Акселерометр

Акселерометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к компенсационным низкочастотным линейным акселерометрам и предназначено для использования на различных объектах с инерциальной навигацией. Цель изобретения - снижение энергопотребления акселерометра . При наличии измеряемого ускорения инерционная масса 1 смещается между двух диаметрально противоположных электромагнитов 2. Величины токов в рабочих обмотках 3 электромагнитного подвеса, содержащего резонансные контуры с конденсаторами 4, и дополнительные обмотки 5, размещенные на магнитопроводах электромагнитов , а также выпрямительный мост 6, управляемые дроссели 7 будут меняться в зависимости от сигнала с чувствительных элементов 11 датчика индукции 10. При этом блок суммирования 12 и блок вычитания 13, входы которых подключены к выходам датчиков индукции 10, и блок индикации 17. подключенный к выходу блока вычитания, показывают величину измеряемого ускорения . 1 з.п. ф-лы, 3 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s G 01 Р 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4753186/10 (22) 30.10.89 (46) 23.09.91. Бюл, hL 35 (71) Рыбинский авиационный технологический институт (72) А. Т. Кизимов, Г, В, Брусницын, Н. Н, Беляков и А. Н. Лебедев (53) 531.768(088.8) .(56) Автсрское свидетельство СССР

М 1068620, кл. G 01 Р 15/13, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Й 824062, кл. G 01 P 15/13, 1979. (54) АКСЕЛЕ РОМ ЕТР (57) Изобретение относится к компенсационным низкочастотным линейным акселерометрам и предназначено для использования на различных обьектах с инерциальной навигацией. Цель изобрете,, Ы„„1679396 А1 ния — снижение энергопотребления акселерометра. При наличйи измеряемого ускорения инерционная масса 1 смещается между двух диаметрально противоположных электромагнитов 2. Величины токов в рабочих обмотках 3 электромагнитного подвеса, содержащего резонансные контуры с конденсаторами 4, и дополнительные обмотки 5, размещенные на магнитопроводах электромагнитов, а также выпрямительный мост 6, управляемые дроссели 7 будут меняться в зависимости от сигнала с чувствительных элементов 11 датчика индукции 10. При этом блок суммирования 12 и блок вычитания 13, входы которых подключены к выходам датчиков индукции 10, и блок индикации 17, подключенный к выходу блока вычитания, показывают величину измеряемого ускорения, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1679396

Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к компенсационным линейным низкочастотным акселерометрам, и может быть использовано для измерения ускорений обьектов раз личного класса и назначения, Цель изобретения — снижение энергопотребления акселерометра.

На фиг. 1 представлена функциональная схема акселерометра; на фиг. 2.— характеристики электромагнитного резонансного подвеса акселерометра; на фиг, 3— векторные диаграммы нагрузочных цепей . усилительно-преобразовательного блока для среднего положения инерционной массы.

На фиг. 1 — 3 введены следующие обозначения: д!,и д — зазоры между инерционной массой и электромагнитами; I» — ток в цепи последовательно соединенных контуров; !д — ток в дополнительном дросселе; !— ток в выходной цепи усилительно-преобразовательного блока; U — напряжение на выходе усилительно-преобразовательного блока; Е> и Е2 — средние значения электродвижущих:ил индукции; Up — напряжение, вырабатываемое источником опорного сигнала; .д3ма»с д 2ма»с д о — максимальные и средний зазоры между инерционной массой и соответствующими электромагнитами; Х вЂ” модуль реактивного сопротивления;

i — действующее значение тока, Х» — модуль реактивного сопротивления последовательно соединенных контуров; Хд), Хд — модули реактивных сопротивлений дополнительного дросСеля и управляемого дополнительного дросселя соответственно; !» — действующее значение тока в цепи последовательно соединенных контуров; !д, !д действующие значения токов в дополнительном дросселе и управляемом дополнительном дросселе соответственно; I>, — действующие значения токов в выходной цепи усилительно-преобразовательного блока в устройстве с дополнительным дросселем и управляемым дополнительным дросселем соответственно; Ic, Icy — векторы токов в конденсаторах электромагнитного резонансного подвеса; !у, !д — векторы токов в рабочих обмотках электромагнитов, UM, U» — векторы напряжений на выпрямительном мосте и последовательно соединенных контурах; U — вектор напряжения на выходе усилительно-преобразовательного блока; I» — вектор тока в цепи последовательно соединенных контуров; !д!, I — векторы токов в цепи дополнительного дросселя соответственно; !!, 4 — векторы токов в нагрузке усилительно-преобразова5

45 тельного блока с дополнительным дросселем и с управляемым дополнительным дросселем соответственно.

