечение опоры шариков на плоские пружины с двух сторон продольных каналов гарантирует реакцию датчика на импульс ускорения по фиксированному расположению измерительной оси, что обеспечивает надежность индикации импульсов ускорения по измерительной оси датчика.

Выполнение приемников шариков в виде ребер на основании и корпусе, скоса нижней части корпуса обеспечивает попадание шарика в соответствующий данной величине импульса ускорения приемник, чем повышается надежность индикации датчика.

Путем образования прозрачного окна в донной части приемников шариков достигается визуальное наблюдение за шариками, чем обеспечивается наглядность индикации датчика.

Возможность визуального наблюдения за шариками в определенном месте приемников позволяет без переустановок и перезакреплений датчика, применения дополнительных измерительных либо других средств надежно фиксировать индицированную информацию о наличии импульсов ускорения. Дополнительное выполнение карманов для шариков обеспечивает их размещение в этих карманах на период транспортировки, что устраняет возможность попадания шариков в приемники во время транспортировки до установки на объект измерений и повышает надежность индикации.

На фиг. 1 представлен общий вид датчика импульсов ускорения без одной части корпуса; на фиг.2 - его разрез по плоскости, образованной осями продольного и поперечного каналов; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез основания по плоскости, проходящей через оси поперечных каналов перпендикулярно измерительной оси датчика, для усовершенствованного варианта датчика.

В основной части корпуса 1 с установочными отверстиями 2 и соединительными резьбовыми отверстиями 3 установлено основание 4 с помощью винтов 5. На боковой поверхности основания 4 расположено n (n = 1, 2 ...) плоских пружин 6,6, ..., 6⁽ⁿ⁾, на которые наложены плоские упоры 7,7, ..., 7⁽ⁿ⁾ и которые закреплены винтами 8. Аналогично такое же количество пружин с упорами расположено на противоположной боковой поверхности основания 4. На первой боковой поверхности и в нижней части основания 4 образованы также ребра ,.9, ... 9⁽ⁿ⁾, 9⁽ⁿ⁺¹⁾.

Во внутренней - основной части корпуса 1 выполнены стойки 10,10 с резьбовыми отверстиями 11 для крепления основания с помощью винтов 5. Там же образованы ребра 12,12, .., 12^(n-1).

К основной части корпуса 1 с установленным в нем основанием 4 крепится вторая часть корпуса 13 с помощью винтов 14, входящих в резьбовые отверстия 3 на основной части корпуса 1 (фиг. 3).

В основании 4 образовано n продольных каналов 15 и n пересекающихся с ними поперечных каналов 16. В областях пересечения продольных 15 и поперечных 16 каналов расположены шарики 17. Сечение основания 4 имеет вид трапеции с большим расстоянием между боковыми скошенными сторонами в верхней части. Продольные каналы 15, оси Х-Х которых параллельны измерительной оси датчика, расположены в нижней части основания 4, где расстояние l₁ между боковыми сторонами трапециевидного сечения основания 4 составляет около диаметра d₁ шарика 17. Оси Y-Y поперечных каналов 16 перпендикулярны осям Х-Х продольных каналов 15. Диаметры d₂ продольного 15 и d₃ поперечного 16 каналов больше диаметра d₁ шарика 17. Пружины 6 с упорами 7 расположены вдоль одной из боковых скошенных сторон основания 4 в месте расположения продольных 15 и поперечных 16 каналов. Аналогично на второй боковой скошенной поверхности основания 4 установлены плоские пружины 18 с упорами 19, крепящиеся винтами 8 к основанию 4. Свободные концы пружин 6 и 18 закрывают отверстия продольных каналов 15 с двух сторон и соприкасаются с шариками 17.

Длина l₁ упоров 7 и 19 определяется расстоянием от места закрепления винтами 8 на основании 4 до конца их расположения на пружинах 6 и 18.

Ребра 9,9, . . ., 9⁽ⁿ⁺¹⁾ на основании 4 и ребра 4 ребра 12,12, ..., 12^(n-1) на корпусе 1 образованы в местах расположения продольных каналов 15, их верхняя часть доходит до верхней части основания 4, плоскости ребер перпендикулярны боковой поверхности основания 4 и параллельны плоскости, образованной осями продольного 15 и поперечного 16 каналов.

