Kraftmesseiiinchtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmesseinrichtung mit mehreren Paaren gespannter Drähte, wobei die Drähte in jedem Paar gleichachsig angeordnet sind und die Achsen der Drahtpaare je miteinander einen Winkel einschliessen, insbesondere zum gleichzeitigen Messen von Kraftkomponenten auf diesen Achsen, die miteinander Winkel einschlie ssen.
Es sind bereits Kraftmesseinrichtungen vorgeschlagen worden, bei welchen ein Faden oder ein Draht unter der Wirkung der zu messenden Kraft unter variabler Spannung gehalten ist.
Im Falle eines Beschleunigungsmessers ist die am Draht wirkende Kraft die Folge der Reaktion einer Masse gegenüber einer unbalancierten Kraft, die die Beschleunigung der Masse verursacht, wobei die Masse an einem Ende des Drahtes befestigt ist und die Spannung des Drahtes erhöht oder vermindert.
Insofern die Schwingungsfrequenz des Drahtes mit der Quadratwurzel der Spannung desselben variiert, ist es möglich, die Frequenz, mit welcher der Draht vibriert, als Funktion der Kraft auszudrücken, welche auf die Masse wirkt und die Beschleunigung derselben verursacht. Der Draht befindet sich in einem magnetischen Feld, wobei eine Wechselspannung erregt wird, deren Frequenz mit derjenigen der Eigenschwingung des Drahtes übereinstimmt. Jede noch so kleine Änderung der Spannung des Drahtes durch die unbalancierte Kraft, die die Beschleunigung verursacht, oder einer anderen Kraft am Ende des Drahtes verursacht eine messbare Änderung der Ausgangsfrequenz der Einrichtung.
Solche, mit einem einzigen Draht ausgerüstete Messeinrichtungen haben gewisse Nachteile, unter anderem den Umstand, dass die Änderungen der Ausgangsfrequenz in der Hauptsache nicht linear in bezug auf die Änderungen der wirkenden Kraft sind und dass das Ausgangssignal bis zu einem gewissen Grade durch Kräfte beeinflusst wird, welche mit der Achse des Drahtes und daher mit der zu messenden Kraft einen rechten Winkel bilden. Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde vorgeschlagen, anstelle eines einzigen Drahtes dessen zwei zu benützen, die sich längs einer gemeinsamen Achse erstrecken und miteinander durch ein Element, beispielsweise durch die Masse verbunden sind, an welcher die zu messende Kraft wirksam ist.
Unter der Wirkung des beschleunigten Elementes in der einen oder in der anderen Richtung entlang der gemeinsamen Achse der Drähte wird die Spannung des einen Drahtes erhöht und diejenige des anderen vermindert. Das hat die Erhöhung der Schwingungsfrequenz des einen und die Verminderung der Schwingungsfrequenz des anderen Drahtes zur Folge. Die Drähte können durch irgendwelche geeigneten Mittel in Schwingung gehalten werden, beispielsweise durch Durchführung eines Wechselstromes durch jeden der Drähte, und die Differenz der Schwingungen der beiden Drähte kann durch irgendwelche geeignete Mittel gemessen werden, beispielsweise durch Mischen der durch die beiden Drähte hervorgerufenen elektrischen Wechselsignale, um dabei eine Differenzfrequenz zu erregen.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt eines insbesondere als Be schleunigungsmesser verwendbaren Kraftmessers, Fig 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 und
Fig. 3 das Blockschema der notwendigen elektrischen Einrichtung.
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Gemäss den Fig. 1 und 2 besitzt der dargestellte Beschleunigungsmesser ein Gehäuse 10 mit einem darin eingeschlossenen Hohlraum 11. Das Gehäuse 10 weist Öffnungen 12, 13, 14, 15, 16 und 17 auf, welche den Hohlraum 11 mit der Aussenwelt ausserhalb des Gehäuses 10 verbinden. Die Öffnungen 13, 14, 15, 16 und 17 besitzen einen Durchmesser, der geringfügig kleiner ist, als derjenige des Hohlraumes 11, während der Durchmesser der Öffnung 12 demwenigen des Hohlraumes 11 entspricht, so dass die Öffnung 12 tatsächlich eine Fortsetzung des Hohlraumes 11 bildet.
In dem Hohlraum 11 ist eine kugelförmige Masse lose angeordnet. Es sind acht Anschläge 19 vorhanden, die sich durch die Wandungen des Gehäuses erstrecken, und zwar in die unmittelbare Nähe der Masse 18, ohne diese zu berühren, zum Zwecke, die Bewegung der Masse 18 in dem Hohlraum 11 zu begrenzen. Diese Anschläge sind einfache Schrauben, die in die Wandungen des Gehäuses eingeschraubt sind, wobei unter dem Kopf einer jeden Schraube ein entsprechend ausgebildeter Sicherungsring eingesetzt ist, welcher eine Verdrehung der Schraube verhindert, nachdem diese einmal eingestellt worden ist. Die Anschlagschrauben 19 erstrecken sich längs zueinander senkrechten Achsen.
An den Seiten des Gehäuses 10 sind im ganzen sechs Schwingdrahthalterungen 21, 22, 23, 24, 25 und 26 angeordnet. Die Halterungen 21 und 23 sind gleichachsig an der X-Achse angeordnet; die Halterungen 22 und 24 sind gleichachsig an der Y-Achse angeordnet, die mit der X-Achse einen rechten Winkel bildet; und die Halterungen 25 und 26 sind gleichachsig an der Achse angeordnet die sowohl mit der X-Achse, wie auch mit der Y-Achse einen rechten Winkel bildet.
Jede der Halterungen 21, 22, 23, 24, 25 und 26 besitzt eine zylindrische Hülse 27. Die Hülsen 27 der Halterungen 22, 23, 24, 25 und 26 sind in Versenkungen 28 angeordnet, welche die entsprechenden Öffnungen 13, 14, 15, 16 und 17 umgeben.
Die Hülse 27 der Halterung 21 ist mit einem Flanschring 29 versehen, der in eine die Öffnung 12 des Ge häuses 10 umgebende Versenkung 30 eingreift, wobei die Halterung 21 mit Hilfe von Schrauben 31 befestigt ist, die sich durch den Flanschring 29 erstrekken und in Schraubenlöcher des Gehäuses 10 eingreifen. Jede der Halterungen 21, 22, 23, 24, 25 und 26 besitzt eine Kappe 32, die am äusseren Ende der Hülse befestigt ist, sowie Kontaktstifte 33, 34, 35, 36, 37 und 38, die jeweils sich durch die Kappe der Halterungen 21, 22, 23, 24, 25 und 26 erstrekken und von derselben isoliert sind.