Акселерометр содержит инерционную массу 1, расположенную между двумя диаметрально противоположными электромагнитами 2, электромагнитный подвес, содержащий последовательно. соединенные резонансные контуры, образованные рабочими обмотками 3 диаметрально противоположных электромагнитов и конденсаторами 4, дополнительные обмотки 5, размещенные на магнитопроводах электромагнитов, выпрямительный мост 6, управляемые дроссели 7, подключенные к дополнительным обмоткам 5 электромагнитов, обмотки 8 управления управляемых дросселей подключены к выходам постоянного тока выпрямительного моста 6 и зашунтированы дополнительным конденсатором 9, два датчика 10 индукции, чувствительные элементы 11 которых размещены в зазорах между инерционной массой и соответствующим электромагнитом, блок 12 суммирования и блок 13 вычитания, входы которых подключены к выходам датчиков 10 индукции, схему 14 сравнения, один из входов которой подключен к выходу блока суммирования, источник 15 опорного сигнала, подключенный к второму входу схемы 14 сравнения, усилительно-преобразовательный блок 16, вход которого подключен к выходу схемы сравнения, блок 17 .индикации, подключенный к выходу блока 13 вычитания, дополнительный управляемый дроссель 18, подключенный к выходу усилительно-преобразовательного блока 16 параллельно с включенными последовательно выпрямительным мостом 6 и резонансными контурами, Обмотка 19 управления дополнительного управляемого дросселя подключена к выходам постоянного тока выпрямительного моста 6.

Акселерометр работает следующим образом.

При отсутствии ускорения инерционная масса 1 расположена на равных расстояниях от двух диаметрально противоположных электромагнитов 2, Напряжение U» распределяется между резонансными контурами поровну. Величины токов !у и !д в рабочих обмотках 3 определяются величиной падения напряжения на каждом резонансном контуре, которое в то же время зависит от зазора между инерционной массой и соответствующим электромагнитом и от вносимого в резонансный контур дополнительной обмоткой 5 сопротивления емкостного характера, зависящего от соотношения междуинцуктивным сопротивлением управляемого

1679396

40

50

55 дросселя 7 и индуктивным сопротивлением дополнительной обмотки 5.

Величина индуктивного сопротивления управляемого дросселя 7 определяется током управления, протекающим по обмотке

8 управления, который является в то же время током цепи последовательно соединенных резонансных контуров, преобразованным в постоянный выпрямительным мостом 6 и конденсатором 9. При равных зазорах между инерционной массой 1 и электромагнитами 2 токи! у1 и 1д также равны. В этом случае электромагниты формируют равные потоки и индукции в зазорах.

Датчики 10 индукции с чувствительными элементами 11 вырабатывают средние значения электродвижущих сил индукции Е1 и

Ez, которые также равны, Сумма электродвижущих сил индукции вырабатывается блоком 12 суммирования и схемой 14 сравнения сравнивается с напряжением Uo, вырабатываемым источником

15 опорного сигнала. Рассогласование со схемы сравнения преобразуется в переменное напряжение, усиливается усилительнопреобразовательным блоком 16 и в виде напряжения питания U подается на электромагнитный подвес, который вырабатывает индукции в зазорах между инерционной массой 1 и электромагнитами 2, измеряемые чувствительными элементами 11 датчиков 10 индукции. При большом коэффициенте усиления усилительно-преобразовательного блока 16 сумма электродвижущих сил индукций, вычисляемая блоком 12 суммирования постоянна и в пределах заданной точности равна напряжению, вырабатываемому источником 15 опорного сигнала. Разность средних значений электродвижущих сил индукций Е> è Ez, вырабатываемая блоком 13 вычитания, равна нулю, следовательно блок 17 индукции фиксирует нулевое ускорение.

Полная мощность двух электромагнитов определяется произведением 14 le<. Последовательное включение резонансных контуров, образованных рабочими обмотками 3 и конденсаторами 4, снижает потребляемую электромагнитами энергию в единицу времени до 141», где l»< lp>, причем характер нагрузки для усилительно-преобразовательного блока 16 становится емкостным (фиг. 3).

Дополнительный дроссель 18, подключенный к выходу усилительно-преобразовательного блока, является индуктивным сопротивлением. Ток 1д1 в дополнительном дросселе имеет фазовый сдвиг, близкий к

180О, относительно тока, протекающего по цепи последовательно соединенных конту5

30 ров. Суммарный ток I1, протекающий в выходной цепи усилительно-и реобразовательного блока 16, меньше тока !», поэтому полная мощность усилительно-преобразовательного блока, равная Ul>, меньше мощности электромагнитного резонансного подвеса, равной 0»!».

