Акселерометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИКРЕСПУБЛИК 51)5 С 01 Р 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ститут лерометра.Акселер чувствител в вцде ра го на нит кварцевыйыполненныйподвешенно"прикрепетр содержи ный элемент,-маятника торсионахмк ях ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к маятниковым компенсационным акселерометрам. Целью изобретения является повышение надежности акселерометрв.Для этого в акселерометр, содержащий,подвешенный на нитях - торсионах 2рамочный маятник 1, установленный в.корпусе посредством цилиндрическогоопорного элемента 4 снабженного Изобретение относится к измерительной технике, в частности к маятниковым компенсационным измерителям линейных ускорений - акселерометрам.Целью изобретения является повыше ние надежности конструкции акселерометра.На фиг,1 представлена упрощенная конструкция предложенного акселерометра; на фиг.2,3,4 - варианты выпол нения чувствительного элемента аксеконсольными боковыми стойками 3 икольцевыми ограничителями 5, дополни"тельно введены установленные нв торцах цилиндрического опорного элемента вдоль боковых стоек консольныевстречно-параллельно включенные. пьезоэлектрические силовые элементы б,а боковые стойки 3 снабжены отростками 7, каждый из которых охватывает по скользящей посадке пьезоэлектрический силовой элемент. На периодналичия перегрузок на биморфные пьезоэлементы 6 подается напряжение О,пьезоэлементы изгибаются навстречудруг дРугу и тем самым ослабляетсяили устраняется натяжение нитейфорсионов 2. Последнее защищает конструкцию кварцевого чувствительногоэлемента от разрушения в случае наличия перегрузок по оси Х его подвеса.4 ил. ленных к боковым .стойкам 3, имеющимГ-образную форму и отходящими от цилиндрического опорного элемента 4. К цилиндрическому опорному элементу 4 прикреплены также кольцевые ограничителя 5, охватывающие верхнюю пе рекладину маятника 1, и консольные пьезоэлектрические силовые элементы 6, установленные по торцам. Боковые стойки 3 снабжены отростками 7, каждый иэ которых охватывает по скользя щей посадке пьезоэлектрический силовой элемент 6. Кварцевый чувствитель ный элемент посредством призмы 8, в которой закрепляется цилиндрический опорный элемент 4, установлен в кор 1478826пусе, при этом боковые стойки рамки,маятника 1 располагаются в зазоремагнитных систем 9, а нижняя перекладина частично перекрывает световойканал управляемой оптопары, состоящей иэ источника излучения 10 и фотоприемника 11, Акселерометр имеетупоры 12, ограничивающие перемещениенижней перекладины маятника, и усилитель обратной связи, к входу которого подключен фотоприемник 11. Нититорсионы 2, боковые стойки 3, боковые стойки маятника 1 и его нижняяперекладина металлиэированы,Образованная таким образом электрическая цепь через нагрузочный резистор подключена к выходу усилителяобратной связи. Пьезоэлектрическиесиловые элементы б выполнены биморфными и включены в электрическую цепьуправляющего напряжения и параллельно друг другу. В то же время по своему силовому воздействию (направлениюпрогиба консоли в результате проявления обратного пьезоэффекта) они установлены встречно,Детали и элементы 1-5 и 7 выполнены из оптически чистого кварцевогостекла и соединены между собой сваркой. Элементы 6 прикреплены к торцамопорного элемента 4 на клею,Кольцевые ограничители 5 и верхняя перекладина маятника 1 в зонепрохождения через кольца покрыты антифрнкционным резиноподобным материа-.лом, например, Фторопластом - 17. Боковые стойки 3 чурствительного элемента (см. Фиг.1 и 2, вид с торца цилиндрического опорного элемента) выполнены в виде рамки, охватывающей цилиндрический опорный элемент 4 и снабженной поперечной перекладиной, расположенной вдоль образующей цилиндра опорного элемента 4 и прикрепленной к нему со стороны, противоположной маятнику. Боковые стойки 3 чувствительно элемента (см.фиг.3 и вид с торца цилиндрического опорно. о элемента с вырезом по сечению А-А) представляют собой относительно тон-.1 кий Г-образно изогнутый стержень, проходящий с зазором в пазу опорного элемента 4, В обоих случаях выполнения боковых стоек 3 их жесткость изгибу в направлении оси Х соизмерима либо меньше иэгибной жесткости пьеэо электрических силовых элементов.55 рианты) натяжение нитей-торсионов 2.В этом случае через маятник 1 либоне передаются. на нити 2 опасные инерционные нагрузки, либо сам маятник упирается в кольцевые ограничители 5, Облицовка (покрытие) кольцевых огра. -Акселерометр работает следующимобразомПри наличии измеряемых ускоренийпо оси У маятник. 1 поворачиваетсяна нитях-торсионах 2, Перемещениенижней перекладины маятника вызываетразбаланс дифференциального Фотоприемника 1, сигнал с которого поступает на усилитель обратной связи. Ток в выходной цепи усилителя, проходя по боковым перекладинам маятника 1, взаимодействует с"магнитным полем в зазоре магнитных систем 9, и15 в результате маятник удерживаетсяи исходном положении. Падение напряжения на нагрузочном резисторе, включенном последовательно с цепью маятника, есть мера измеряемого ускоре ния. При наличии ускорений, существенно превышающих верхнюю границу диапазона измерения, наступает ограничение по току в выходной цепи усилителя и маятник перемещается до со.