Акселерометр
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социвпистичесиих
Ресйубпик
<п>,901915 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02. 06. 80 (21) 2933475/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (5l)NL. Кл.
6 О1 Р 15/13
1ееудеретве>ый квинтет
СССР
l0 делам взебретение и открытки (53) УДК 531 768 (088. 8) Опубликовано 30. 01.82. Бюллетень № 4
Яата опубликования описания 02. 02. 82
В. Е. Мельников, В.Ф. Сергеев, Н. В. Попов, .Н. Мельникова, и С. В. Кокуленко
1 .
"4 "
Московский ордена Ленина авиационный инсти1гдт ( им. Серго Орджоникидзе (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) АКСЕЛЕРОМЕТР
Изобретение относится к элементам систем навигации и управления и предназначено для измерения ускорений и выдачи информации в аналоговой форме.
В инерциальных навигационных сис темах для измерения линейных ускорений подвижных объектов широко используют акселерометры маятникового типа, построенные по компенсационному принципу и обладающие высокой точностью измерения, малыми габаритами и массой. Существенными признаками таких акселерометров являются наличие инерционной массы — маятника, представляющего собой чувствительный элемент (ЧЭ) прибора, конструктивных элементов подвеса маятника и специальной следящей системы - "электрической пружины", состоящей из датчика углового или линейного перемещения, усилителя, датчика момента и нагрузочного резистора LlJ и (.21.
Ори проектировании акселерометров указанного типа одной из основных
2 проблем является разработка такого подвеса инерционной массы, который обеспечил бы максимальную податливость только в одном направлении и был бь> свободен от влияния трения, присущего жестким (камневым) опорам, а также гистерезиса, нестабильности и усталости, характерных для упругих подвесов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является акселерометр, содержащий маятниковый П-образный ЧЭ в виде двух идентичных стоек, tS одни концы которых через струнные торсионы связаны с кварцевым основанием, жестко закрепленным в корпусе, а вторые соединены планкой, фотоэлектрический датчик перемещения, подключенный ко входу усилителя, и датчик момента. Для крепления подвеса в корпусе струны имеют массивные окончания, представляющие собой кварцевые основания, которые тем или иным спо.
3 сабом зажаты в металлическом корпусе (3).
К недостаткам устройства следует отнести влияние на выходные характеристики акселерометра и, прежде всего, на так называемый, "нулевой сигнал" деформаций коряуса, вызванных изменением температуры окружающей среды или полем инерционных сил. Это влияние обусловлено конструктивными особенностями прототипа, у которого кварцевое основание, несущее все элементы подвеса и рамки, имеют два узЛа крепления с корпусом, разнесенные относительно друг друга на сравнительно большое расстояние, определяемое суммарной длиной двух струн ипланки рамки ЧЭ. Кроме того, осветитель и фотоприемник датчика перемещения, жестко связаны с металлическим корпусом.
В такой конструкции деформации корпуса вызывают смещение элементов
Фотоэлектрического датчика относительно заслонки и взаимные смещения точек крепления концов струнных тор сионов..В зависимости от направления деформаций, последние могут привести как к изменению растягивающих усилий в струнах, так и к изменению пространственной ориентации ЧЗ. Поэтому в реальных условиях эксплуатации у акселерометров подобных конструкций наблюдаются значительные изменения нулевого уровня выходного сигнала и крутизны характеристики преобразования, возрастают погрешности от перекрестных ускорений.
К недостаткам известного акселерометра можно также отнести сравнительно большие габариты его кварцевой части в направлении оси подвеса, что ограничивает возможности приме.нения таких приборов для ряда обьек" тов. !
Цель изобретения - повышение точности и уменьшение габаритов акселерометра.
Указанная цель достигается тем, что в акселерометр, содержащий маят-. никовый П-образный ЧЗ в виде двух идентичных стоек, одни концы которых через струнные торсионы связаны с кварцевым основанием, жестко закрепленным в корпусе, а вторые соединены планкой, фотоэлектрический датчик перемещения, подключенный Ко входу усилителя, и датчик момента, введена до56
В предлагаемом акселерометре можно в значительной степени устранить указанные выше недостатки прототипа. Это достигается так, что кварцевая часть акселерометра - ЧЭ, подвес, основание с держателями - выполнены в виде монолитного, кинематически законченного узла, крепление которого в металлическом корпусе осуществлено как бы в одной точке - по цилиндрической поверхности основания (в прототипе ис
4 полнительная П-образная рамка, жестко связанная с ЧЭ и расположенная в его плоскости симметрично относительна струнных торсионов, развернутых внутрь контура ЧЭ, причем планка дополнительной П-образной рамки размещена в зазоре между осветителем и фотоприемником датчика перемещения, расположенными диаметрально на торце
10 кварцевого основания, выполненного в виде цилиндра.
