RU2760150C1

RU2760150C1 - Inertia sensor

Info

Publication number: RU2760150C1
Application number: RU2021108994A
Authority: RU
Inventors: Ренат Халильевич Нураев; Андрей Александрович Денисик; Павел Вячеславович Хохлов; Алексей Валерьевич Иванов
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2021-11-22

Abstract

FIELD: instrumentation.SUBSTANCE: invention relates to the field of instrumentation, namely to inertial threshold sensors, and is intended to control the achievement of acceleration acting on an object in a collision with another object or to control the achievement of the required accelerations (inertial forces) acting on a moving object. The inertial sensor consists of a housing containing a set of springs or a helical spring, a rod, which is an inertial body, tightened with an adjusting screw, a throttle, which is a sensitive element of the electronic part of the sensor circuit, a set of printed circuit boards of the electronic part of the sensor circuit, a bottom cover, a group of contacts, through which power is supplied and the characteristics of the switch operation are taken.EFFECT: expanding functionality by providing the ability to change the package of springs or coil springs and increase reliability.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к инерционным датчикам порогового действия, и предназначено для контроля за достижением ускорения, действующим на объект при столкновении с другим объектом иди для контроля достижения требуемых ускорений (инерционных сил), действующих на движущийся объект.The invention relates to the field of instrumentation, namely to inertial threshold sensors, and is intended to control the achievement of acceleration acting on an object in a collision with another object, or to control the achievement of the required accelerations (inertial forces) acting on a moving object.

Известны инерционные датчики порогового действия (см. патент США №4789762, МПК: Н01Н 35/14, опубл. 1988 г., авторское свидетельство №922906, МПК H01H 35/14,опубл. в БИ №15 в 1982 г.), у которых чувствительный элемент представляет собой инерционное тело, установленное на винтовой пружине в корпусе датчика. При этом на инерционном теле датчика размещается подвижный электрический контакт, а на корпусе датчика - неподвижный электрический контакт. Винтовая пружина является упругим элементом, обеспечивающим начальное усилие поджатая инерционного тела к корпусу датчика. Величина отношения начального усилия поджатия к массе инерционного тела определяет величину порога по ускорению срабатывания датчика.Known inertial threshold sensors (see US patent No. 4789762, IPC: Н01Н 35/14, publ. 1988, copyright certificate No. 922906, IPC H01H 35/14, published in BI No. 15 in 1982), at which the sensing element is an inertial body mounted on a helical spring in the sensor housing. In this case, a movable electrical contact is placed on the inertial body of the sensor, and a fixed electrical contact is located on the sensor body. The helical spring is an elastic element that provides the initial force of the pressed inertial body to the sensor body. The value of the ratio of the initial pressing force to the mass of the inertial body determines the value of the threshold for the acceleration of the sensor response.

При действии на датчик ускорения возникает сила инерции, которая стремится переместить инерционное тело в том случае, когда ее величина превышает начальное усилие поджатия пружины. При перемещении инерционного тела на величину межконтактного зазора происходит замыкание электрического контакта. Замыкание электрического контакта используется в качестве сигнала о достижении ускорением порогового значения.Under the action on the acceleration sensor, an inertial force arises, which tends to move the inertial body in the event that its value exceeds the initial spring preload force. When the inertial body moves by the value of the contact gap, the electrical contact closes. The closing of the electrical contact is used as a signal that the acceleration has reached a threshold value.

Недостатком аналога (патент США №4789762) является ненадежная гальваническая связь между токовыводом и подвижным электрическим контактом вследствие того, что токопровод к подвижному электрическому контакту, являющемуся одновременно инерционным телом, осуществляется через корпус и (или) винтовую пружину. Кроме того, в связи с тем, что корпус датчика является токопроводом, то при необходимости электрической изоляции корпуса датчика от места его установки изоляционный материал будет искажать входной сигнал (импульс ударного ускорения), передаваемый чувствительному элементу датчика.The disadvantage of the analogue (US patent No. 4789762) is an unreliable galvanic connection between the current lead and the movable electrical contact due to the fact that the current lead to the movable electrical contact, which is at the same time an inertial body, is carried out through the housing and (or) the coil spring. In addition, due to the fact that the sensor body is a current conductor, if it is necessary to electrically isolate the sensor body from its installation site, the insulating material will distort the input signal (shock acceleration pulse) transmitted to the sensitive element of the sensor.

