Молекулярно-электронный преобразователь колебательных ускорений

 

Использование: для измерения колебательных ускорений или в системах управления. Сущность изобретения: молекулярно-электронный преобразователь колебательных ускорений содержит корпус, преобразующий элемент, разделяющий внутренний объем корпуса на две заполненные рабочей жидкостью камеры; преобразующий элемент выполнен в виде пористой диафрагмы, с двух сторон которой установлены электроды; упругая система выполнена в виде одного сильфона, расположенного внутри корпуса, на сильфоне закреплена инерционная масса; вне корпуса установлен электромагнит, взаимодействующий с инерционной массой. 1 ил.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах контроля, управления.

Известно устройство для измерения механических колебаний, представляющее собой корпус, разделенный пористой перегородкой с токосъемными элементами на две камеры, заполненные полярной жидкостью. Устройство имеет канал, заполненный ртутью, выполняющей роль инерционной массы и закрытый упругими элементами /1/.

Наиболее близким к предлагаемому является электрокинетический преобразователь, в котором камеры образованы упругим элементом, выполненным в виде сильфона с неподвижными жесткими торцами, разделенного на две полосы жесткой перегородкой и соединенного с перегородкой корпуса одним из своих гофров /2/.

Данные устройства сложны в изготовлении и имеют недостаточную чувствительность.

Целью изобретения является упрощение конструкции и увеличение чувствительности в заданном диапазоне.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем преобразующий элемент, выполненный в виде пористой диафрагмы с электродами и упругую систему с инерционной массой, упругая система выполнена в виде образующего одну из камер преобразователя сильфона, одна из открытых сторон которого соединена с пористой диафрагмой, противоположная сторона сильфона закрыта инерционной массой, выполненной из магнитного материала, а с внешней стороны корпуса установлен электромагнит, взаимодействующий с инерционной массой, при этом величина инерционной массы и жесткость упругой системы и параметры преобразующего элемента устанавливаются в зависимости от частоты воздействия входного сигнала по соотношению: где М величина инерционной массы, R_г гидравлическое сопротивление преобразующего элемента, S эффективная площадь преобразующего элемента, К жесткость упругой системы, f_н нижняя граничная частота преобразования.

Введение указанных отличительных признаков позволяет упростить конструкцию преобразователя за счет уменьшения упругих элементов и повысить чувствительность, что достигается соответствующими значениями конструктивных параметров и уменьшением влияния помех за счет помещения упругой системы и инерционной массы внутри корпуса преобразователя.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

В корпусе 1, выполненном из инерционного немагнитного материала, имеется перемычка с отверстием 2 по периферии, в котором установлен преобразующий элемент пористая диафрагма 3 и электрод 4, развязанный от корпуса и снабженный токовыводом 5, и электрод 6, контактирующий с корпусом, имеющим токовывод 7. К перемычке корпуса по диаметру пористой диафрагмы прикреплен сильфон 8. Внутренние объемы корпуса 1 и сильфона 8 заполнены рабочей жидкостью. К нижней закрытой части сильфона прикреплена инерционная масса 9, выполненная из инертного магнитного материала. Со стороны массы 9 к корпусу преобразователя 1 прикреплено электромагнитное устройство, состоящее из сердечника 10 и катушки 11. Выводы преобразователя 5 и 7 подсоединяются к схеме ЭС1 считывания сигнала по току или напряжению и источнику питания U_пит. Катушка электромагнита подключена к электрической схеме ЭС2, обеспечивающей подачу калиброванного сигнала или обратную связь.

Преобразователь работает следующим образом.

При воздействии ускорения на корпус 1 преобразователя вдоль его продольной оси инерционная масса 9 будет перемещаться, сжимая или растягивая сильфон 8, вследствие чего рабочая жидкость 12 перетекает из объема сильфона 8 в объем корпуса 1 и в обратном направлении через пористую перегородку 3. При этом на электродах 4 и 6 образуется электрический сигнал (разность потенциалов, ток I_вых, U_вых), который через токовыводы 5 и 7 поступает на электрическую схему ЭС1 считывания сигнала, пропорционального действующему колебательному ускорению. При контроле параметров преобразователя на катушку 1 через схему ЭС2 подается калибровочный переменный электрический сигнал 1_к и в сердечнике 10 образуется магнитное поле, воздействующее на инерционную массу 9, которая перемещается с заданной амплитудой и частотой. В этом случае, как и при воздействии ускорения, на выходе преобразователя образуется электрический сигнал U_вых, I_вых, пропорциональный калиброванному сигналу I_к. Данная электромагнитная система может быть использована для организации обратной связи, применяемой с целью необходимой коррекции амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) преобразователя. Электрическое питание преобразователя осуществляется от источника постоянного тока U_пит.

Предложенное инструктивное исполнение преобразователя уменьшает влияние воздействия неизмеряемых механических воздействий, а следовательно, и увеличение точности за счет того, что упругий элемент сильфон и инерционная масса размещены внутри объема преобразователя и защищены от случайных механических воздействий.

При этом повышение чувствительности достигается соответствующим подбором параметров механической системы величины инерционной массы, жесткости сильфона, гидравлического сопротивления и рабочей площади преобразующего элемента в зависимости от частоты измеряемого сигнала.

Формула изобретения

Молекулярно-электронный преобразователь колебательных ускорений, содержащий преобразующий элемент, разделяющий внутренний объем корпуса на две заполненные рабочей жидкостью камеры и выполненный в виде пористой диафрагмы, снабженной с противоположных сторон электродами, инерционную массу и упругую систему в виде сильфона, одна из торцевых сторон которого соединена с пористой диафрагмой, отличающийся тем, что одна из камер преобразователя образована сильфоном, другая торцевая сторона которого закрыта инерционной массой, выполненной из магнитного материала, а с внешней стороны корпуса установлен электромагнит, взаимодействующий с инерционной массой, при этом величина инерционной массы, жесткость упругой системы и параметры преобразующего элемента устанавливаются в зависимости от частоты воздействия входного сигнала по соотношению где М величина инерционной массы;
К жесткость упругой системы;
f_н нижняя граничная частота;
R_г гидравлическое сопротивление преобразующего элемента;
S эффективная площадь преобразующего элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1