In die Masse 18 sind sechs Kontaktstifte 39, 40, 41, 42, 43 und 44 eingeschraubt. Dünne Schwingdrähte 45, 46, 47, 48, 49 und 50 sind zwischen den Kontaktstiften 33 und 39, 34 und 40, 35 und 41, 36 und 42, 37 und 43 bzw. 38 und 44 gespannt.
Dabei erstrecken sich die Kontaktstifte 33 und 39 mit dem zwischen ihnen gespannten Schwingdraht 45 längs der X-Achse; die Kontaktstifte 34 und 40 mit dem Schwingdraht 46 sowie die Kontaktstifte 42 und 36 mit dem Schwingdraht 48 längs der Y-Achse; und die Kontaktstifte 37 und 43 mit dem Schwingdraht 49, sowie die Kontaktstifte 44 und 38 mit dem Schwingdraht 50 längs der Achse, wobei - wie erwähnt - jede dieser Achsen mit den beiden anderen Achsen einen rechten Winkel einschliesst.
In jeder der Halterungen 21, 22. 23, 24, 25 und 26 ist, und zwar innerhalb der Hülse 27, ein im Querschnitt E-förmiger Magnet 51 angeordnet, welcher einen Nordpol 52 und einen Südpol 53 aufweist, wobei die Pole jeweils an entgegengesetzten Seiten der entsprechenden Drähte 45, 46, 47, 48, 49 und 50 angeordnet sind und sich zu denselben parallel erstrecken. Die Magnete 51 der Halterungen 21 und 23 sind in bezug aufeinander um 900 verdreht; dasselbe trifft auf die Magnete 51 der Halterungen 22 und 24, sowie auf die Magnete der Halterungen 25 und 26 ebenfalls zu.
Die Halterungen 21 bis 26 stimmen miteinander überein, mit der Ausnahme, dass die Halterung 21 mit einem Flansch 29 versehen ist. Dank diesem Flansch 29 ist es möglich, die Halterung 21 am Gehäuse 10 mit Hilfe von Schrauben 31 zu befestigen, die um die Öffnung 12 mit dem grösseren Durchmesser des Gehäuses 10 verteilt sind, wobei diese grössere Öffnung 12 vorgängig der Verankerung der Schwingdrähte an der Masse 18 das Einführen derselben in das Gehäuse gestattet, da ja der Durchmesser dieser Öffnung gleich gross wie derjenige des Hohlraumes 11 ist. Nach der Montage bilden das Gehäuse sowie die Halterungen 21 bis 26 eine Art Rahmen, welcher die Drähte 45 bis 50 zwischen den Stiften 33 und 39, 34 und 40, 35 und 41, 36 und 42, 37 und 43, sowie 38 und 44 gespannt hält.
An den Drähten 45 bis 50 ist wiederum die Masse 18 im Hohlraum 11 aufgehängt, und zwar derart, dass sie weder die Wandung dieser Öffnung 11, noch die Anschläge 19 berührt, wenn die an drei Achsen angeordneten und von sechs Richtungen angreifenden Drähte bereits montiert sind.
Unter der Wirkung einer unbalancierten Kraft, die die Beschleunigung des Gehäuses 10 verursacht, bewegt sich die Masse 18 innerhalb des und relativ zu dem Gehäuse 10, wobei die Spannung der Drähte 45 bis 50, je nach der Richtung der angreifenden Kraft, erhöht bzw. vermindert wird. Ein geeignetes Material für diese Drähte 45 bis 50 ist kaltgezogener Wolfram. Ein Draht aus diesem Material ist frei von lokalen Spannungen und wird unter Spannung nicht gestreckt, selbst wenn die Zugspannung bis zur Elastizitätsgrenze gesteigert wird. Ausserdem ist ein solcher Draht sehr dünn und kann beispielsweise einen Durchmesser von weniger als 0,02 mm aufweisen.
Jeder der Drähte 45 bis 50 wird durch eine entsprechende Frequenz, vorteilhaft durch seine Grund frequenz, mit Hilfe eines Rückkopplungsverstärkers 54 in Schwingung gehalten. Fig. 3 zeigt einen Rückkopplungsverstärker 54 für jeden der Drähte 45 und 47, und der Verstärker 54 im rechten Teil dieser Zeichnung ist für den Draht 47 bestimmt. Dieser Verstärker 54 ist mit einer elektrischen Brükkenschaltung 55 verbunden, bei welcher Widerstände 56 und 57 bei 58 miteinander bzw. durch eine Leitung 59 mit dem Verstärker 54 verbunden sind.
Die Widerstände 56 und 57 bilden zwei der vier Arme der Brückenschaltung 55, wobei die beiden anderen Arme durch den Schwingdraht 47 und durch einen statischen Draht 60 gebildet sind, welch letzterer sich vorteilhaft durch die gleiche Halterung wie der Schwingdraht erstreckt, so dass der statische Draht und der Schwingdraht die gleiche Temperatur aufweisen. Der Schwingdraht 47 ist mit der Masse 18 elektrisch verbunden, die ihrerseits wiederum durch eine biegsame Leitung 61 mit dem Gehäuse 67 verbunden ist. Der Schwingdraht 47 und der Widerstand 56 sind bei 62 miteinander verbunden; der Widerstand 57 und der statische Draht 60 besitzen einen gemeinsamen Knotenpunkt 63; das Gehäuse 10 ist bei dem Punkt 64 geerdet, bei welchem der Schwingdraht 47 und der statische Draht 60 miteinander verbunden sind.
Die beiden Knotenpunkte 62 und 63, sowie die Rückkopplungsleitung 59 sind mit dem Verstärker 54 verbunden, welcher seinerseits bei 65 geerdet ist. Der Verstärker besitzt zwei Ausgangsleitungen 66 und 67.
Ein Verstärker 54 und eine Brückenschaltung 55 der gleichen Konstruktion und mit den gleichen Verbindungen, wie im Zusammenhang mit dem Draht 47 beschrieben, werden für den Schwingdraht 45 ebenfalls verwendet, wobei dieser Verstärker 54 und die zugehörende Brückenschaltung 55 für den Draht 45 in dem linksseitigen Teil der Fig. 3 ersichtlich ist.
Die beiden den Drähten 47 bzw. 45 zugeordneten Verstärker 54 sind durch ihre Ausgangsleitungen 66 und 67 mit einem Mischer 68 verbunden, welcher von geeigneter Bauart ist und ein oder mehrere nichtlineare Elemente enthält, um eine Summe und Differenz der Ausgangsfrequenzen zu erzeugen.