Недостатки известных аналогов заключаются в следующем. Размещение токовыводов на противоположных горцах корпуса датчика приводит к тому, что при установке датчика необходимо предусматривать в поверхности, на которую он устанавливается, места для размещения токовыводов, что усложняет как крепление датчика, размещение электрических проводов, идущих от датчика. Наличие неподвижного электрического контакта в зоне размещения опорной поверхности рабочей пружины усложняет или делает невозможным установку регулировочного устройства, изменяющего степень сжатия пружины и позволяющего более точно настраивать датчик на необходимый порог по ускорению срабатывания.The disadvantages of the known analogs are as follows. Placing the current leads on the opposite hilltops of the sensor body leads to the fact that when installing the sensor, it is necessary to provide in the surface on which it is installed, places for placing the current leads, which complicates both the fastening of the sensor and the placement of electrical wires coming from the sensor. The presence of a stationary electrical contact in the area of the supporting surface of the working spring complicates or makes it impossible to install an adjusting device that changes the degree of compression of the spring and makes it possible to more accurately adjust the sensor to the required threshold for accelerating the response.

Известен инерционный датчик (патент RU №2522895 приоритет от 04.10.2012 «Инерционный датчик» авторов Липатов О.Ф., Ковалдов А.П., Пунин В.Н, Лобачев MB. Котик А.В., МПК Н01Н 35/14, опубл. 20.07.2014). Датчик состоит из корпуса, инерционного тела, поджатого рабочей пружиной к упору в корпусе. Пружина опирается на регулировочный винт. На противоположной стороне упора расположен неподвижный электрический контакт в виде кольца, который электрически изолирован от корпуса датчика Неподвижный электрический контакт соединен с одним из двух токовыводов, расположенных со стороны одной торцевой поверхности корпуса датчика. Подвижный электрический контакт закреплен на хвостовой части инерционного тела. Подвижный контакт связан с другим токовыводом гибким токопроводом в виде конической винтовой пружины. Электрические контакты могут иметь разнообразную форму поперечного сечения, но их форма и диаметры должны быть подобраны таким образом, чтобы при любом перемещения инерционного тела, включая поворот относительно оси датчика, происходило их контактирование, то есть замыкание электрического контакта. Для точной регулировки межконтактного зазора подвижный контакт имеет с хвостовой частью инерционного тела резьбовое соединение. После выставления необходимого межконтактного зазора контакт закрепляется неподвижно на хвостовой части инерционного тела, например, с помощью сварки Данный инерционный датчик выбран в качестве наиболее близкого аналога.Known inertial sensor (patent RU No. 2522895 priority from 04.10.2012 "Inertial sensor" by the authors of Lipatov OF, Kovaldov A.P., Punin V.N., Lobachev MB. Kotik A.V., IPC N01N 35/14, published on July 20, 2014). The sensor consists of a body, an inertial body, pressed by a working spring against a stop in the body. The spring is supported by an adjusting screw. On the opposite side of the stop there is a stationary electrical contact in the form of a ring, which is electrically isolated from the sensor body. The fixed electrical contact is connected to one of two current leads located on the side of one end surface of the sensor body. A movable electrical contact is attached to the tail of the inertial body. The movable contact is connected to the other current lead by a flexible conductor in the form of a conical helical spring. Electrical contacts can have various cross-sectional shapes, but their shape and diameters must be selected in such a way that any movement of the inertial body, including rotation about the sensor axis, would result in their contacting, that is, closing the electrical contact. For precise adjustment of the contact gap, the movable contact has a threaded connection with the tail part of the inertial body. After setting the required contact gap, the contact is fixed motionlessly on the tail of the inertial body, for example, by welding. This inertial sensor is chosen as the closest analogue.

