Акселерометр

Акселерометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

яатентно кабуиатвна мБо

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (1ц 47963 4

Сова Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.04.73 (2!) 1911641/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.07.75. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 02.!2,75 (5!) М. Кл. 6 01р 15, 08

Государственный комитет

Совета MHHHcTpUB СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 531.784(088 8) (72) Авторы изобретения П. В. Яковлев, В. Г. Войтенков, 10. А. Абрамов и Ф. И. Кузнецов (71) Заявитель (54) АКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть применено при измерении ускорений.

Известные акселерометры, содержащие полый цилиндр с жидкостью, связанный с приводом постоянной скорости, и фотоэлектрическую систему измерения, обладают дополнительной погрешностью от боковых и вибрационных ускорений.

Предлагаемый акселерометр отличается от известных тем, что жидкость составлена в виде смеси двух компонент с различными плотностями и с различными степенями оптической прозрачности, боковые стенки цилиндра выполнены прозрачными, а источник света и фотоприемники расположены неподвижно напротив диаметрально противоположных сторон цилиндра, причем фотоприемники установлены в зоне теневой проекции границы раздела жидкостей.

Благодаря этому повышается точность измерения.

На фиг. 1 показана схема акселерометра; на фиг. 2, а, б, в изображен принцип получения информации о величине и знаке ускорения (а — теневая проекция вращающейся жидкости на светочувствительную поверхность фотодиодов при ускорении j=0, б — то же, при ускорении j + 0 и направлении вдоль оси чувствительности (ось OY) вверх, в — то же, при ускорении j + 0 и направлении вдоль оси чувствительности вниз); на фиг. 3 изображено соединение фотодиодов на нагрузку

lpga ñ токами 1,, и|н, для получения информации о величине и знаке ускорения.

Лкселерометр содержит корпус 1, фотоприемник 2, цилиндрическии сосуд 3, выполнен10 ный из прозрачного материала, двигатель 4, жидкий чувствительный элемент, состоя|цнй из двух компонент: жидкости 5, имеющей плотность и степень оптической прозрачности большую, чем жидкость 6, источник све15 та 7.

Акселерометр работает следующим образом.

Полый цилиндрический сосуд, выполненный

20 из прозрачного материала, заполняют жидкостью с плотностью р|, прозрачной для световых лучей, и жидкостью с плотностью о, непрозрачной для световых лучей (например, р| рз) . жидкости химически нейтральны

25 между собой и стенками сосуда. При выполнении указанных 7слов11й г|розра н!ая жидкость находится внизу, а непрозрачная— вверху сосуда. Сумма объемов двух жидкостей может быть равна объему внутренней

30 плотности сосуда (по.пное заполнение) и мо479034 г=-),= V (2) 10

= — (2у — Н) + r„

„2 где

Зо

40

60 жет быть меньше объема внутренней полости сосуда (частичное заполнение).

В акселерометре используется частичное заполнение цилиндрического сосуда кидкостью. Это позволяет упростить конструкцию акселерометра, так как отпадает необходимость в применении специальных устройств для компенсации объемного расширения жидкости (в частности, сильфонов). Заполненный двумя жидкостями цилиндрический сосуд приводят в равномерное вращение вокруг оси

OY электричсским двигателем с угловой скоростью со.

В установившемся режиме при наличии ускорения граничная поверхность двух жидкостей примет форму параболоида вращения, уравнение которого имеет вид

r — радиус граничной поверхности двух жидкостей; у — текущая высота;

V н г R (Я вЂ” а) радиус граничной поверхности двух жидкостей при у = 0,5 Н;

Н вЂ” высота сосуда;

Р, — внутренний радиус сосуда;

Йо — начальный уровень прозрачной жидкости;

j — ускорение, направленное вдоль оси чувствительности прибора (оси 0 Y) .

1(ак видно из выражения (1), радиус граничной поверхности двух жидкостей является функцией ускорения /, причем максимальное значение V,,„„„оказывается при у = Н, т. е. возле верхнего основания сосуда, минимальное Ганн — при y = О) т. е. возле нижнего основания сосуда. Таким образом, максимальная чувствительность акселерометра к изменению ускорения наблюдается у верхнего и нижнего оснований цилиндрического сосуда.

Для измерения величины и знака ускорения в акселерометре применен принцип получения теневой проекции параболоида вращения на поверхность светочувствительных элементов, в качестве которых применены фотодиоды. Кроме фотодиодов, могут быть использованы фототранзисторы светочувствительные пластины, фоторезисторы. Для получения максимальной чувствительности прибора светочувствительные зле ленты следует располагать ближе к основаниям цилиндрического сосуда.

Теневая проекция параболоида вращения создается с помощью источника света и цилиндрической линзы, в качестве которой применяют прозрачный цилиндрический сосуд акселерометра с находящейся в нем прозрачной жидкостью.

Пусть ускорение j = О. В этом случае согласно выражению (1) радиус граничной поверхности двух жидкостей равен а сама граничная поверхность двух жидкостей представляет собой круговой цилиндр. С помощью проекционного устройства непрозрачный цилиндр проектируется на плоскость, в которой установлены фотодиоды, причем фотодиоды расположены так, что для случая

1 = О теневая линия непрозрачного цилиндра проходит через середины воспринимающих поверхностей всех фотодиодов. В результате сигнал с выхода фотодиодов равен нулю.

Пусть ускорение 1 = О и направлено вдоль оси чуствительности вверх. В соответствии с выражением (1) радиус граничной поверхности двух жидкостей в верхней части сосуда больше радиуса граничной поверхности в нижней части. Поэтому теневая проекция параболоида вращения на плоскость расположения фотодиодов перекрывает чувствительные поверхности фотодиодов неодинаково (фиг. 2,б) .

Площадь освещения фотодиодов 8 и 9 уменьшается, а фотодиодов 10 и 11 увеличивается.

С выхода фотодиодов через нагрузку Р„ протекает ток в направлении справа †нале (ток iH,).

Пусть ускорение 1 < О и направлено вдоль оси чувствительности вниз (фиг. 2, в). В этом случае площадь освещения фотодиодов 8 и 9 увеличивается, а фотодиодов 10 и 11 уменьшается. С выхода фотодиодов через нагрузку протекает ток в направлении слева — направо.

Предмет изобретения

Лкселерометр, содержащий полый цилиндр с жидкостью, связанный с приводом постоянной скорости, и фотоэлектрическую систему измерения положения жидкости с источником света и фотоприемниками, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения точности измерения ускорения, жидкость составлена в виде смеси двух компонент с различными плотностями и с различными степенями оптической прозрачности, боковые стенки цилиндра выполнены прозрачными, а источник света и фотоприемники расположены неподвижно напротив диаметрально противоположных сторон цилиндра, причем фотоприемники установлены в зоне теневой проекции границы раздела жидкостей.

479034 о

Составитель P. Александров

Редактор Т. Рыбалова Техред 3. Тараненко Корректоры: Е. Рожкова и О, Тюрина

Заказ 2907/2 Изд. № 1776 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2