Der Mischer ist durch Ausgangsleitungen 69 und 70 mit einem Tiefpassfilter 71 verbunden. Der Tiefpassfilter kann von jeder bekannten, geeigneten Bauart sein. Dieser Tiefpassfilter besitzt Ausgangsleitungen 72 und 73, mit denen ein Frequenzmeter 74 von geeigneter Bauart verbunden ist.
Ein Mischer 68, ein Tiefpassfilter 71 und ein Frequenzmeter 74 sowie zwei weitere Verstärker 54 und zwei Brückenschaltungen 55 sind für die beiden anderen, an der Y- bzw. Achse angeordneten Schwingdrähte vorgesehen, nämlich für die Schwingdrähte 46 und 48 an der Y-Achse und die Schwingdrähte 49 und 50 an der Achse. Was die elektrische Schaltung anbelangt, so sind im Falle der Y-Achse die Schwingdrähte 45 und 47 gemäss der Fig. 3 einfach durch die Schwingdrähte 46 und 48 ersetzt; und im Falle der Achse sind die genannten Drähte 45 und 47 gemäss der Fig. 3 durch die Schwingdrähte 49 und 50 ersetzt.
Im Betrieb, namentlich wenn die Einrichtung einer Beschleunigung ausgesetzt wird, erwirken die zufolge der Trägheit der Masse 18 entstehenden Kräfte eine bestimmte, der Beschleunigung entsprechende Bewegung derselben.
Es sei angenommen, dass die Beschleunigung gemäss der Fig. 1 entlang der X-Achse nach rechts wirkt, wobei die Masse 18 entsprechend der Trägheit bestrebt ist, sich in Richtung auf die Halterung 21 zu verschieben, und dabei die Spannung des Drahtes 45 erhöht und diejenige des Drahtes 47 verringert. Diese Bewegung der Masse 18 wirkt sich natürlich zugleich in bezug auf die anderen vier Schwingdrähte 46, 48, 49 und 50 aus, wobei jedoch die Spannung dieser Drähte gleichmässig erhöht wird.
Umgekehrt, wenn die Masse 18 bestrebt ist, zufolge ihrer Trägheit in der anderen Richtung auszuschwingen, so erhöht sich die Spannung des Drahtes 45, während diejenige des Drahtes 47 vermindert wird.
Die Erhöhung bzw. Verminderung der Spannung der Drähte 45 und 47 hat zur Folge, dass die natürlichen Schwingfrequenzen, namentlich die Grundfrequenzen dieser Drähte entsprechend erhöht bzw. vermindert werden. Jeder der Drähte 45 und 47 befindet sich in einem magnetischen Feld zwischen den Polen 52 und 53 des Magnetes 51 der betreffenden Halterung 21 oder 23, und die Drähte schwingen in zu ihrer Achse senkrechter Richtung mit einer natürlichen Frequenz in einer annähernd sinusförmigen Bewegung, wobei sie eine Wechselspannung mit der gleichen Frequenz erregen. Wenn nun die Spannung der Drähte 45 und 47 durch die Masse 18 verändert wird, wird gleichzeitig, also durch die Beschleunigung, die Schwingfrequenz und daher die Frequenz der erregten Wechselspannung entsprechend verändert.
Eine verlängerte Schwingung der Drähte 45 und 47 des dargestellten Systems kann erhalten werden, wenn diese Drähte 45 und 47 als Impedanzen eines selbstoszillierenden elektrischen Kreises dienen, welcher im Falle eines jeden der Drähte 45 und 47 die entsprechende Brückenschaltung 55 und den Verstärker 54 umfasst, um die Schwingung dieses Kreises zu erregen.
Es ist zu bemerken, dass die Masse 18, die mit den Drähten 45 und 47 verbunden ist, diese beiden Drähte voneinander trennt und einen Nullpunkt in der transversen Schwingung der Drähte 45 und 47 schafft, so dass die Schwingungsfrequenzen der Drähte an beiden Seiten der Masse 18 von der mechanischen Spannung des Drahtes 45 bzw. 47 und schliesslich von der entlang der Achse wirkenden Trägheit kraft abhängen.
Jede Brückenschaltung 55 bildet einen Filter, welcher in dem Rückkopplungskreis des entsprechenden Verstärkers 54 des Drahtes 45 bzw. 47 liegt, zum Zwecke, den Verstärker als Oszillator wirken zu lassen. Jede Brückenschaltung 55, deren einer Arm der Schwingdraht 45 oder 47 ist, bildet eine abgeglichene Brücke unter statischen Bedingungen, sofern die Drähte 45 und 47 nicht schwingen. Die oberen Widerstände 56 und 57 sind von gleichem Wert, und der statische Draht 60 weist den gleichen Widerstand wie der Schwingdraht 45 oder 47 auf, wobei vorzugsweise der Draht 60 genau dem Draht 45 bzw. 47 entspricht, ausser, dass er nicht in einem magnetischen Feld angeordnet ist.
Jede Brückenschaltung 55 ist abgeglichen, wenn der Draht 45 oder 47 sich im Ruhezustand befindet, indem zwischen den Knotenpunkten 62 und 63, die mit dem entsprechenden Verstärker 54 verbunden sind, keine Wechselspannung existiert, wenn die Schwingdrähte 45 bzw. 47 nicht schwingen. Wenn aber einer dieser Drähte 45 und 47 in dem magnetischen Feld zwischen den Polen 52 und 53 schwingt, entsteht in bekannter Weise eine elektromotorische Kraft und damit eine effektive dynamische Impedanz, die grösser ist als die statische Impedanz und die den Abgleich der Brückenschaltung 55 zerstört und dabei zwischen den Knotenpunkten 62 und 63 eine Wech selspannung entsprechend der Frequenz erregt.
Der Verstärker 54 für den Draht 45 ergibt ein Ausgangssignal zwischen seinen Ausgangsleitungen 66 und 67, das die Frequenz der Schwingung des Drahtes 45 hat, und ein Teil des Ausgangssignals des Verstärkers 54 wird zwischen die Rückkopplungsleitung 59 und die Erdung 65 angelegt, um eine Wechselspannung dieser Frequenz an die Brückenschaltung 55 zwischen den Knotenpunkten 58 und 63 anzulegen und dadurch den Draht 45 in Schwingung zu erhalten.