Недостатками известного инерционного датчика являются: конструкция датчика для одноразового применения, при поломке или дефекте рабочей пружины корпус нельзя восстановить; за счет того, что рабочую пружину можно регулировать только в узком диапазоне настроек, датчик не предназначен для широкого диапазона нагрузок; для срабатывания датчика необходим надежный непосредственный гальванический контакт подвижного и неподвижного электрических контактов (для этого необходимо использовать специальные покрытия).The disadvantages of the known inertial sensor are: the design of the sensor for one-time use, if the working spring is broken or defective, the housing cannot be restored; due to the fact that the working spring can be adjusted only in a narrow range of settings, the sensor is not intended for a wide range of loads; to trigger the sensor, a reliable direct galvanic contact of movable and fixed electrical contacts is required (for this, special coatings must be used).

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание инерционного датчика предназначено для контроля, за достижением ускорения, действующим на объект при столкновении с другим объектом или для контроля достижения требуемых ускорений (инерционных сил), действующих на движущийся объект.The technical problem to be solved by the claimed invention is the creation of an inertial sensor designed to control the achievement of acceleration acting on an object in a collision with another object or to control the achievement of the required accelerations (inertial forces) acting on a moving object.

Технические результаты, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в расширении функциональных возможностей и повышении надежности.The technical results to be achieved by the claimed invention are to expand the functionality and increase the reliability.

Данные технические результаты достигаются тем, что в инерционном датчике, содержащем корпус, в котором расположено с упором инерционное тело, поджатое к одной стороне упора, и чувствительный элемент, и блок регистрации момента достижения порогового значения, расположенный на другой стороне упора и соединенный с токовыводами, новым является то, что инерционное тело выполнено в виде штока, а чувствительный элемент - в виде дросселя, который закреплен и подключен к блоку регистрации момента достижения порогового значения, упругий элемент выполнен в виде пакета пружин или винтовой пружины, при этом немагнитный зазор дросселя расположен через зазор от свободного конца штока, а блок регистрации момента достижения порогового значения выполнен в виде электронной схемы.These technical results are achieved by the fact that in an inertial sensor containing a housing in which an inertial body pressed against one side of the stop and a sensitive element and a block for registering the moment of reaching the threshold value located on the other side of the stop and connected to the current leads is located, what is new is that the inertial body is made in the form of a rod, and the sensitive element is in the form of a throttle, which is fixed and connected to the unit for recording the moment when the threshold value is reached, the elastic element is made in the form of a package of springs or a helical spring, while the non-magnetic gap of the throttle is located through clearance from the free end of the rod, and the block for registering the moment when the threshold value is reached is made in the form of an electronic circuit.

Расширение функциональных возможностей достигается за счет увеличения диапазона ускорений (инерционных сил) при которых может применяться инерционный датчик это достигается путем схемы сборки пружин в пакеты, можно, не увеличивая номенклатуры пружин, менять характеристику срабатывания инерционного датчика. В предлагаемой конструкции датчика могут применяться как тарельчатые, так и винтовые пружины.Expansion of functionality is achieved by increasing the range of accelerations (inertial forces) at which an inertial sensor can be used. This is achieved by means of a scheme for assembling springs into packages; it is possible, without increasing the nomenclature of springs, to change the response characteristic of the inertial sensor. In the proposed sensor design, both Belleville and helical springs can be used.

Повышение надежности срабатывания инерционного датчика достигается за счет введения в состав электронной части датчика (выполнение блока регистрации момента достижения порогового значения в виде электронной схемы), который осуществляет контроль за перемещением штока под воздействием инерционных сил неконтактным способом, при этом исключается необходимость применения хорошего гальванического контакта, как реализовано в наиболее близком аналоге.An increase in the reliability of the inertial sensor operation is achieved by introducing into the electronic part of the sensor (performing a block for registering the moment the threshold value is reached in the form of an electronic circuit), which monitors the movement of the rod under the influence of inertial forces in a non-contact way, while eliminating the need to use a good galvanic contact, as implemented in the closest analogue.

На фигуре представлен вариант реализации инерционного датчика.The figure shows an embodiment of an inertial sensor.

Инерционный датчика содержит регулировочный винт 1 и корпус 2.The inertial sensor contains an adjusting screw 1 and a housing 2.

