Акселерометр-кубик моррисона

)5 6 01 Е ИЗОБРЕТЕНИЯ ИДЕТЕЛ ЬСТВ АВТОРСК М С: ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(57) Использование: приборостроение, измерение. угловых и линейных ускорений,Сущность изобретения: акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1. Внутринего в жидкости 3 расположен инерционный элемент 2. На каждой грани корпуса 1 расположена матрица 5 приборов с зарядовой связью с центральным отверстием б и источник излучения 4, На каждой грани инерционного элемента 2 закреплена матрица 8 приборов с зарядовой связью, закрытая полупрозрачным зеркалом 7. Оптическая ось источникаизлучения 4 на каждой грани проходит через отверстие 6 в матрице 5 и совпадает с центром матрицы 8 на инерционном элементе 2. Обе матрицы 5 и 8 и источник излучения 4 на каждой грани, акселерометра образуют датчик перемещения, связанный через усилитель-преобразователь 9 с исполнительными органами 10, 1 ил,Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к измерителям углового и линейного ускорения.Известен угловой акселерометр, содержащий маховик, установленный на оси, совпадающей по направлению счувствительной осью, а также индукционный датчик угла и датчик момента, Недостаткамй известного акселерометраявляетсянизкая точность вследствие индукционного съема информации, а также низкие функциональные возможностивследствие измерения только углового ускорения и относительно всего лишь однойоси,Известно устройство для контроля соосности двух отверстий, содержащее двацентрирующих корпуса с координатнымимарками, полупрозрачным зеркалом на одном и источником излучения на другом,Данное устройство позволяет по координа.там положения центра отраженного от полупрозрачного зеркала пучка нафотоприемнике определить угловое отклонейие двух отверстий, а по координатам положения отраженного и прошедшего черезполупрозрачное зеркало лучей на оба фотоприемника - определить отклоненйе от соосности контролируемых отверстий.Данное устройство измеряет взаимное угловое смещение двух отверстий относительно двух осей, перпендикулярных междусобой и оптической оси лазера, хотя имеетвозможность определять угловое смещениеи относительно этой оси. Еще одним недо,Фстатком известного устройства является отсутствие у него возможности измерениярасстояния между координатными фотоприемниками,Известен трехкомпонентный акселерометр с кубической крестообразной инерционной массой с оптоэлектронным датчикомположения и электромагнитным датчикоммомента, Недостатком данного акселерометра являются низкие функциональныевозможности вследствие измерения толькотрех параметров движения.Наиболее близким по технической сущности и предложенному изобретению является кубик Моррисона, содержащий корпус,инерционный элемент в нем, жидкость взазоре между корпусом и инерционным элементом, емкостные датчики перемещения и электромагнитные исполнительные органы, а также усилитель-преобразователь, электрически включенный между ними, Недостатком данного устройства является низкая точность вследствие емкостного способа съема информации о положении 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 инерционного элемента относительно корпуса.Целью изобретения является повышение точности,Поставленная цель достигается тем, чтов акселерометре-кубике Моррисона, содеркащем корпус и расположенный в неминерционный элемент, жидкость в зазоремежду корпусом и инерционным элементом, расположенные по трем ортогональным осям датчики перемещения иисполнительные органы, между которымивключен усилитель-преобразователь, датчики перемещения выполнены в виде фотоэлектрических преобразователей,состоящих из установленной на каждой грани инерционного элемента матрицы приборов с зарядовой связью, закрытойполупрозрачным зеркалом, а также расположенных на каждой грани корпуса матрицы приборов с зарядовой связью сцентральным отверстием и источника излучения, вдоль оптической оси которого расположены отверстия в матрице и зеркало наинерционном элементе,Сущность изобретения заключается вследующем. По координатам точек падениялучей источника на матрицу приборов с зарядовой связью определяется положениеинерционного элемента относительно корпуса - угловое смещение относительно трехвзаимно ортогональных осей и линейноесмещенйе вдоль тех же осей, Использование матриц приборов с зарядовой связьюпозволяет повысить точность по сравнениюс емкостными измерителями положения,Использование источников излучения,матриц приборов с зарядовой связью и полупрозрачного зеркала известно, например, в устройствах для контроля соосностидвух отверстий 2, Однако в данном устройстве эти элементы используются для измерения четырех параметров. Впредложенном устройстве эти же элементыизмеряют шесть параметров, благодаря использованиюматриц приборов с зарядовойсвязью в измерительных устройствах обеспечивается повышение точности по сравнению с прототипом, Таким образом,использование в предложенном акселерометре-кубике Моррисона совокупности известных в отдельности признаков приводитк новому качеству, проявившемуся в положительном эффекте - повышении точности,в связи с чем изобретение обладает существеннымими отличиями.На чертеже изображена функциональнаясхема акселерометра-кубика Моррисона.Акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1 и расположенный в нем инерционный элемент 2, жидкость 3 в зазоре между корпусом и инерционным элементом2, источники 4 излучения, матрицы 5 приборов с зарядовой связью с центральными отверстиями б и закрытые полупрозрачными зеркалами 1 матрицы 8 приборов с зарядовой связью, усилитель-преобразователь 9 и исполнительные органы 10.