Подключение обмотки 19 управления дополнительного управляемогодросселя 18 к выходам постоянного тока выпрямительного моста улучшает согласованность реактивных сопротивлений цепи последовательно соединенных резонансных контуров и дополнительного управляемого дросселя

18, что снижает величину тока Ь на выходе усилительно-преобразовательного блока 16 и снижает расходуемую акселерометром энергию, При наличии ускорения инерционная масса 1 смещается. Электромагнитный подвес вырабатывает центрирующую силу, которая компенсирует инерционную силу, а управляемые дроссели за счет вносимых сопротивлений в резонансные контуры перестраивают силовую характеристику электромагнитного резонансного подвеса в динамике таким образом, что в закон регулирования зазора вводится производная от изменения зазора и обеспечивается динамическая устойчивость подвеса, а в статике стабилизируются силовая характеристика подвесэ при изменении внешних условий, что делает электромагнитный резонансный подвес адаптивным.

Ускорение, действующее на а»селерометр в соответствии с законом Ньютона, формулой Максвелла и законом электромагнитной индукции, выражается через средние значения электродвижущих сил индукции Е1 и Ez, вырабатываемые датчиками индукции:

a — 2 — К(Е1 — E3), /ао rn w й) K$ S где,и, — магнитная постоянная;

m — величина инерционной массы;

w — число витков обмотки чувствительного элемента; в — круговая частота напряжения питания электромагнитного подвеса;

Кф — коэффициент формы индукции в зазорах электромагнитного подвеса;

S — площадь сечения полюсного наконечника электромагнита.

Разность квадратов электродвижущих сил индукций в приведенном выражении представим в виде (Е1 — E2 ) = (Е1 + Ez)(E i — E2), 1679396 а = К Uo(E1 — Еи) 10

20

45 причем сумма средних значений электродвижущих сил индукции постоянна и равна

U„, тогда указанное выражение примет вид

Разность электродвижущих сил индукций„пропорциональная измеряемому ускорению, вырабатывается блоком 13 вычитания и фиксируется блоком 17 индикации, Реактивное сопротивление последовательно соединенных контуров увеличивает. ся при смещении инерционной массы 1 от среднего положения между электромагнитами 2, поэтому подключение дополнительного дросселя 18 с постоянным реактивным сопротивлением Хд1 к выходу усилительнопреобразовательного блока 16 параллельно соединенным последовательно выпрямительному мосту с резонансными контурами снижает ток !1 в выходной цепи усилительно-преобразовательного блока до минимального значения при двух положениях инерционной массы, например при зазорах д1макс И д2 макс (фИГ. 2). B ЭТОМ СЛУЧЗЕ ТОК !1 на среднем зазоре до сохраняется достаточно большим.

Выполнение дополнительного дросселя

18 управляемым, обмотка 19 управления которого подключена к выходам постоянного тока выпрямительного моста, обеспечивает изменение тока в обмотке 19 управления в соответствии с изменением тока !», поэтому управляемый дополнительный дроссель при смещении инерционной массы изменяет свое реактивное сопротивление по закону, близкому к закону изменения реактивного сопротивления последовательно соединенных контуров, а так как укаэанные сопротивления носят индуктивный и емкостный характер соответственно, то ток

lz в выходной цепи усилительно-преобразовательного блока будет минимальный, а расход энергии определяется только потерями энергии в обмоточных проводах и материалах магнитопроводов, Формула изобретения

1. Акселерометр, содержащий инерционную массу, электромагнитный подвес, включающий два диаметрально противоположных электромагнита с рабочими обмотками, датчики индукции, чувствительные элементы которых размещены в зазорах между инерционной массой и электромагнитами, блок вычитания, схему сравнения, один из входов которой подключен к выходу блока суммирования, усилительно-преобразовательный блок, источник опорного сигнала и блок индикации, вход которого подключен к выходу блока вычитания, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения потребляемой энергии акселерометром за счет компенсации реактивной составляющей, в него введены дополнительный дроссель, а электромагнитный подвес содержит последовательно соединенные резонансные контуры, образованные рабочими обмотками диаметрально противоположных электромагнитов и конденсаторами, дополнительные обмотки, размещенные на магнитопроводах электромагнитов, выпрямительный мост, управляемые дроссели, подключенные к дополнительным обмоткам электромагнитов, обмотки управления которых подключены к выходам постоянного тока выпрямительн ого моста и зашунтированы дополнительным конденсатором, причем дополнительный дроссель подключен к выходу усилительно-преобразовательного блока параллельно с включенными последовательно выпрямительным мостом и резонансными контурами, причем вход усилительно-преобразовательного блока подключен к выходу схемы сравнения, входы блока суммирования и блока вычитания подключены к выходам датчиков индукции, источник опорного сигнала подключен к второму входу схемы сравнения.

2. Акселерометр по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что дополнительный дроссель выполнен управляемым, обмотка управления которого подключена к выходам постоянного тока выпрямительного моста.

1679396

Х / g.ÊÃ

Фиг. Z

Составитель К.Лукомский

Редактор Н.Тупица Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 3210 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101