Auf die gleiche Weise ergibt der andere Verstärker 54 für den Draht 47 ein Ausgangssignal zwei schen seinen Ausgangsleitungen 66 und 67, das die Frequenz der Schwingung des Drahtes 47 hat, und ein Teil des Ausgangssignals dieses anderen Verstärkers 54 wird zwischen seine Leitung 59 und der Erdung 65 angelegt, um eine Wechselspannung dieser Frequenz an die zugeordnete Brückenschaltung 55 zwischen den Knotenpunkten 58 und 63 anzulegen und dadurch den Draht 47 in Schwingung zu erhalten.
Die Drähte 45 und 47 besitzen bei jedem Spannungsgrad eine bestimmte Schwingfrequenz, die nach entsprechender Einstellung erhalten bleibt bzw. wiederholt erregbar ist, wenn die gleiche Einstellung vorgenommen wird, wobei der Verstärker 54 die Schwingung dieser Drähte entsprechend ihrer Grundfrequenz erregt, die von der mechanischen Spannung der Drähte abhängig ist, und gleichzeitig an den Ausgangsleitungen 66 und 67 ein elektrisches Signal der gleichen Frequenz abgibt.
Die Signale der beiden Verstärker 54, die jeweils durch die Schwingung des Drahtes 45 bzw. 47 erregt werden, gelangen durch die Leitungen 66 bzw.
67 zu dem Mischer 68, wie dies in der Fig. 3 ersichtlich ist. Die Ausgangsleitungen des Mischers 68 führen Spannungen der Summen- bzw. Differenzfrequenzen J1 - J2, ft+2 oder 2f1 +- !2, entsprechend der Überiagerung der von den Verstärkern 54 eingehenden Frequenzen in dem Mischer 68. Diese Frequenzen gelangen über die Leitungen 69 und 70 an den Tiefpassfilter 71, so dass die Ausgangsleitungen 72 und 73 des Tiefpassfilters Spannungen der Schwe bungsfrequenz J, - J2 führen.
Der Frequenzmesser 74, der mit den Ausgangsleitungen 72 und 73 verbunden ist, misst diese Schwebungsfrequenz !i - 1-.,
Die Differenzfrequenz zwischen den beiden Drähten 45 und 47, wenn sie in jeder Hinsicht, also auch nach ihrer Länge identisch sind, kann etwa wie folgt ausgedrückt werden:
EMI4.1
<SEP> /Ifds <SEP> IT,ds
<tb> \I <SEP> s <SEP> s
<tb> (für <SEP> den <SEP> einen <SEP> (für <SEP> den <SEP> andern
<tb> Draht) <SEP> Draht)
<tb> wobei fo die Frequenz eines jeden Drahtes ist, wenn die Beschleunigung 0 ist, + aS s die Änderung der mechanischen Drahtspannung s, welche Änderung als an den beiden Drähten gleich und in verschiedener Richtung wirkend angenommen wird, bedeutet und dabei proportional der an der Masse wirkenden Kraft ist, und schliesslich fo der Anfangszugspannung der Schwingdrähte entspricht, wenn die Beschleunigung und die an der Masse wirkende Kraft 0 ist.
Es versteht sich nun, wenn zufolge der Erhöhung der mechanischen Spannung die Frequenz eines der Drähte 45 oder 47 erhöht und diejenige des anderen Drahtes entsprechend der Verminderung der Spannung vermindert wird, dann beträgt die Änderung der Differenzfrequenz der beiden Drähte grundsätzlich das Zweifache der Frequenzänderung eines einzelnen Drahtes. Es versteht sich ferner, dass diese Differenzfrequenz Null ist, wenn die äussere Kraft bei Fehlen einer Beschleunigung längs der Drähte 45 und 47 Null ist, vorausgesetzt, dass die Drähte 45 und 47 identisch und von gleicher Länge sind.
Da f0 und die Grösse s für jeden Draht 45 oder 47 bekannt sind, kann A s, das heisst die Änderung der Drahtspannung, aus der Nährungsformel für die Differenzfrequenz - f2 erhalten werden; und da A s proportional zu der an der Masse 18 wirkenden Kraft ist, lässt sich die Grösse dieser Kraft ermitteln. Wie vorhergehend erwähnt, ist eine elektrische Einrichtung gemäss der Fig. 3 für jedes Drahtpaar, bestehend aus den Schwingdrähten 46 und 48 bzw. 49 und 50, vorgesehen. In einem solchen System würde man sich in Fig. 3 den Draht 46 anstelle des Drahtes 45 und den Draht 48 anstelle des Drahtes 47 eingesetzt zu denken haben.
In dem anderen System ersetzt der Draht 49 den Draht 45 und der Draht 50 den Draht 47. Wenn die Masse 18 in der Richtung der Y-Achse anstatt in derjenigen der X-Achse beschleunigt wird, kann die Beschleunigung mit dem Frequenzmeter 74 des elektrischen Systems der Drähte 46 und 48 gemessen werden; und wenn die Beschleunigung in der Rich- tung der Z-Achse wirkt, kann der Frequenzmeter 74 im Zusammenhang mit dem elektrischen System der Drähte 49 und 50 zum Messen der Beschleunigung in Richtung der Z-Achse benützt werden.
In den meisten Fällen jedoch wirkt die Beschleunigung nicht genau in der Richtung einer der Achsen, X, Y oder Z, vielmehr in einer Richtung, die mit allen diesen Achsen einen Winkel bildet. In diesem Falle können die in Richtung der X-, Y- und Z-Achse wirkenden Beschleunigungskomponenten mit Hilfe der Frequenzmeter 74 bestimmt werden; und auf Grund dieser Komponenten kann die Richtung und die Grösse der Beschleunigungskraft ermittelt werden.
Die elektrischen Systeme der Drahtpaare der X-, Yund Z-Achse arbeiten voneinander unabhängig, so dass jeweils die tatsächliche, an einer der Achsen wirkende Beschleunigungskomponente am Frequenzmeter 74 ablesbar ist; der Frequenzmeter zeigt dabei, wie erwähnt, direkt die Differenz der Frequenzen der Schwingungen der Schwingdrähte an allen der drei Achsen.
Beim Anzeigen der tatsächlichen Beschleunigungskraft bzw. deren Komponenten ist die Einrichtung besonders präzis, wenn die Beschleunigung nicht genau in der Richtung einer der Achsen X, Y oder Z wirksam ist, und zwar entsprechend dem Umstand, dass eine Kraft, die an der Masse 18 unter rechtem Winkel zu irgendeiner der Achsen X, Y oder Z wirkt, die auf diese Achse bezogene Grösse A f = = f2 unbeeinflusst lässt.