Акселерометр-кубик Моррисона работает следующим образом, 10 Инерционный элемент 2, связанный с корпусом 1 только вязким трением жидкости 3, стремится сохранить свое положение неизменным в инерциальном пространстве. Поэтому при движении корпуса 1 инерционный элемент 2 смещается относительно "нулевого" положения, за которое принимается положение инерционного элемента 2, когда его геометрический центр совпадает с геометрическим центромкорпуса 1, а каждая грань инерционного элемента 2 параллельна соответствующей грани корпуса 1, При смещении инерционного элемента 2 относительно "нулевого"полокения датчики перемещения измеряют это смещение, передают на усилитель-преобразователь 9 координаты точек падения лучей на матрицы 5 и 8 приборов с зарядовой связью. Усилитель-преобразователь 9определяет три ортогональные проекции смещения центра масс инерционного элемента 2 относительно трех взаимно ортогональных осей координат и угловое смещение инерционного элемента 2 относительно трех взаимно ортогональных осей, Сигнал с усилителя-преобразователя 9 поступает на электромагнитные исполнительные органы 10, которые прикладывают к инерционному элементу 2 усилия, необходимые для его возвращения в "нулевое" полокение. Таким образом, под действием внешних сил, измеряемых датчиками перемещения и компенсируемых исполнительными органами 4, инерционный элемент 2совершает колебательные движения с небольшой амплитудой возле "нулевого" положения, т,е, предложенное устройство работает в нуль-индикаторном режиме. Информация о линейных и угловых ускорениях, величины которых пропорциональны смещениям инерционного элемента 2, снимаются с усилителя-преобразователя 9.Измеренйе положения инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 осуществляется следующим образом. Луч источника 4, в качестве которого может использоваться полупроводниковый лазер, проходит сквозь отверстие 6 в матрице 5 приборов с зарядовой связью и попадает на полупрозрачное зеркало 7, размещенное на 20304560 инерционном элементе 2. Часть излученияпроходит сквозь полупрозрачное зеркало 7и попадает на матрицу 8 приборов с зарядовой связью, часть излучения отражается отполупрозрачного зеркала 7 на фотоприемник 5, размещеннйй на корпусе 1;По координатам х и уточки падейия лучана матрицу приборов 5 с зарядовойсвязьюсудят об угловом смещении ийерционногоэлемента относительно двух йз трех взаимно ортогональных осей корпуса 1, параллельных соответствующей плоскостикорпуса 1 2.=айя о, (,)р =агщ - ,У 1где а иф - углы, характеризующие угловоесмещение инерционного элемента 2 относительно указанных осей,х 1 и у 1 - координаты точки падения лучаисточника 4 на матрицу 5 приборов с зарядовой связью при условии, что начало координат совпадает с отверстием 6,0 - ширина зазора между инерционнымэлементом 2 и корпусом 1 вдоль оптическойоси источника 4 излучения.Линейные смещения хз и уз инерционного элемента 2 вдоль двух взаимно ортого-.нальных осей, перпендикулярныхоптической оси источника 4, определяютсяпо формулам 2:, Х 2соза Г 2)У 2уз- - ,где х 2, у 2 - координаты точек падения лучана матрицу 8 приборов с зарядовой связью.Если хз=О и уз=О одновременно, то можно определить угловое смещение инерционного элемента 2 относительно третьей извзаимно ортогональных осей каркаса, совпадающей с оптической осью источника излучения:Гд)хзгде у - угол смещения инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 вокруг указанной оси. Если использовать источник 4 излучения с расходящимся лучом, а центральное отверстие б в матрице 5 приборов с зарядовой связью - круглой формы, то по площади пятна засветки матрицы 8 и матрицы 5 можно будет определить шестой параметр положения инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 - расстояние б от инерционного элемента 2 до корпуса 11781616 быть осуществлена электромагнитным путем через электромагнитные исполнительные органы 10 путем высокоточной модуляции сигнала. Составитель А,ВинокуровТех ред М. Моргентал Корректор М.Петрова Редактор Заказ 4271 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж.35, Раушскаянаб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 вдоль оптической оси источника излучения 4.Для" определения полного комплекта параметров, характеризующих положение инерционного элемента относительно кор пуса 1, достаточно описанных выше датчиков перемещения, размещенных на двух взаимноортогональных гранях. Использо-вание дополнительных датчиков перемещенияпозволяет повысить точность 10 измерения за счет осреднения сйгналов инадежность за счетрезервирования.На входе усилителя-преобразователя 9 установлены последовательно связанные преобразователь выходных сигналов мат риц 5 и 8 приборов с зарядовой связью в код, микропроцессор, преобразующий коды выходных сигналов матриц приборов с зарядовой связью 5 и 8 в коды Шести парамет ров положения инерционного элемента 2 20 относительно корпуса 1, и цифроаналоговый преобразователь, Программа работы микропроцессора может быть записана в постоянном запоминающем устройстве.Передача сигнала с матриц 8 приборов 25 с зарядовой связью инерционного элемента 2 на усилитель-преобразователь 9 может Формула изобретения Акселерометр-кубик Моррисона, содержащий корпус, внутри которого расположен инерционный элемент и жидкость в зазоре между корпусом и инерционным элементом, расположеннОе по трем ортогональным осям датчики перемещений и исполнительные органы, между которыми включен усилитель-преобразователь, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, датчики перемещения выполнены в виде фотоэлектрических преобразователей, состоящих из установленной на каждой грани инерционного элемента, линейки приборов с зарядовой связью, закрытой полупрозрачным зеркалом, а также расположенных на каждой грани корпуса линейки приборов с зарядовой связью с централь. ньгм отверстием и источника излучения, вдоль оптической оси которого расположе ны отверстия в линейке на корпусе и линей ка с зеркалом на инерционном элементе.