Датчик углового ускорения

Датчик углового ускорения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 28I038

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства № 250550

Заявлено 14Х1.1968 (№ 1248708/18-10) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 03.1Х.1970. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 13.1.1971

Кл. 42о, 17 4ПК G Olp 15 10

УДК 531.768:531.787.913;

:621.317.36(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Автор изобретения

ВСЕСОЮЗНА Л

МТЕНТНО-ИХ ;Г: ...„".":Г

БИБЛИО t EéÀ

И. А. Горенштейн

Заявитель

ДАТЧИК УГЛОВОГО УСКОРЕНИЯ

Изобретение относится к приборам ннерциальной навигации.

В известных бортовых системах для контроля параметров полета и положения объекта, используются устройства, отличающиеся один от другого по принципу действия н конструктивно, например сложные н ненаде>кные гироскопические приборы.

Целью изобретения является создание комплекта однотишн»х устройств точных, простых и надежных для всех компонентов ориентации.

Для этого в известный Ilo основному авт. св. ¹ 250550 датчик углового ускорения введены две несмешивающиеся н невзапмодействующие жидкости, благодаря чему датчик отмечает также и линейное ускорение.

С помощью шести предложенш.ti датчиков, чувствительных к двум компонентам ускорения н располо>кенных попарно Ilo трем Взаимно перпендикулярным осям, можно измерять все компоненты ориентации.

Выходной величиной предло>кенного датчика, так же, как и известного, является частота переменного электрического напряжения, равная К1ы„ +К2т„, где К и Ка — различные постоянные коэффициенты, ы — составляющая вектора линейного ускорения в направлении оси Х, т>, — составляющая вектора углоvoro ускоренйя относительно оси У.

Предложенные н известные датчики, будучи однотипными, могут работать в общей системе.

Предложенный датчик для измерения угловых и линейных ускорений отличается тем, что каждый виток спирального канала заполнен двумя невзаимодействующими и несмешивающимися жидкостями с различными массовымп плотностями таким образом, что поверх10 ности раздела жидкостей в каждом витке канала касаются граней двугранного угла, ребро которого совпадает с осью спирального канал<.

1 1-1а фнг. 1 показано конструктивное выполнение предложенного датчика; на фиг. 2— с. ема заполнения жидкостями герметичной

Iiамеры, образованнон clltlpa lal»»al кана ION n резонаторами; на фнг. 3 — вибрационный дат2р чнк давления в разрезе; на фнг. 4 и 5 — детали внбрацнонного датчика давления; на фиг. 6 — принципиальная электрическая схема датчика.

Чувствительный элемент (см, фиг. 1) датчика представляет собой длинную капиллярную трубку 1, навитую на жесткое основание

2 в виде катушки и залитую затвердевающим компаундом 3. Чувствительный элемент имеет форму кольца прямоугольного. сечения и изо30 лирован от внешних тепловых воздействиЙ

281038 многослойной поперечной обмоткой 4 из тонкой ленты, одна сторона которой металлизирована и имеет зеркальную отражающую Iloверхность. Для изготовления ленты выбирают материал с малой теплопроводностью (например, полнэтилентерефталатная пленка). Шаг теплоизолирующей обмотки несколько (на

20 — 40 /в) больше, чем ширина лепты.

Вместе со слоем теплоизоляции чувствительный элемент помещен в герметичный свари эй кожух б, из которого откачан воздух. Концы капиллярной трубки 1 с помощью соедипгпельных каналов б сообщены с внутренними полостями цилиндрических резонаторов — вибрационных датчиков давления 7 (ВДД).

Таким образом, капиллярная трубка с внутренними полостями резонаторов образует замкнутый спиральный канал, схематично изображенный на фиг. 2. Этот капал заполняется двумя несмешивающимися и нсвзаимодействующпми жидостями с различными массовыми плотностями (например, ртутью и спиртом) таким образом, что.,участки витков, леэкащпе внутри двугранного угла а, образованного двумя полуплоскостями, которые проходят через ось У спирального канала, заполняются одной жидкостью, а участки витков, лежащие вне этого угла, — другой жидкостью.

Внутри заполняющих канал жидкостей создается некоторое постоянное начальное давлеННе, обусловленное упругой деформацией ограничивающих канал поверхностей.

Вибрационный датчик давления (см. фиг. 3) содержит корпус 8 с намотанным на нем лентОчным магнитопроводом 9, В котором проф1эезерованы окна для установки постоянных магнитов 10 и рассверлены отверстия для тонкостенного цилиндрического резонатора 11.

Внутрь корпуса 8 вставлены катушки 12 системы самовозбуждения, намотанные на общий каркас 18. (Корпус 8 вибрационного датчика давления с магнитопроводом 9 изображен па фиг. 4, а каркас 18 катушек системы самовозоуждения — на фиг. 5).

Принципиальная электрическая схема датчика (см. фиг. 6) включает в себя электрическую схему 14 собственно датчика ускорений и электрические схемы 18 самовозбуждения первого и второго вибрацпонных датчиков давления (ВДД-1 и ВДД-2). Обе схемы самовозбуждения 15 идентичны и представляют собой мостовую схему, одна из диагоналей которой подключается к входу, а другая — к выходу широкополосного усилителя 1б.

Два плеча этой мостовой схемы образованы одинаковыми омическпми сопротивлениями 17 и 18, а другие два плеча — комплексными сопротивлениями катушек возбэу>кдения 12 датчика ВДД-1 и обмоток 19 балансной ппдуктивности, которая выполнена аналогично ВДД и отличается от него лишь тем, что резонатор ее заполнен твердым диэлектриком.