Ребра 9,9, 9⁽ⁿ⁺¹⁾ на основании 4, ребра 12,12, ..., 12^(n-1) и скос нижней части основной части корпуса 1 образуют n приемников для шариков 17. Первый приемник для шариков 17 образован ребром 9 на основании 4, расположенной напротив него стойкой 10 на основной части корпуса 1 с одной стороны, ребром 9 на основании 4, расположенным напротив него с ребром 12 на корпусе 1 с другой стороны, задней стенкой корпуса 1, скосом нижней части корпуса 1 и внутренней поверхностью второй части корпуса 13.

Второй приемник образован ребром 9 на основании 4, расположенным напротив него ребром 12 на корпусе 1 с одной стороны, ребром 9 на основании 4, расположенным напротив него на корпусе 1 ребром 12 с другой стороны, задней стенкой корпуса 1, скосом нижней части корпуса 1 и внутренней поверхностью второй части корпуса 13.

Приемник n по счету образован ребром 9⁽ⁿ⁾ на основании 4, расположенным напротив него ребром 12^(n-1) на корпусе с одной стороны, ребром 9⁽ⁿ⁺¹⁾ на основании 4, расположенной напротив него стойкой 10 на основной части корпуса 1, задней стенкой корпуса 1, скосом нижней части корпуса 1 и внутренней поверхностью второй части корпуса 13.

Нижние части ребер 9.9, . .., 9⁽ⁿ⁺¹⁾ на основании 4 и нижняя часть скоса корпуса 1 образуют донную часть приемников шариков. В донной части приемников шариков 17, находящейся в нижней части скоса корпуса 1, во второй части корпуса 13 образовано прозрачное окно 20.

Расстояние l₃ между задней стенкой основной части корпуса 1 и пружиной 6 в месте расположения шарика 17 в продольном канале 15, l₄ между внутренней поверхностью второй части корпуса 13 и пружиной 18 в месте расположения шарика 17 в продольном канале 15, l₅ между поверхностью скоса нижней части корпуса 1 и нижней частью основания 4 составляют более диаметра d₁ шарика 17. Расстояния l₆ между ребрами 9,9, .., 9⁽ⁿ⁺¹⁾ на основании 4 составляют более диаметра d₁ шарика 17 (фиг. 1). Расстояния l₇ между ребрами 12,12, . . ., 12^(n-1) и стойками 10,10 на основной части корпуса 1 составляют более диаметра d₁ шарика 17 (фиг. 2).

В усовершенствованном варианте выполнения датчика импульсов ускорения (фиг. 4) в верхней части основания 4 выполнена прорезь 21, проходящая по поперечным каналам 16,16, ..., 16⁽ⁿ⁾ перпендикулярно их осям. В прорезь 21 помещен штырь 22. Таким образом выполнено n карманов для шариков 17,17, .. . , 17⁽ⁿ⁾, каждый из которых образован расположенной в прорези 21 верхней частью поперечного канала 16 и штырем 22. В карманах располагаются шарики 17,17, ..., 17⁽ⁿ⁾ при транспортировке датчика.

Датчик импульсов ускорения работает следующим образом.

Для приведения в рабочее состояние шарики 17,71, ..., 17⁽ⁿ⁾ помещаются в продольные каналы 15,15, . . ., 15⁽ⁿ⁾ сверху через поперечные каналы 16,16, . . . , 16⁽ⁿ⁾. В рабочем положении датчик установлен так, что оси поперечных каналов 16 расположены по направлению вектора ускорения силы тяжести. При отсутствии импульса ускорения шарики 17 находятся в продольных каналах 15, опираются на плоские пружины 6 и 18 с двух сторон продольных каналов 15, поэтому их положение зафиксировано, и шарики 17 остаются неподвижными.

При наличии импульса ускорения на шарики 17 действует инерционная сила, которая передается на плоские пружины, контактирующие с шариками. Если инерционная сила превышает позиционную силу плоской пружины, на которую опирается шарик, то плоская пружина деформируется с величиной прогиба в месте соприкосновения с шариком, большей диаметра d₁ шарика, шарик выходит из продольного канала и попадает в приемник шариков.

