Дважды интегрирующий акселерометр

Дважды интегрирующий акселерометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАЙ И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ ц 488142

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.06.73 (21) 1932232j18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.10.75. Бюллетень № 38

Дата опубликования описания 13.04.76 (51) М. Кл. G 01 р 15, 08

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 531.781(088.8) (72) Авторы изобретения

Н. А. Пыхов

Ленинградский институт точной механики и оптики (71) Заявитель (54) ДВАЖДЫ ИНТЕГРИРУЮЩИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть применено в аксел@рометрах.

Известные дважды интегрирующие акселерометры по принципу Байкова обладают недостаточной точностью, в частности из-за малой чувствительности датчика угла.

Для увеличения точности в предлагаемом акселерометре датчик угла выполнен в виде оптической системы, содержащей последовательно установленные источник света, конденсатор, первый растр с объективом, подвижное и неподвижное зеркала, укрепленные под углом 45 к оси статора, объектив со вторым растром, два фотодиода, подключенных по дифференциальной схеме на вход интегрального усилителя, и модулятор, причем плоскости растров расположены между собой под углом

90" и под углом 45" к оси статора, оптические оси объективов параллельны и расположены под углом 90 к оси статора, а фотодиоды равноудалены от второго растра и их чувствительные плоскости расположены под углом 90 один к другому.

На чертеже изображена схема акселерометра.

Датчик нулевого положения стато ра выполнен в виде оптического измерителя угла отклонения маятника и состоит из источника света

1, конденсора 2, первого растра 3, находящегося в фокальной плоскости и расположенного под углом 45 к оптической осн первого объектива 4, создающего параллельный пучок лучей, подвижного и неподвижного зеркал 5 и

6, установленных под углом 45 к оптической оси второго объектива /, строящего изображение первого растра в плоскости второго растра 8, который аналогичен первому и представляет собои систему параллельных чередующихся прозрачных и непрозрачных полос равной ширины, двух фотодиодов 9 и 10, соединенных по дифференциальной схеме, расположенных под углом 90 один к другому и рав15 ноудаленных от второго растра 8. На первый фотодиод 9 попадает свет, прошедший прозрачные полосы второго растра 8, а на второй — отраженный от непрозрачных полос этого растра. Подвижное зеркало, обеспечи20 вающее смещение изображения первого растра 3, закреплено на оси подвеса статора.

Усилительное устройство состоит из интепрального усилителя 11 с большим коэффициентом усиления и выходного усилителя 12, работающего в режиме ключа и обеспечиваю25 щего периодическое изменение фазы управляющего .напряжения на 180=. Статор двигателя

13 подвешен на оси 14 с маятником 15. Внутри статора находится ротор 16. Усилитель 12 подключен к трансформатору питания 17 р.

ЗО у правляющей обмотке 18 двигателя.

488142

Прибо р работает следующим образом.

Прн установке дважды интегрирующего акселерометра на стабилизированное горизонтальное основание и при отсутствии ускорения подвижное зеркало 5 установлено таким образом, что изображение первого растра 3 смещено относительно второго растра 8 на половину полосы растра. В силу свойства автоколебательных систем статор и ротор совершают колебания относительно положения равновесия, соответствующего отвесному положению маятника. При смещении изображения первого растра 3 относительно второго растра

8 на величину, больше половины полосы растра с фотодиодом, снимается сигнал определенной полярности и поступает на вход интегрального усилителя 11, выходной сигнал кото рого можно рассматривать как коммутирующее напряжение для выходного усилителя 12, использующегося как прерыватель тока в цепи управляющей обмотки 18 микродвигателя.

При наличии напряжений на обмотке возбуждения 18 к ротору 16 прикладывается момент, под воздействием которого он начинает вращаться. Статор двигателя 13 за счет реакции на разгон ротора вращается в противоположную сто рону до тех пор, пока изображение первого растра 3 не сместится относительно второго 8 на ту же величину, но в противоположную сторону. С фотодиодов 9, 10 снимается сигнал противоположной полярности, что приводит к изменению фазы на 180 управляющего напряжения. Изменяется сторона вращения ротора и статора, они будут совершать симметричные колебания с большой частотой и малой амплитудой.

Таким образом, оптический измеритель, наряду с задачей определения угла отклонения маятника, совместно с усилительным устройством обеспечивают бесконтактную коммутацию управляющего напряжения по релейной характеристике и этим самым автоколебательный .режим работы микродвигателя. Средняя составляющая от моментов ротора и статора равна нулю.

При ускорении двнжушегося объекта, на кото ром установлен акселерометр, происходит нарушение симметрии колебаний ротора и соответственно статора с эксцентричным грузом.

Появляется постоянная составляющая момента реакции ротора на статор и уравновешивается момент от сил инерции. Для постоянных составляющих имеется следующее равенство моментов М з =Мр = пс = пМ где Мз

О мент реакции ротора на статор, Мр — момент, приложенный к ротору, М вЂ” момент сил инерции, т — масса маятника, а — ускорение движущегося. объекта, l — плечо маятника.

О

10 За счет момента Мд ротор вращается с усково> рением, на основании равенства моменdt

du> тов мояно записать aml=l>, где I> — мо15

Ж мент инерции ротора, о — средняя угловая скорость вращения ротора, Интегрируя последнее вращение дважды по

ml ml времени, получим: а= U P S, где

20 I lg

U — скорость движения объекта, S — координата или путь, пройденный объектом, р — угол поворота ротора относительно статора. Угол поворота вала двигателя пропорционален пройденному расстоянию.

Формула изобретения

Дважды интегрирующий акселерометр, содержащий двигатель, статор которого подвешен с маятником на оси в опорах корпуса, датчик угла поворота статора относительно корпуса, связанный через усилитель с обмоткой управления двигателя, отличающийся

З5 тем, что, с целью увеличения точности, датчик угла выполнен в виде оптической системы, содержащей последовательно установленные источник света, конденсор, первый растр с объективом, подвижное и неподвижное зеркала, 40 укрепленные под углом 45 к оси статора, объектив со вторым растром, два фотодиода, подключенных по дифференциальной схеме на вход интегрального усилителя, и модулятор, причем плоскости растров расположены меж45 ду собой под углом 90" и под углом 45 к оси статора, оптические оси объективов параллельны и расположены под углом 90 к оси статора, а фотодиоды равноудалены от второго растра и их чувствительные плоскости рас50 положены под углом 90 один к другому.

488142

Составитель P. Александров

Техред 3. Тараненко Корректор M. Лейзерман

Редактор Н. Коган

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 573/10 Изд. ¹ 1892 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5