Акселерометр
Патент 748300
Авторы
Классы МПК
Акселерометр
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К AITOPCN©ÌÓ CI ЕТЕЛЬСТВУ
Сеюэ Советскмк
Соцмалмстнческнк
Республик р11748300 (61) Дополнительное к ввт, сеид-ву
1 (22) Заявлено 040578 (21) 2629054/18-10 (51)М. Кл.2
С 01 P 15/10 с присоединением заявки No
Государственный комитет
СССР по делам нэобретеннй н открытнй (23) Приоритет
Опубликовано 15.0780. Бюллетень М 26 (53) УДК 531. 768 (088.8).
Дата опубликования описания 15р780 (72) Авторы изобретения
В.Е. Мельников, Е.Н. Мельникова и Н.В. Попов
Московский ордена Ленина авиационный институт имени Серго Орджоникидзе (71) Заявитель (54) АКСЕЛЕРОМЕТР
Изобретение относится к элементам инерционнь||х навигационных систем и предназначено для измерения линейных ускорений подвижных объектов.
Известен акселерометр с механическим подвесом в жестких опорах,по-: строенный по компенсационному принципу (1) .
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является кварцевый компенсационный акселерометр g2), содержащий П-образный чувствительный элемент (ЧЭ) в виде двух идентичных стоек, одни концы которых через струнные торсионы свя- 15 заны с корпусом, а другие соединены планкой, датчик угла, подключенный к одному из входов дифференцйального усилителя, и датчик момента магнитоэлектрического типа. 20
Корпус акселерометра заполнен приборной жидкостью.
Недостатком известной конструкции является длительность периода готовности прибора к работе. 25
Экспериментальные исследования
"сухого" варианта известного акселерометра показали, что он совершает сложные многочастотные автоколебательные движения и имеет неудовлет- 30 ворительные динамические характеристики.
Цель изобретения †.улучшение динамических характеристик и сокращение.времени готовности акселерометра.
Указанная цель достигается тем, что в акселерометр введены две дополнительные идентичные стойки, являющиеся продолжением основных стоек и прикрепленные одними концами к основной планке . Другие концы дополнительных стоек и концы основных стоек, связанные с торсионами, соединены двумя дополнительно введенными планками-стяжками. Кроме того, акселерометр содержит датчик перемещения, установленный вдоль измерительной оси планки-стяжки основных стоек, и усилитель, вход которого подключен к датчику перемещения, а выход — ко второму входу основного дифференциального усилителя. При этом стношение массы введенных стоек и соединяющей их планки-стяжки к массе основных стоек и второй дополнительной планки-стяжки обратно пропорционально отношению расстояний от центров
Масс указанных П-образных контуров до основной планки.
748300
Предлагаемые конструкции акселерометра и его ЧЭ позволяют увеличить жесткость, разгрузить подвес и уменьшить прогиб торсиона вдоль измерительной оси. Путем введения в структурную схему акселерометра дополнительного параллельного канала, состоящего иэ датчика перемещения и усилителя, обеспечивают измерение и компенсацию в основном контуре сос» тавляющей плоскопараллельного движения рамки вдоль измерительной оси, а значит, Исключение автоколебаний системы.
На фиг. 1 представлен ЧЭ предложенного кварцевого акселерометра;на фиг. 2, 3 — конструктивная и структурная схемы акселерометра.Кварцевый маятниковый ЧЭ-содержит планку 1 на стойках 2, подвешенную на растянутых кварцевых струйах 3, " концы которых жестко прикреплены, с одной стороны, к концам стоек 2, с другой — к корпусу 4. Поверхность кварцевых струн 3, стоек 2 и планки
1 металлиэирована. На планке закреплены дополнительные стойки 5, 6, соединенные планкой-стяжкой 7, а концы стоек 2 соединены планкой-стяжкой 8.
Элементы 1,2,6-8 маятника образуют жесткую плоскую фигуру маятниковый
ЧЭ, причем планка-стяжка 8 расположена на оси подвеса маятника, совпа дающей с осью струн 3 в недеформированном состоянии.
Геометрию и массу стоек 5, 6 и планки-стяжки 7 выбирают по отношеГ нию к геометрии и массе стоек 2 и планки-стяжки 8 таким образом, чтобы отношение их масс было обратно пропорционально расстояниям от центров масс указанных элементов до оси планки 1.
Кварцевый маятниковый чувствительный элемент (фиг. 2) размещен внутри корпуса 4. Планка 1 находится в рабочем зазоре постоянного магнита 9.