прикосновения как с упорами 12, таки с кольцевыми ограничителями 5 ("ложится" на упоры), Таким образом, элементы 5 и 12 ограничивают опасные деФормации нитей - торсионов 2 при на личии перегрузок по оси У, Аналогичную роль по оси Е выполняют кольцевые ограничители 5. Режим перегрузок для акселерометра низкого диапазона измерения (с верхним пределом порядка 10 р) является нерабочим и обычно известен по времени. Это этап вы - вода на орбиту космического корабля,сопровождающийся значительными виброударными ускорениями (старт, отстрел40 ступеней ракетоносителей), и его посадка на космических объектах, сопровождающаяся ударными нагрузками. Введение в конструкцию акселерометрапьезоэлектрических силовых элементов 45 б, подключаемых к напряжению питания11 на действия перегрузок, позволяетзащитить конструкцию кварцевого чувствительного элемента от разрушенияв случае перегрузок по оси Х, Прн по- зО- "-даче напряжения 11 н биморфные пьезоэлементы 6 последние изгибаются навстречу друг другу и тем самым ослабляется или устраняется (возможны ваАкселерометр, содержащий подвешенный на нитях-торсионах рамочный маятник, установленный в корпусе посредством цилиндрического опорного элемента, снабженного консольными боковыми стойками и кольцевыми ограничителями, преобразователь перемещения маятника в электрический сигнал, магнитную систему и усилитель обратной связи, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности, в нем ца торцах цилиндрического опорного элемента вдоль боковых стоек установлены консольные встречно-параллельно включенные пьезоэлектрические силовые элементы, причем каждая из боковых стоек выполнена в виде Г-образного кроцштей " ца, прикрепленного к цилиидрцческому опорному элементу со стороны противоположной маятнику и охиатынающего своим свободным концом свободный конец пьезоэлектрического силового эле" мента, при этом кольцевые ограничители и часть рамки маятника, охваченная кольценылп. ограничителями, покрыты антифрикциоццым материалом. 5 14788 ничителей 5 и верхней стяжки маятника 1 антифрикционным резиноподобным материалом способствует более эффективному процессу демпфирования движе 5 ния маятника в случае виброударных воздействий, возникающих по всем осям. Следует обратить внимание на следующие два варианта соотношения параметров боковых стоек 3 и пьезо элементов 6. В первом варианте изгибная жесткость боковых стоек 3 по величине соизмерима с изгибной жесткостью пьезоэлементов б; в этом случае рабочее натяжение нитей-торсионов 2 15 обеспечивается первоначальной (созданной при сварке чувствительного элемента) упругой деформацией боковых стоек 3, и роль пьезоэлементов сводится к облегчению нагрузки на 20 торсионы в нерабочие периоды перегрузок на объекте. Во втором варианте изгибцая жесткость боковых стоек 3 значительно меньше изгибной жесткости пьезоэлементов 6, и рабочее на тяжение нитей-торсионов 2 обеспечивается первоначальной (созданной при сборке чувствительного элемента) упругой деформацией пьезоэлементов 6. Функции пьезоэлементов таким обра зом - создание требуемого рабочего натяжения нитей-торсионов и их защита от недопустимых перегрузок.Выше рассмотрен режим работы чувствительного элемента с защитой 35 относительно кратковременных перегрузок, когда пьезоэлемецты подключаются к источнику напряжения иа церабочий период для даццого устройства. Возможен и другой вариант, когда вре мя измерения мало по сравнению с нерабочим. В этом случае пьезоэлементы устанавливаются так, что их начальная упругая деформация обеспечивает провис подвеса маятника, а значит ц 45 его защиту от разрушения во всем, нерабочем периоде существования объек-, та и транспортировки. В рабочий же период подачей напряжения на пьезоэлементы обеспечивается освобождение боковых стоек 3 от поджатия пьезоэле" ментами и тем салым - требуемое рабочее натяжение нитей-торсиоцов. В качестве управляющего напряжения для 26 . 6этого варйанта устройства может быть использовано напряжение питания усилителя обратной связи.Оценка технико-экономического эффекта изобретения в сравнении с прототипом показывает, что в акселерометре типа КАМУ введение силовых пьезоэлектрических элементов и соответствующая формуле изобретения конструкция кварцевого чувствительного элемента позволяет повысить надежность, расширить нижнюю границу диапазона измерения в область использования подобных акселерометров. Расширение диапазона измерения и области использования оказывается возможным благодаря использованию более массивного маятника, в результате чего чувствительность акселерометра в целом возрастает, а его чувствительный элемент оказывается защищенным от воздействия разрушительных перегрузок. Формула и э о б р е т е н и я)47882 б г,2 еЧ . ставитель В хред М,Дидыя тнн Редактор Н Тимонина ектор М. Максимншин Подписи ГКНТ С открытияд. 4/5 Производственно-издательский комбинат ф 1 патеит", г.Уагород, ул. Гагарина,О аказ 3331 ,Тираж 450 НИИПИ Государственного комитета по 113035, Москва, Ж