Bei genauerer Überprüfung der Beziehung zwischen den Grössen fi - 12 fo A s und s sieht man, dass, wenn eine Kraft unter einem rechten Winkel in bezug auf eine der Längsachsen wirksam ist, die mechanischen Spannungsänderungen ds der zwei Drähte an dieser Achse nahezu gleich für beide Drähte und beide Male positiv sind, dabei bleibt die Differenzfrequenz der beiden Drähte an der betreffenden Achse entsprechend der Trägheitskraft der Masse 18 unter der Wirkung der in bezug auf diese Achse unter einem rechten Winkel gerichteten Kraft unverändert.
Somit kann die wahre Grösse der Beschleunigungskraft von einem der Frequenzmeter 74 genau abgelesen werden, vorausgesetzt, dass die Kraft direkt entlang einer der Achsen X, Y und Z wirksam ist; anderseits kann die Grösse und die Richtung der Beschleunigungskraft mit Hilfe aller drei Beschleunigungsmesser 74 genau bestimmt werden, wenn die Beschleunigungskraft mit den drei Achsen einen Winkel bildet.
Die Einrichtung kann beispielsweise in einem Flugkörper verwendet werden, wobei die Schwerkraft eine veränderliche Wirkung auf die Masse 18 aus übt und dabei die Spannung der einzelnen Drähte entsprechend verändert, wenn die Einrichtung im Flug in bezug auf die absolute Vertikale verschiedene Lagen einnimmt. Um diesem Umstand zu begegnen, wird die Einrichtung an einer Plattform ! montiert, die mit Hilfe einer geeigneten Servovorrichtung mit Bezug auf die absolute Vertikale in einer gleichbleibenden Lage gehalten wird, namentlich in einer solchen, in welcher eine der drei Achsen mit der absoluten Vertikalen zusammenfällt.
In diesem Falle wird die auf die Masse 18 wirkende Schwerkraft die Spannung der Drähte nicht verändern und die Grösse Ii - 12 für irgendeine der drei Achsen vom tatsächlichen Wert während des Fluges nicht zum Abweichen bringen.
Es könnte auch sein, dass die Schwingdrähte 45, 46, 47, 48, 49 und 50 mit Bezug auf ihre Länge, ihr spezifisches Gewicht, Querschnittsfläche, Elastizitätsmodul oder auf die Kombination solcher Merkmale unterschiedlich gewählt werden, um zum Beispiel einen Unterschied in den Frequenzen der einzelnen Drahtpaare zu erhalten, wenn die wirkende Kraft und die Trägheitskraft Null sind, um dabei die Richtung und die Grösse der zu messenden Beschleunigungskraft mit Hilfe der Anderung der Frequenzdifferenz feststellen zu können.
Es wäre ferner in weiterer Ausbildung der Erfindung möglich, die Drähte 45, 46, 47, 48, 49 und 50 nicht mit kreisförmigen, sondern mit unterschiedlichen Querschnittsprofilen auszuführen, beispielsweise bandartig, oder vieleckig, und ausserdem könnte man Schwingdrähte aus einem nichtleitenden Material mit einer leitenden Ummantelung an Stelle der Metalldrähte verwenden.
Wenn die Beschleunigung nur in einer Ebene, beispielsweise in der X-, Y-Ebene, senkrecht zur Z-Achse wirksam ist, ist das elektrische System für die Schwingdrähte 49 und 50 überflüssig, da diese Drähte 49 und 50 dann lediglich die Aufgabe der Halterung der Masse 18 in dem Hohlraum 11 und in der X-, Y-Ebene erfüllen. In diesem Falle handelt es sich im wesentlichen um eine zweiachsige Messeinrichtung zum Messen der Beschleunigungskraft in der X-, Y-Ebene. Im Falle einer solchen zweiachsigen Beschleunigungsmesseinrichtung erhält man zwei verschiedene Frequenzsignale fl-2 von zwei Frequenzmetern 74, von welchen einer auf die Komponente der Trägheitskraft in Richtung der X-Achse und der andere auf die Komponente dieser Kraft in der Richtung der Y-Achse anspricht.
Es wäre ferner möglich, bei einer dreiachsigen Einrichtung gemäss den Fig. 1 und 2 oder bei einer zweiachsigen Einrichtung, bei welcher eines der elektrischen Systeme gemäss der Fig. 3 weggelassen wird, andere der Ausübung einer Kraft dienende Mittel anstelle der Masse 18 zu verwenden. Die dreiachsige Messeinrichtung mit den elektrischen Systemen nach der Fig. 3 würde die Grösse und die Richtung der Kraft in den drei Achsen und die zweiachsige Ein richtung würde die Grösse einer Kraft und deren Richtung in einer Ebene messen.
Bei der beschriebenen, verbesserten Einrichtung werden vorteilhaft anstelle nur eines Drahtpaares mehrere Paare von Schwingdrähten unter Spannung als Fühlerelemente verwendet, bei welchen eine äussere Kraft die Spannung einiger der Drähte erhöht und diejenige von anderen vermindert und dabei wechselnde elektrische Signalfrequenzen erregt, die direkt die Grösse der Komponenten der wirkenden Kraft angeben.
Mit Hinblick auf den Umstand, dass anstelle von einzelnen Drähten mehrere Drahtpaare verwendet werden, wird eine grössere Genauigkeit erreicht, umsomehr, da die Signalfrequenzen jedes Schwingdrahtpaares von Kräften, die zu der Achse dieser Drähte unter einem rechten Winkel wirksam sind, nicht beeinflusst werden.
Force measuring device
The invention relates to a force measuring device with several pairs of tensioned wires, the wires in each pair being coaxially arranged and the axes of the wire pairs each enclosing an angle with one another, in particular for the simultaneous measurement of force components on these axes which form an angle with one another.
Force measuring devices have already been proposed in which a thread or a wire is held under variable tension under the effect of the force to be measured.
In the case of an accelerometer, the force on the wire is the result of a mass reacting to an unbalanced force causing the mass to accelerate, the mass being attached to one end of the wire and increasing or decreasing the tension of the wire.
In so far as the vibration frequency of the wire varies with the square root of the tension of the same, it is possible to express the frequency with which the wire vibrates as a function of the force which acts on the mass and causes the same to accelerate. The wire is located in a magnetic field, whereby an alternating voltage is excited, the frequency of which corresponds to that of the natural oscillation of the wire. Any change in the tension of the wire, no matter how small, due to the unbalanced force causing the acceleration or any other force at the end of the wire, will cause a measurable change in the output frequency of the device.