Перемещение планки 1 под действием измеряемых инерционных сил контролируется датчиком перемещения, например фотоэлектрическим, содержащим осветитель 10 и фотопреобразователь
11. Смещение планки-стяжки 8 по изме рительной оси, совпадающей с нор" малью к плоскости рисунка,. контроли" руется -также фотоэлектрическим дйт4икЬм перемещения, содержащйм освети-.. тель 12 и фотопреобразователь 13 °
Структурная схема на фиг. 3 пояс-, няет взаимодействие элементов акселерометра.
При появлении ускорения на массу
14 воздействуют инерционные силы, точка приложения которых не совпадает с осью подвеса ЧЭ. На плече 15 возникает. момент, вызывающий линейное смещение планки 1 маятникового чувствительного элемента 16, 17, фиксируе мое датчиком перемещения 18. Усили55
Цель контроля составляющей плоскопараллельного движения и компенсации составляющей момента обратной связи, вызванной этим движением, содержит датчик перемещения планкистяжки 8 и усилитель 25. Выход усилителя 25 подсоединен ко второму входу дифференциального усилителя 19, обеспечивая тем самым минимизацию взаимосвязи плоскопараллельного и углового движейий н улучшение динамических характеристик акселерометра. тель 19 и электрическая цепь 20 формируют ток в выходной цепи 21 и в контуре обратйой связи 22. Сила обратной связи уравновешивает силу. В рассмотренном варианте реализации ЧЭ обе эти силы приложены к оси планки, что минимизирует суммарную силу, приведенную к оси подвеса, вызывающую плоскопараллельное движение -колебательного контура 23.
Наличие контура 23 приводит к тому, что датчик перемещения 18 планки 1 воспринимает ее результируняцее движение, обусловленное угловым и плоскопараллельным движениями, которые взаимосвязаны. Возникновение одного из них приводит к возникновению другого. Это существенно ограничивает возможности акселерометра из-за возникновения автоколебательных режимов."
20 Этот недостаток может быть замет йо -снижен введением дополнительного контура, содержащего датчик перемеще ния оси подвеса 24 и усилитель 25, включенные последовательно между контуром 23 и входом усилителя 19 таким образом, что на входе усилителя
19 формируется сигнал, содержащий лишь составляющую углового движения планки 1.
З0 Акселерометр работает, следующим образом. При появлении измеряемых ускорений, нормальных плоскости листа (фиг. 1 и 2), возникает момент инерционных сил относительно его подвеса чувствительного элемента, планка 1 смещается, что фиксируется фотоэлектрическим преобразователем, выходной сигнал которого поступает на вход дифференциального усилителя
19, выход которого подсоединен к
40 электрической цепи 20, включающей сопротивление нагрузки 21 и электрическое сопротивление планки 1;стоек.
2 и стрУн 3. Ток, протекающий по планке 1, размещенной в зазоре постоянного магнита 9, создает силу, момент которой относительно оси подвеса уравновешивает момент инерционных сил. Выходной сигнал формируют по падению напряжения на сопротивле50 нии нагрузки 21.
Выходной сигнал датчика перемещения планки 1 содержит и составляющую плоскопараллельного смещения ЧЭ.
748300
Формула изобретения фиг.1 фиг.2 фиг.3
Составитель И. Полунина
Редактор T. Орловская Техред Я.Бирчак Корректор И. Муска
Заказ 4230/32 Тираж 1019 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
1. Акселерометр, содержащий маятниковый П-образный чувствительный элемент в виде двух идентичных стоек, одни концы которых через струнные тьрсионы связаны с корпусом, а другие соединены планкой, датчик угла, подключенный к одному иэ входов дифференциального усилителя и датчик момента, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик и уменьшения времени готовности акселерометра, в него введены две дополнительные идентичные стойки, являющиеся продолжением основных стоек и прикрепленные одними концами к основной планке, другие концы дополнительных стоек и концы основных стоек, связанные с торсионами, соединены двумя дополнительно введенными планкамистяжками, датчик перемещения, установленный вдоль измерительной оси дополнительной планки-стяжки основных стоек, и усилитель, вход которого подключен к датчику перемещения, а выход — ко второму входу основно5 ro дифференциального усилителя.
2. Акселерометр по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что отношение массы введенных стоек и соединяющей их планки-стяжки к массе осщ новных стоек и второй дополнительной планки-стяжки обратно пропорционально отношению расстояний от центров масс указанных П-образных контуров до основной планки.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент США Р 3494204, кл. 73-517, опублик. 1966.
2. Патент CtdA Р 3564929, 20 кл. 73-516, опублик. 1967 (прототип).