На фиг. 1 и 2 представлена конструкция акселерометра
На держателях 1 основания 2 жест15 ко закреплены осветитель 3 и фотоэлектрический преобразователь 4, в зазоре между которыми размещена дополнительная планка 5, выполняющая роль заслонки. Элементы 3-5 образуют фоторо электрический датчик перемещения с открытым световым каналом. Планка 5 жестко укреплена на стойках 6, неподвижно соединенных с П-образным ЧЭ 7, который подвешен на струнных торсио25 нах 8. При этом планка ЧЭ 7 размещена в рабочем зазоре магнитной системы 9. Кварцевое основание 2 и магнит. иая система 9 жестко закреплены в немагнитном металлическом корпусе 10. зъ Струны торсионного подвеса 8 и П-образный ЧЭ металлизированы и образуют токопроводящий участок.
При действии ускорения Ы по оси Х
ИЭ отклоняется, перемещая заслонку 51 что измеряется датчиком перемещения.
На выходе дифференциального фотопре- . образователя 4 появляется напряжение, поступающее на входы дифференциального усилителя. В выходной цепи - усилителяя включены на грузо чное соп рати вление и токопроводящий контур ЧЭ. Ток, протекающий по планке 7, помещенной в постоянном ма гни т НоМ поле, фарми рует момент обратной связи, уравновешивающий момент инерционных сил. Выходным сигналом является падение напряжения на сопротивлении нагрузки.
901915 б
Менты рамки подвеса, а значит и на выходные характеристики акселерометра. формула изобретения пользовано двухточечное крепление кварцевого основания в корпусе) . Эле менты датчика перемещения размещены с помощью держателей на кварцевой части и не связаны непосредственно с S металлическим корпусом, как в известном акселерометре.
Указанные особенности приводят к тому, что деформации корпуса не вызывают относительного смещения заслонки и элементов датчика перемещения и не влияют на характер напряженного состояния струн. При этом погрешность возникает только за счет угловых смещений, которые могут изменить ориентацию оси чувствительности .прибора, величина ее не превосходит аналогичной погрешности в прототипе.
Введение дополнительной П-образной рамки позволяет расположить элементы 20 фотоэлектрического датчика перемещения вне магнитной системы, достаточно близко друг относительно друга и на оси симметрии ЧЭ, проходящей через его центр тяжести. В результате удает- ся увеличить коэффициент передачи датчика положения и уменьшить в его выходном сигнале составляющие, вызванные некоторыми вредными (нерабочими) движениями ЧЭ. 30
За счет расположения струн торсионного подвеса внутри контура ЧЭ, более чем в 1,5 раза уменьшены габариты кварцевой части вдоль оси подвеса и значительно уменьшено расстояние между точками крепления концов струн к основанию. Последнее существенно снижает влияние возможных де" формаций кварцевого основания на эле1
Акселерометр содержащий маятниковый П-образный чувствительный элемент в виде двух идентичных стоек, одни концы которых через струнные торсионы связаны с кварцевым основанием, жестко закрепленным в корпусе, а вторые соединены планкой, фотоэлектрический датчик перемещения, подключен. ный ко входу усилителя, и датчик момента, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и уменьшения габаритов акселерометра, в него введена дополнительная П-образная рамка, жестко связанная с чувствительным элементом и расположенная в его плоскости симметрично относи- .. тельно струнных торсионов,развернутых внутрь контура чувствительного эле" мента, причем планка дополнительной
П-образной рамки размещена в зазоре между осветителем и фотоприемником, датчика перемещения, расположенными диаметрально на торце кварцевого основания, выполненного в виде цилиндра.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.. Патент СЦ1А N 3494204, кл.73-517, опублик. 1970.
2. Патент Великобритании У 1069676, кл. G 1: й, опублик. 1966.
3. Патент США И 3564928,кл.73-516, опублик, 1971 (прототип).
Ммв
Составитель И. Полунина
Ревактор E. Папп Техреа Ж.Кастелевии Корректор Г. Решетник
Заказ 12370/ф Тираж 882 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 1