Such measuring devices equipped with a single wire have certain disadvantages, including the fact that the changes in the output frequency are mainly non-linear with respect to the changes in the acting force and that the output signal is influenced to a certain extent by forces, which form a right angle with the axis of the wire and therefore with the force to be measured. To avoid these disadvantages, it has been proposed to use two instead of a single wire, which extend along a common axis and are connected to one another by an element, for example by the mass, on which the force to be measured is effective.
Under the action of the accelerated element in one direction or the other along the common axis of the wires, the tension of one wire is increased and that of the other is decreased. This increases the frequency of oscillation of one wire and decreases the frequency of oscillation of the other wire. The wires can be kept vibrating by any suitable means, for example by passing an alternating current through each of the wires, and the difference in the vibrations of the two wires can be measured by any suitable means, for example by mixing the alternating electrical signals produced by the two wires, in order to excite a differential frequency.
An embodiment of the subject matter of the invention is shown schematically in the accompanying drawing. It shows:
Fig. 1 is a section of a force meter that can be used in particular as a loading accelerometer, Fig. 2 is a section along the line II-II in FIG
3 shows the block diagram of the necessary electrical equipment.
In the various figures, the same parts are denoted by the same reference symbols.
According to FIGS. 1 and 2, the accelerometer shown has a housing 10 with a cavity 11 enclosed therein. The housing 10 has openings 12, 13, 14, 15, 16 and 17 which connect the cavity 11 to the outside world outside the housing 10 connect. The openings 13, 14, 15, 16 and 17 have a diameter which is slightly smaller than that of the cavity 11, while the diameter of the opening 12 corresponds to the little of the cavity 11, so that the opening 12 actually forms a continuation of the cavity 11 .
A spherical mass is loosely arranged in the cavity 11. There are eight stops 19, which extend through the walls of the housing, specifically in the immediate vicinity of the mass 18 without touching it, for the purpose of limiting the movement of the mass 18 in the cavity 11. These stops are simple screws that are screwed into the walls of the housing, with a correspondingly designed locking ring being inserted under the head of each screw, which prevents the screw from rotating once it has been set. The stop screws 19 extend along axes that are perpendicular to one another.
On the sides of the housing 10, a total of six vibrating wire holders 21, 22, 23, 24, 25 and 26 are arranged. The brackets 21 and 23 are arranged coaxially on the X axis; the brackets 22 and 24 are coaxially arranged on the Y-axis, which forms a right angle with the X-axis; and the brackets 25 and 26 are arranged coaxially on the axis which forms a right angle with both the X-axis and the Y-axis.
Each of the brackets 21, 22, 23, 24, 25 and 26 has a cylindrical sleeve 27. The sleeves 27 of the brackets 22, 23, 24, 25 and 26 are arranged in recesses 28, which the corresponding openings 13, 14, 15, 16 and 17 surrounded.
The sleeve 27 of the bracket 21 is provided with a flange 29 which engages in a recess 30 surrounding the opening 12 of the Ge housing 10, the bracket 21 being fastened by means of screws 31 which extend through the flange 29 and into screw holes of the housing 10 engage. Each of the brackets 21, 22, 23, 24, 25 and 26 has a cap 32 which is attached to the outer end of the sleeve, as well as contact pins 33, 34, 35, 36, 37 and 38, which each extend through the cap of the brackets 21, 22, 23, 24, 25 and 26 extend and are isolated from the same.
Six contact pins 39, 40, 41, 42, 43 and 44 are screwed into the mass 18. Thin oscillating wires 45, 46, 47, 48, 49 and 50 are stretched between the contact pins 33 and 39, 34 and 40, 35 and 41, 36 and 42, 37 and 43 or 38 and 44.
The contact pins 33 and 39 with the oscillating wire 45 stretched between them extend along the X axis; the contact pins 34 and 40 with the oscillating wire 46 and the contact pins 42 and 36 with the oscillating wire 48 along the Y-axis; and the contact pins 37 and 43 with the oscillating wire 49, and the contact pins 44 and 38 with the oscillating wire 50 along the axis, wherein - as mentioned - each of these axes forms a right angle with the other two axes.
In each of the brackets 21, 22, 23, 24, 25 and 26, inside the sleeve 27, a cross-sectionally E-shaped magnet 51 is arranged, which has a north pole 52 and a south pole 53, the poles in each case on opposite sides Sides of the respective wires 45, 46, 47, 48, 49 and 50 are arranged and extend parallel to the same. The magnets 51 of the holders 21 and 23 are rotated by 900 with respect to one another; the same applies to the magnets 51 of the holders 22 and 24, as well as to the magnets of the holders 25 and 26, too.
The brackets 21 to 26 correspond to one another, with the exception that the bracket 21 is provided with a flange 29. Thanks to this flange 29 it is possible to fasten the holder 21 to the housing 10 with the aid of screws 31 which are distributed around the opening 12 with the larger diameter of the housing 10, this larger opening 12 prior to the anchoring of the oscillating wires to the ground 18 allows the same to be introduced into the housing, since the diameter of this opening is the same as that of the cavity 11. After assembly, the housing and the brackets 21 to 26 form a kind of frame which stretches the wires 45 to 50 between the pins 33 and 39, 34 and 40, 35 and 41, 36 and 42, 37 and 43, and 38 and 44 holds.
On the wires 45 to 50, the mass 18 is in turn suspended in the cavity 11, in such a way that it touches neither the wall of this opening 11 nor the stops 19 when the wires arranged on three axes and attacking from six directions are already mounted .
Under the action of an unbalanced force causing the acceleration of the housing 10, the mass 18 moves within and relative to the housing 10, the tension of the wires 45 to 50 increasing or decreasing depending on the direction of the applied force becomes. A suitable material for these wires 45 to 50 is cold drawn tungsten. A wire made from this material is free from local stresses and is not stretched under tension, even if the tensile stress is increased to the limit of elasticity. In addition, such a wire is very thin and can, for example, have a diameter of less than 0.02 mm.
Each of the wires 45 to 50 is kept oscillating by a corresponding frequency, advantageously by its base frequency, with the aid of a feedback amplifier 54. FIG. 3 shows a feedback amplifier 54 for each of the wires 45 and 47, and the amplifier 54 in the right part of this drawing is intended for the wire 47. This amplifier 54 is connected to an electrical bridge circuit 55, in which resistors 56 and 57 are connected to one another at 58 or to the amplifier 54 by a line 59.
