Акселерометр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ Сееэ Сфветскмк Соцмалмстнческнк Республик(51)М. Кл.2 С 01 Р 15/10 с присоединением заявки Йо Государственный комитет СССР по делам изобретенийн открытийДата опубликования описания 15.07,80(72) Авторы изобретения В.Е. Мельников, Е.Н. Мельникова и Н.В. Попов Московский ордена Ленина авиационный институт имени Серго Орджоникидзе(54) АКСЕЛЕРОМЕТР 1Изобретение относится к элементам инерционных 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 является10 кварцевый компенсационный акселерометр 21, содержащий П-образный чувствительный элемент (ЧЭ) в виде двух идентичных стоек, одни концы которых через струнные торсионы свя заны с корпусом, а другие соединены планкой, датчик угла, подключенный к одному из входов дифференцйального усилителя, и датчик момента магнитоэлектрического типа. 20Корпус акселерометра заполнен приборной жидкостью.Недостатком известной конструкции является длительность периода готовности прибора к работе. 25Экспериментальные исследования "сухого" варианта известного акселерометра показали, что он совершает сложные многочастотные автоколебательные движения и имеет неудовлет ворительные динамические характерис"тики.Цель изобретения в .улучшение динамических характеристик и сокращение.времени готовности акселерометра.Указанная цель достигается тем,что в акселерометр введены две дополнительные идентичные стойки, являющиеся продолжением основных стоек иприкрепленныеодними концами к основной планке. Другие концы дополнительных стоек и концы основных стоек,связанные с торсионами, соединеныдвумя дополнительно введенными план"ками-стяжками. Кроме того, акселерометр содержит датчикперемещения,установленный вдоль измерительнойосипланки-стяжки основных стоек, иусилитель, вход которого подключенк датчику перемещения, а выход - ковторому входу основного дифференци"ального усилителя. При этом стношение массы введенных стоек исоединяющей их планки"стяжки к массе основных стоек и второй дополнительнойпланки-стяжки обратно пропорционально отношению расстояний от центровМасс указанных П-образных контуровдо основной плавки,Предлагаемые конструкции акселерометра и его ЧЭ позволяют увеличитьжесткость, разгрузить подвес иуменьшить прогиб торсиона вдоль измерительной оси. Путем введения вструктурную схему акселерометра дополнительного параллельного канала,состоящего иэ датчика перемещения иусилителя, обеспечивают измерение икомпенсацию в основном контуре сос"тавляющей плоскопараллельного движения рамки вдоль измерительной оси, азначит, Исключение автоколебанийсистемы.На фиг. 1 представлен ЧЭ предложенного кварцевого акселерометра;нафиг. 2, 3 - конструктивная и структурная схемы акселерометра. -Кварцевый маятниковый ЧЭ содержитпланку 1 на стойках 2,подвешеннуюна растянутых кварцевых струйах 3,"концы которых жестко прикреплены, содной стороны, к концам "стоек 2, сдругой - к корпусу 4. Поверхностькварцевых струн 3, стоек 2 и планки1 металлиэирована. На планке закреплены дополнительные стойки 5, б, соединенные планкой-стяжкой 7, а концыстоек 2 соединены планкой-стяжкой 8.Элементы 1,2,6-8 маятника образуютжесткую плоскую Фигуру маятниковыйЧЭ, причем планка-стяжка 8 расположена на оси подвеса маятника, совпадающей с осью струн 3 в недеФормированном состоянии.Геометрию и массу стоек 5, 6 ипланки-стяжки 7 выбирают по отношеГниюк геометрии и массе стоек 2 ипланки-стяжки 8 таким образом, чтобыотношение их масс было обратно пропорционально расстояниям от центровмасс указанных элементов до осипланки 1,Кварцевый маятниковый чувствительный элемент (фиг. 2) размещен внутрикорпуса 4. Планка 1 находится в-рабочем зазоре постоянного магнита 9.Перемещение планки 1 под действиемизмеряемых инерционных сил контролируется датчиком перемещения, например фотоэлектрическим, содержащимосветитель 10 и фотопреобразователь11. Смещение планки-стяжки 8 по изме рительной оси, совпадающей с нор"малью к плоскости рисунка,. контроли"руется -также фотоэлектрическим датчикЬм перемещения, содержащйм освети-: .тель 12 и фотопреобразователь 13Структурная схема на фиг. 3 пояс-,няет взаимодействие элементов акселерометра.При появлении ускорения на массу14 воздействуют инерционные силы,точка приложения которых не совпадает с осью подвеса ЧЭ, На плече 15возникает. момент, вызывающий линейноесмещение планки 1 маятникового чувствительногоэлемента 16, 17, фиксируемое датчиком перемещения 18. Усили- Г55 40 65 Цель контроля составляющей плоскопараллельного движения и компенсации составляющей момента обратной связи, вызванной этим движением, содержит датчик перемещения планки- стяжки 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 вконтуре обратйой связи 22. Сила обратной связи уравновешивает силу. Врассмотренном варианте реализации ЧЭобе эти силы приложены к оси планки,что минимизирует суммарную силу, приведенную к оси подвеса, вызывающуюплоскопараллельное движение колебательного контура 23.Наличие контура 23 приводит к тому, что датчик перемещения 18 планки 1 воспринимает ее результирующееДвижение, обусловленное угловым иплоскопараллельным движениями, которые взаимосвязаны. Возникновение одного из них приводит к возникновениюдругого. Это существенно ограничивает возможности акселерометра из-завозникновения автоколебательныхрежимов."20 Этот недостаток может быть заметйо-снижен введением дополнительногоконтура, содержащего датчик перемещенияоси подвеса 24 и усилитель 25,включенные последовательно междуконтуром 23 и входом усилителя 19 таким образом, что на входе усилителя19 Формируется сигнал, содержащийлишь составляющую углового движенияпланки 1.З 0 Акселерометр работает, следующимобразом. При появлении измеряемыхускорений, нормальных плоскости листа (Фиг. 1 и 2), возникает моментинерционных сил относительно егоподвеса чувствительного элемента,планка 1 смещается, что фиксируетсяфотоэлектрическим преобразователем,выходной сигнал которого поступаетна вход дифференциального усилителя19, выход которого подсоединен к 40 электрической цепи 20, включающейсопротивление нагрузки 21 и электрическое сопротивление планки 1;стоек,2 и стрУн 3. Ток, протекающий попланке 1, размещенной в зазоре постоянного магнита 9, создает силу,момент которой относительно оси подвеса уравновешивает момент инерционных сил. Выходной сигнал формируютпо падению напряжения на сопротивле нии нагрузки 21.Выходнойсигнал датчика перемещения планки 1 содержит и составляющуюплоскопараллельного смещения ЧЭ.6 748300 Формула изобретения Составитель И. Полунинская Техред Я.Бирчак Редак орректор И, М О дписное ж 1019венного комитета ССетений и открытийЖ, Раушская наб. 4230/32 Тир ЦНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, а д. 4/ иал 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 5 торсионы 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 н й- щ с 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 планками- . о стяжками, датчик перемещения, установленный вдоль измерительной оси дополнительной планки-стяжки основных стоек, и усилитель, вход которого подключен к датчику перемещения, а выход - ко второму входу основного дифференциального усилителя.2. Акселерометр по п. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что отношение массы введенных стоек и соеди" няющей 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. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США Р 3494204,кл. 73-517, опублик. 1966. 2, Патент США 9 3564929,кл. 73-516, опублик. 1967 (прототип).