В корпусе 2 расположен с упором шток 3 (с помощью регулировочного винта 1). Шток 3 поджат к одной стороне упора посредством комплекта пружин 4. Шток 3 выполнен металлическим и установлен с возможностью осевого перемещения. Комплект пружин 4 расположен в соответствующем пазу корпуса 2. Блок 6 регистрации срабатывания датчика (момента достижения порогового значения) расположена на другой стороне упора и соединен с токовыводами 7. Токовыводы 7 закреплены в крышке корпуса 2.In the body 2, the stem 3 is located with a stop (using the adjusting screw 1). The rod 3 is pressed against one side of the stop by means of a set of springs 4. The rod 3 is made of metal and is installed with the possibility of axial movement. The set of springs 4 is located in the corresponding groove in the housing 2. The block 6 for registering the sensor triggering (the moment the threshold value is reached) is located on the other side of the stop and connected to the current leads 7. The current leads 7 are fixed in the housing cover 2.

Дроссель 5 соединен с блоком 6 регистрации при этом чувствительная часть дросселя (немагнитный зазор) расположен через зазор от свободного конца штока 3.The throttle 5 is connected to the registration unit 6, while the sensitive part of the throttle (non-magnetic gap) is located through the gap from the free end of the rod 3.

Блок 6 регистрации момента достижения порогового значения выполнен в виде электронной схемы. Электронная схема выполнена в виде комплекта печатных плат и предназначена для обработки сигнала с дросселя 5. Дроссель 5 включат немагнитный зазор.The block 6 for registering the moment when the threshold value is reached is made in the form of an electronic circuit. The electronic circuit is made in the form of a set of printed circuit boards and is designed to process the signal from the choke 5. The choke 5 will include a non-magnetic gap.

Токовыводы 7 предназначены для подачи напряжения питания и для снятия характеристик срабатывания инерционного датчика.Current leads 7 are designed to supply the supply voltage and to measure the response of the inertial sensor.

Инерционный датчик работает следующим образом.The inertial sensor works as follows.

Инерционный датчик является электронно-механическим преобразователем. Принцип работы основан на изменении магнитных свойств сердечника дросселя 5 при помещении металла в его немагнитный зазор.The inertial sensor is an electronic-mechanical transducer. The principle of operation is based on a change in the magnetic properties of the choke 5 core when the metal is placed in its non-magnetic gap.

Предварительно через токовыводы 7 подается напряжение питания на блок 6 регистрации момента достижения порогового значения. При действии на инерционный датчик ускорения возникает действующая на чувствительный элемент механической части датчика на шток 3 (сила инерции). В случае превышения силой инерции начального значения восстанавливающей силы, которую генерирует комплект пружин 4, инерционное тело (шток 3) перемещается и происходит перекрытие немагнитного зазора дросселя 5. Перекрытие штоком 3 немагнитного зазора будет свидетельствовать о достижении действующим на датчик ускорения порогового значения.Preliminarily, through the current leads 7, the supply voltage is supplied to the unit 6 for registering the moment when the threshold value is reached. When an inertial acceleration sensor is acted upon, an action on the sensitive element of the mechanical part of the sensor arises on the rod 3 (inertial force). If the inertia force exceeds the initial value of the restoring force generated by the set of springs 4, the inertial body (rod 3) moves and the non-magnetic gap of the throttle 5 is overlapped. The overlap of the non-magnetic gap by the rod 3 will indicate that the threshold value acting on the acceleration sensor has been reached.

Claims

An inertial sensor containing a housing in which an inertial body pressed against one side of the stop by an elastic element is located, and a sensitive element, and a block for registering the moment when the threshold value is reached, located on the other side of the stop and connected to the current leads, characterized in that the inertial body is made in the form of a rod, and the sensitive element is in the form of a throttle, which is fixed and connected to the unit for recording the moment of reaching the threshold value, the elastic element is made in the form of a package of springs or a helical spring, while the non-magnetic gap of the throttle is located through the gap from the free end of the rod, and the unit for registering the moment when the threshold value is reached is made in the form of an electronic circuit.