The resistors 56 and 57 form two of the four arms of the bridge circuit 55, the other two arms being formed by the vibrating wire 47 and by a static wire 60, the latter advantageously extending through the same bracket as the vibrating wire, so that the static wire and the vibrating wire have the same temperature. The vibrating wire 47 is electrically connected to the ground 18, which in turn is connected to the housing 67 by a flexible line 61. The vibrating wire 47 and resistor 56 are connected together at 62; resistor 57 and static wire 60 have a common node 63; housing 10 is grounded at point 64 at which vibrating wire 47 and static wire 60 are connected together.
The two nodes 62 and 63, as well as the feedback line 59, are connected to the amplifier 54, which in turn is grounded at 65. The amplifier has two output lines 66 and 67.
An amplifier 54 and a bridge circuit 55 of the same construction and with the same connections as described in connection with the wire 47 are also used for the vibrating wire 45, this amplifier 54 and the associated bridge circuit 55 for the wire 45 in the left-hand part 3 can be seen.
The two amplifiers 54 associated with wires 47 and 45, respectively, are connected by their output lines 66 and 67 to a mixer 68 which is of suitable construction and contains one or more non-linear elements in order to produce a sum and difference of the output frequencies.
The mixer is connected to a low pass filter 71 by output lines 69 and 70. The low pass filter can be of any known, suitable type. This low pass filter has output lines 72 and 73 to which a frequency meter 74 of suitable design is connected.
A mixer 68, a low-pass filter 71 and a frequency meter 74 as well as two further amplifiers 54 and two bridge circuits 55 are provided for the other two oscillating wires arranged on the Y or axis, namely for the oscillating wires 46 and 48 on the Y axis and the oscillating wires 49 and 50 on the axle. As far as the electrical circuit is concerned, in the case of the Y-axis the oscillating wires 45 and 47 according to FIG. 3 are simply replaced by the oscillating wires 46 and 48; and in the case of the axis, said wires 45 and 47 are replaced by oscillating wires 49 and 50 according to FIG.
During operation, namely when the device is subjected to acceleration, the forces arising as a result of the inertia of the mass 18 bring about a certain movement of the same corresponding to the acceleration.
It is assumed that the acceleration according to FIG. 1 acts to the right along the X axis, with the mass 18 tending to move in the direction of the holder 21 in accordance with the inertia, and thereby increasing the tension of the wire 45 and that of the wire 47 is reduced. This movement of the mass 18 naturally has an effect at the same time with respect to the other four oscillating wires 46, 48, 49 and 50, the tension of these wires being increased evenly, however.
Conversely, if the mass 18 tries to oscillate in the other direction due to its inertia, the tension of the wire 45 increases, while that of the wire 47 is decreased.
The increase or decrease in the tension of the wires 45 and 47 has the consequence that the natural oscillation frequencies, namely the fundamental frequencies of these wires, are increased or decreased accordingly. Each of the wires 45 and 47 is in a magnetic field between the poles 52 and 53 of the magnet 51 of the respective holder 21 or 23, and the wires vibrate in a direction perpendicular to their axis at a natural frequency in an approximately sinusoidal motion, whereby they excite an alternating voltage with the same frequency. If the voltage of the wires 45 and 47 is changed by the mass 18, the oscillation frequency and therefore the frequency of the excited alternating voltage is changed accordingly at the same time, that is, by the acceleration.
A prolonged oscillation of the wires 45 and 47 of the illustrated system can be obtained if these wires 45 and 47 serve as impedances of a self-oscillating electrical circuit which, in the case of each of the wires 45 and 47, comprises the corresponding bridge circuit 55 and the amplifier 54 to to excite the vibration of this circle.
It should be noted that the mass 18, which is connected to the wires 45 and 47, separates these two wires from one another and creates a zero point in the transverse oscillation of the wires 45 and 47, so that the frequencies of oscillation of the wires are on either side of the mass 18 depend on the mechanical tension of the wire 45 or 47 and finally on the inertia force acting along the axis.
Each bridge circuit 55 forms a filter which is in the feedback circuit of the corresponding amplifier 54 of the wire 45 or 47, for the purpose of allowing the amplifier to act as an oscillator. Each bridge circuit 55, one arm of which is the vibrating wire 45 or 47, forms a balanced bridge under static conditions, provided that the wires 45 and 47 do not vibrate. The upper resistors 56 and 57 are of the same value, and the static wire 60 has the same resistance as the vibrating wire 45 or 47, whereby preferably the wire 60 corresponds exactly to the wire 45 or 47, except that it is not in a magnetic Field is arranged.
Each bridge circuit 55 is balanced when the wire 45 or 47 is in the quiescent state, in that there is no alternating voltage between the nodes 62 and 63, which are connected to the corresponding amplifier 54, when the oscillating wires 45 or 47 do not oscillate. If, however, one of these wires 45 and 47 oscillates in the magnetic field between the poles 52 and 53, an electromotive force is created in a known manner and thus an effective dynamic impedance which is greater than the static impedance and which destroys the balance of the bridge circuit 55 and while between the nodes 62 and 63 an alternating voltage is excited according to the frequency.
The amplifier 54 for the wire 45 provides an output signal between its output lines 66 and 67 which has the frequency of oscillation of the wire 45, and a portion of the output signal of the amplifier 54 is applied between the feedback line 59 and the ground 65 to generate an alternating voltage thereof Frequency to apply to the bridge circuit 55 between the nodes 58 and 63 and thereby to keep the wire 45 vibrating.
In the same way, the other amplifier 54 gives an output signal to wire 47 two between its output leads 66 and 67 which has the frequency of oscillation of wire 47, and part of the output of this other amplifier 54 is between its lead 59 and ground 65 is applied in order to apply an alternating voltage of this frequency to the associated bridge circuit 55 between the nodes 58 and 63 and thereby to keep the wire 47 vibrating.
The wires 45 and 47 have a certain oscillation frequency for each degree of tension, which is maintained after appropriate adjustment or can be repeatedly excited if the same adjustment is made, the amplifier 54 excites the oscillation of these wires according to their fundamental frequency, which is caused by the mechanical tension of the wires, and at the same time emits an electrical signal of the same frequency on the output lines 66 and 67.
The signals of the two amplifiers 54, which are each excited by the vibration of the wire 45 and 47, pass through the lines 66 and
67 to the mixer 68, as can be seen in FIG. The output lines of the mixer 68 carry voltages of the sum or difference frequencies J1-J2, ft + 2 or 2f1 + -! 2, corresponding to the superposition of the incoming frequencies from the amplifiers 54 in the mixer 68. These frequencies arrive via the lines 69 and 70 to the low-pass filter 71, so that the output lines 72 and 73 of the low-pass filter carry voltages of the beat frequency J, -J2.