Сигналы широкополосных усилителей 1б систем самовозбуждения преобразуются .затем с помощью двух преобразователей частоты 20 и 21.

Преобразователь частоты 20 имеет.два входа и два выхода. На один из этих выходов

5 поступает сигнал, частота которого равна разности ча тот входных сигналов. Этот сигнал является выходным сигналом всей системы.

На другой выход преобразователя 20 посгупает сигнал, часгота которого равна сумме ча$p стот входных сигналов. Этот сигнал направляется затем на один из входов преобразователя частоты 21, имеющего два входа и один выход. На другой вход этого преобразователя от генератора 22 приходит сигнал строго стабильной опорной частоты. На выходе преобразователя частоты 21 появляется сигнал постоянного тока, сила которого линейно зависит от разности частот его входных сипилов. Сигнал подается на тепловыделяющий элемент 28, в качестве которого используется каппллярная трубка чувствительного элемента (трубка изготовляется из электропроводного материала или металлизируется по поверхности). г5 Прибор работает следующим образом.

Под действием составляющей и, вектора. кажущегося (линейного) ускорения в направлении оси Х (см. фиг. 2) и составляющей m вектора углового ускорения в направлении осй

У в экидкостях, заполняющих спиральный канал чувствительного элемента, происходит перераспределение давлений, в результате которого между давлениями PI и Р2 жидкости в ч5 замыкающих спиральный канал цилиндрических резонаторах появляется разность давлений ЛР, определяемая по формуле

ЛР=С(аеэ„+б m ), (1)

4О где а, b — постоянные, определяемые конструктивными параметрами датчиков.

Давления Р, и Р2 в первом и втором резонаторах принимают значения

ЬР

Р,=Рв+

Р2 "0 °

ЛР г (2)

Эти давления измеряются вибрационнымп датчиками давления ВДД-1 и ВДД-2, частоты выходных сипгалов которых равны собственным частотам изгибных колебаний резонаторов и определяются формулами

j,=- я + йл Р, 55 р=р и (3) где /в — собственная частота изгибных колебаний резонаторов при отсутствии перепада давлений между ними (т. е. Нри условии ЬР=О

60 илп Р, =Р =Р,; и — коэффициент пропорциональности.

В формулах (г) берутся одновременно или только

65 верхние или только нижние знаки, 281038

Изгибпые колебания резонаторов вибрационных датчиков давления поддерживаются системами самовозбуждения.

Из формул (3) следует, что если сумму частот поддерживать постоянной, так чтобы выполнялось условие

fr+fr=2fo, то разность этих частот будет прямо пропорциональна разности давлений ЬР

Лf = (аи,+ bm ) (5) о

Для технических расчетов с погрешностью, не превышающей 4-1%, при числе витков спирали n) 100 можно принять:

c = 2nR; а = (;, —;,) sirr ; b =

Д

= — ("„(2 — ) + р), 2

R — средний радиус витка спирали накала, сл; у и уг — массовая плотность более легкой и более тяжелой жидкости, г/с.Ф, а — двуграпный угол, ограничивающий участки спирального канала, заполненные более легкой жидкостью, рад. где

Сигнал, частота 4f которого равна разности частот fr — f и линейно связана с измеряемыми величинами ы„и т, вырабатывается преобразователем частоты 20 (см. фиг. 6), Этот сигнал является выходным сигналом прибора. Постоянство суммы частот f +f> обеспечивается системой температурной стабилизации суммы частот, которая включает в себя генератор 22 стабильной частоты, преобразователь частоты

21 и тепловыделяющий элемент 28.

При отклонении суммы частот, и f> от нормального значения 2/о преобразователь частоты 21 изменяет ток, протекающий через тепловыделяющий элемент 28 таким- образом, что соответствующее изменение температуры жидкости (а слсдовагельпо, и давления) выравнивает это отклонение.

Предложенный датчик особенно эффективно

5 может быть использован прп создании так называемых «бесплатформепных» пнерцпальных систем, поскольку блок пз, шести таких датчиков, одноименные оси которых попарно совмещены с тремя взаимно перпендикулярными па10 правлениями и ориентированы в разные стороны, обеспечивает получение всей первичной информации, необходимой для решения навигационной задачи. Действительно, из шести уравнснпй (5), отнесенных к соответствующим

15 осям, можно получить значения трех линейны.: и трех угловых ускорений по трем взаимно псрпендпкулярным осям. крутизна характеристики предложенного датчика пропорциональна числу витков спп20 рального канала, которое может быть сделано вссьма большим без существенного увеличения габаритных размеров прибора.

Выбор основных конструктивных параметров датчика среднего радиуса R спирального кана25 ла, число витков эгого канала и величины двугранного угла, грани которого разделяют участки витков, заполненные различными жидкостямп, — производится с учетом предъявляемых к прибору требований по точности и дпл30 назону измерения, Предмет изобретения

35 Датчик углового ускорения по авт. св.

¹ 250550, отлича::о цийся тем, что, с целью одновременного получения информации о составляющей линейного ускорения, перпендикулярной осп спирального канала, каждый виток

40 эзого канала заполнен двумя несмешивающимися и невзапмодействующимп жпдкостямп с различной массовой плотностью таким обр l. зом, что поверхности раздела жидкостей в каждом витке касаются граней двугранног)

45 угла, ребро которого совпадает с осью канала.

281038 г

IО

ГГ !

1й

I1 !

1 !

1—

II

1L

Г

II

1! ©

Составитель С. А. Юшенко

Редактор Т. 3. Орловская Техред Л. Я. Левина Корректор Г. С. Мухина

Заказ 3775!2 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4j5

Типография, пр. Сапунова, 2