Если, например, инерционная сила шарика 17, находящегося в продольном канале 15, направлена так, что действует на плоскую пружину 6, и величина инерционной силы шарика 17 больше позиционной силы пружины 6, то плоская пружина 6 изгибается так, что ее прогиб в месте расположения шарика 17 в продольном канале 15 становится больше диаметра d₁ шарика. Тогда шарик 17 выходит из продольного канала 15, между стойкой 10 и ребром 12 на основной части корпуса 1 попадает в нижнюю часть корпуса 1, скатывается по скосу в нижней части корпуса 1 между нижними частями стойки 10 и ребра 12 на корпусе 1, нижними частями ребер 9,9 на основании 4 к окну 20 во второй части корпуса 13. Таким образом, шарик 17 проходит через приемник шариков и попадает в его нижнюю часть к окну 20.

Если инерционная сила направлена так, что шарик 17 воздействует на плоскую пружину 18, то при превышении инерционной силой шарика 17 позиционной силы плоской пружины 18 шарик скатывается к окну 20 между ребер 9,9 на основании 4. Таким образом, независимо от направления импульса ускорения шарик 17 оказывается у окна 20. Наблюдаемое наличие шарика 17 у окна 20 означает, что по измерительной оси датчика импульсов ускорения был импульс ускорения. Величина импульса ускорения определяется массой шарика 17 и жесткостью плоской пружины совместно с упором. При одинаковых массах шариков 17, одинаковых жесткостях плоских пружин 6 и 18 величина импульса ускорения зависит от величины l₂ упоров 7 и 19.

Обозначая под окном 20 против каждого продольного канала 15 значение импульса ускорения, на которое реагирует данный продольный канал, по наличию наблюдающихся в окне 20 шариков можно определить, импульсы ускорения какой величины зарегистрированы датчиком.

Для предотвращения попадания шариков в приемники во время транспортировки шарики 17,17, ..., 17⁽ⁿ⁾ помещаются в карманы, образованные в верхней части поперечных каналов 16 штырем 22 и прорезью 21.

При эксплуатации датчик импульсов ускорения устанавливается на объекте измерений так, что оси поперечных каналов 16 вертикальны, измерительная ось датчика установлена по направлению измеряемого импульса ускорения, а окно 20 обращено в сторону, удобную для зрительного восприятия.

После этого штырь 22 вынимается, шарики 17,17, ...., 17⁽ⁿ⁾ попадают в продольные каналы 15,15, ..., 15⁽ⁿ⁾ и датчик импульсов ускорения находится в готовности для эксплуатации.

Формула изобретения

1. ДАТЧИК ИМПУЛЬСОВ УСКОРЕНИЯ, содержащий корпус, установленное в корпусе основание с n (n = 1, 2, 3 ...) продольными каналами в нижней части, оси которых совпадают с измерительной осью датчика, в которых расположены инерционные элементы в виде шариков, опирающихся на плоские пружины, отличающийся тем, что в основании выполнено n пересекающихся с продольными каналами поперечных каналов, оси которых перпендикулярны к осям продольных каналов и расположены в образованных измерительной осью и осью соответствующего продольного канала плоскостях, шарики размещены в областях пересечения соответствующих продольных и поперечных каналов, основание имеет трапециевидное сечение в образованных измерительной осью и соответствующими осями продольных каналов плоскостях с большим расстоянием между боковыми сторонами в верхней части основания и с расстоянием, составляющим около диаметра шарика, в местах расположения шариков, плоские пружины расположены вдоль каждой из скошенных боковых сторон основания для каждой комбинации продольного и поперечного каналов и опираются на шарики с двух сторон продольных каналов, на пружины наложены упоры на расстоянии от закрепленных концов пружин на основании, определяемом величинами импульса ускорения и его регулировки, в датчике выполнено n приемников для шариков, каждый из которых образован параллельными образованными осями продольных и поперечных каналов плоскостям ребрами в нижней части и на одной стороне основания, ребрами на корпусе с другой стороны основания и скосом нижней части корпуса от нижних концов ребер на корпусе до нижних концов ребер на основании, в корпусе в данной части приемников шариков образовано прозрачное окно.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в верхней части поперечных каналов выполнены карманы для шариков, образованные штырем, расположенным в прорези, проходящей по поперечным каналам перпендикулярно к плоскости измерительной оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4