The frequency meter 74, which is connected to the output lines 72 and 73, measures this beat frequency! I - 1-.,
The difference frequency between the two wires 45 and 47, if they are identical in every respect, including their length, can be expressed roughly as follows:
EMI4.1
<SEP> / Ifds <SEP> IT, ds
<tb> \ I <SEP> s <SEP> s
<tb> (for <SEP> the <SEP> one <SEP> (for <SEP> the <SEP>)
<tb> wire) <SEP> wire)
<tb> where fo is the frequency of each wire when the acceleration is 0, + aS s means the change in the mechanical wire tension s, which change is assumed to act equally and in different directions on the two wires, and is proportional to the an the force acting on the mass, and finally fo corresponds to the initial tensile stress of the oscillating wires, if the acceleration and the force acting on the mass is 0.
It goes without saying that if, as a result of the increase in mechanical tension, the frequency of one of the wires 45 or 47 is increased and that of the other wire is reduced in accordance with the reduction in tension, then the change in the differential frequency of the two wires is basically twice the frequency change of an individual one Wire. It is further understood that this difference frequency is zero when the external force in the absence of acceleration along wires 45 and 47 is zero, provided that wires 45 and 47 are identical and of the same length.
Since f0 and the size s are known for each wire 45 or 47, A s, that is to say the change in wire tension, can be obtained from the approximate formula for the difference frequency - f2; and since A s is proportional to the force acting on mass 18, the magnitude of this force can be determined. As mentioned above, an electrical device according to FIG. 3 is provided for each wire pair, consisting of the oscillating wires 46 and 48 or 49 and 50. In such a system, one would have to think of wire 46 in place of wire 45 and wire 48 in place of wire 47 in FIG.
In the other system, wire 49 replaces wire 45 and wire 50 replaces wire 47. If mass 18 is accelerated in the Y-axis rather than the X-axis direction, the acceleration can be measured with the frequency meter 74 of the electrical system wires 46 and 48 are measured; and when the acceleration is in the Z-axis direction, the frequency meter 74 can be used in conjunction with the electrical system of wires 49 and 50 to measure the Z-axis acceleration.
In most cases, however, the acceleration does not act exactly in the direction of one of the axes, X, Y or Z, but rather in a direction that forms an angle with all of these axes. In this case, the acceleration components acting in the directions of the X, Y and Z axes can be determined with the aid of the frequency meter 74; and on the basis of these components the direction and the magnitude of the acceleration force can be determined.
The electrical systems of the wire pairs in the X, Y and Z axes work independently of one another, so that the actual acceleration component acting on one of the axes can be read on the frequency meter 74; As mentioned, the frequency meter directly shows the difference in the frequencies of the vibrations of the vibrating wires on all three axes.
When displaying the actual acceleration force or its components, the device is particularly precise if the acceleration is not exactly effective in the direction of one of the axes X, Y or Z, according to the fact that a force acting on the mass 18 is below at right angles to any of the axes X, Y or Z acts, which does not affect the quantity A f = = f2 related to this axis.
On closer examination of the relationship between the quantities fi - 12 fo A s and s, one sees that if a force is acting at a right angle with respect to one of the longitudinal axes, the mechanical tension changes ds of the two wires on this axis are almost equal for Both wires and both times are positive, the difference frequency of the two wires on the axis concerned remains unchanged in accordance with the inertia force of the mass 18 under the action of the force directed at a right angle with respect to this axis.
Thus, the true magnitude of the acceleration force can be read accurately from one of the frequency meters 74, provided that the force is acting directly along one of the axes X, Y and Z; on the other hand, the magnitude and direction of the acceleration force can be precisely determined with the aid of all three accelerometers 74 if the acceleration force forms an angle with the three axes.
The device can be used, for example, in a missile, with the force of gravity exerting a variable effect on the mass 18 and thereby changing the tension of the individual wires accordingly when the device assumes different positions with respect to the absolute vertical in flight. To counter this circumstance, the facility is on a platform! mounted, which is kept in a constant position with respect to the absolute vertical with the aid of a suitable servo device, namely in one in which one of the three axes coincides with the absolute vertical.
In this case the force of gravity acting on the mass 18 will not change the tension of the wires and will not cause the quantity Ii-12 for any of the three axes to deviate from the actual value during flight.
It could also be that the oscillating wires 45, 46, 47, 48, 49 and 50 are chosen differently with regard to their length, their specific weight, cross-sectional area, elastic modulus or the combination of such features, for example a difference in the frequencies of the individual wire pairs when the acting force and the inertia force are zero, in order to be able to determine the direction and the magnitude of the acceleration force to be measured with the help of the change in the frequency difference.
It would also be possible in a further embodiment of the invention, the wires 45, 46, 47, 48, 49 and 50 do not have circular, but with different cross-sectional profiles, for example ribbon-like or polygonal, and one could also vibrate wires made of a non-conductive material with a Use conductive sheathing in place of the metal wires.
If the acceleration is effective only in one plane, for example in the X, Y plane, perpendicular to the Z axis, the electrical system for the oscillating wires 49 and 50 is superfluous, since these wires 49 and 50 then only have the task of holding of the mass 18 in the cavity 11 and in the X, Y plane. In this case it is essentially a two-axis measuring device for measuring the acceleration force in the X, Y plane. In the case of such a two-axis accelerometer, two different frequency signals fl-2 are obtained from two frequency meters 74, one of which responds to the component of the inertial force in the direction of the X-axis and the other to the component of this force in the direction of the Y-axis.
It would also be possible, in a three-axis device according to FIGS. 1 and 2 or in a two-axis device in which one of the electrical systems according to FIG. 3 is omitted, to use other means for exerting a force instead of the mass 18. The three-axis measuring device with the electrical systems according to FIG. 3 would measure the size and direction of the force in the three axes and the two-axis device would measure the size of a force and its direction in one plane.
In the described, improved device, instead of just one pair of wires, several pairs of vibrating wires under tension are used as sensing elements, in which an external force increases the tension of some of the wires and that of others decreases and thereby excites changing electrical signal frequencies that directly increase the size of the Specify the components of the acting force.
In view of the fact that several wire pairs are used instead of individual wires, greater accuracy is achieved, all the more since the signal frequencies of each vibrating wire pair are not influenced by forces acting at a right angle to the axis of these wires.