Акселерометр-кубик моррисона

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 17 А 19) ОМИТЕТОТКРЫТИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ЕНИЯ ОБР ПИСАНИ ТВУ ОРСКОМУ СВИДЕТЕ(57) Использование: приборостроение, измерение линейных и угловых ускорений. Сущность изобретения: акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1. Внутри него в жидкости 3 расположен инерцион(51)5 6 01 Р 15/08, 6 01 С 21/12 ный элемент 2. Акселерометр на каждой грани имеет датчик перемещений и исполнительный орган ",О, связанные между собой через усилитель-преобразователь 9 и вычислительный блок 8, Каждый датчик перемещений выполнен в виде фотоэлектрического преобразователя и содержит размещенные на инерционном элементе 2 по одной оптической оси источник излучения 4, светоделитель 5 и полупрозрачное зеркало 6, На каждой соответствующей грани корпуса 1 . на той же оптической оси расположена матрица 7 приборов с зарядовой связью, сигнал с которой поступает на вычислительный блок 8. 2 ил,5 10 15 20 30 35 40 50 Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к измерителям углового и линейного ускорения.Известен угловой акселерометр, содержащий маховик, установленный на оси, совпадающей по направленио с чувствительной осью, а также индукционный датчик угла и датчик момента, Недостатками известного акселерометра являются низкая точность вследствие индукционного съема информации, а также низкие функциональные возможности вследствие Измеренйя тол."ко углового уско-. рения и относительно всего лишь одной оси,Известны различные виды однокомпонентных акселерометров, предназначенных для измерения кажущихся линейных ускорений подвижных обьектов. Среди этих акселерометров имеются такие, у которых чувствительная масса взвешена в жидкости,Для решения задач управления небходимо иметь не менее трех акселерометров, что увеличивает габариты и массу измерительного блока. Другим недостатком указанных акселерометров является низкая точность вследствие индукционного или емкостного съема информации о положении чувствительной массы. Известен трехкомпонентный акселерометр с кубической крестообразной инерционной массой с оптоэлектронным датчиком положения и электромагнитным датчиком момента. Недостатком данного акселерометра явля-ются низкие функциональные возможности вследствие измерения только трех параметров движения.Наиболее близким по технической сущности и предложенному изобретениюявляется кубик Моррисона, содержащий корпус,инерционный элемент в нем, жидкость в зазоре между корпусом и инерционным элементом, емкостные датчики перемещения и элеткромагнитные исполнительные органы, а также усилитель-преобразователь, электрически включенный между ними, Недостатком данногоустройства является низкая точность вследствие емкостного способа сьема информации о положении инерционного элемента относительно корпуса.Целью изобретения является повышение точности,Поставленная цель достигается тем, что в акселерометре-кубике Моррисона, содержащем корпус и расположенный в нем инерционный элемент, жидкость в зазоре между корпусом и инерционным элементом, расположенные по трем ортогональным осям датчики перемещения и исполнительные органы, между которыми включен усилитель-преобразователь, датчики перемещения выполнены в виде фотоэлектрических преобразователей, состоящих из расположенных на инерционном элементе источника излучения с шестью оптическими осями и зеркал вдоль этих осей, а также расположенных на каждой грани корпуса вдоль тех же оптических осей матриц приборов с зарядовой связью, а между усилителем-преобразователем и исполнительными органами включен вычислительный блок.Сущность изобретения заключается в следующем, Из геометрического центра каждой грани инерционного элемента, имеющего форму кубика, выходит луч, перпендикулярный его грани, в направлении соответствующей грани корпуса, на каждой из которых установлена матрица приборов с зарядовой связью, По шести парам координат точек падения лучей источника на матрицы приборов с зарядовой связью шести граней корпуса вычислительный блок определяет линейные смещения кубика Моррисона вдоль трех взаимно ортогональных осей и угловые смещения относительно трех взаимно ортогональных осей,Использование источников излучения, светоделителей, зеркал, матриц приборов с зарядовой связью и вычислительного блока в технике известны. Однако использование указанных элементов в универсальных инерциональных измерительных блоках типа кубика Моррисона не известно, о чем свидетельствует проведенный патентный поиск. Таким образом, использование в предложенном кубике Моррисона известных в отдельности признаков приводит к новому качеству, проявившемуся в положительном эффекте - повьшение точности, - в связи с чем изобретение обладает существенными отличиями.На фиг. 1 изображена функциональная схема предложенного акселерометра; на фиг. 2 - схема размещения осей координат матриц приборов с зарядовой связью корпуса устройства,Акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1, инерционный элемент 2, жидкость 3 в зазоре между корпусом 1 и инерционным элементом 2, источник излучения 4, светоделитель 5, полупрозрачное зеркало 6, матрицы 7 приборов с зарядовой связью, связанные электрически с вычислительным блоком 8, усилителем-преобразователем 9 и электромагнитными исполнительными органами 10. Акселерометр-кубик Моррисона работает следующим образом.Инерционный элемент 2, связанный с корпусом 1 только вязким трением жидкости 3, стремится сохранить свое положение неизменным в инерциональном 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 центром корпуса 1, а каждая грань инерционного элемента 2 параллельна соответствующей грани корпуса 1, При инулевоми положении все лучи источников излучения попадают в начала координат матриц 7 приборов с зарядовой связью соответствующих граней корпуса 1 (см. фиг,2), При смещении инерционного элемента 2 относительно инулевого" положения датчики перемещения измеряют это смещение, передают его на вычислительный блок 8, который определяет три ортогональные проекции смещения центра масс инерционного элемента 2 относительно трех взаимно ортогональных осей координат: 1-1 11, 11-1 Ч, Ч-Ч (см. фиг.2). Сигнал с вычислительного блока 8 через усилитель- преобразователь 9 передается на электромагнитные исполнительные органы 10, которые прикладывают к инерционному элементу 2 усилия, необходимые для его возвращения в "нулевое" палокение. Таким образом, под действием внешних сил, измеряемых датчиками перемещения и компенсируемых исполнительными органами 10, инерционный элемент совершает колебательные движения с небольшой амплитудой возле ннулевогом положения, т,е, предлокенное устройство работает в нуль-индикаторном режиме. Информация о линейных и угловых ускорениях, величины которых пропорциональны смещениям инерционного элемента 2, снимаются с вычислительного блока 8.Измерение положения инерционного элемента 2 осуществляется следующим образом, Луч источника 4, например, полупроводникового лазера, разделенный светоделителем 5 (см, рис,1) и полупрозрачным зеркалом 6, выходит из центра каждои грани инерционного элемента 2 (перпендикулярно этой грани) в направлении соответствующих граней корпуса 1, на которых размещены матрицы 7 приборов с зарядовой связью, по координатам точек падения лучей источника 4 на которые вычислительный блок 8 определяет угловое и линейное смещение инерционного элемента 2 относительно корпуса 1.Предположим, .что инерционный элемент 2, изначально помещенный в "нулевое" положение, начинает поворачиватьсяотносительно оси Ч-Ч 1, Тогда при малых угловых смещениях (з 1 п а=а);45 Хгде Хь У - координаты падения луча на 1-юматрицу приборов с зарядовой связью.Линейное движение инерционного элемента 2 вдоль оси Ч-Ч 1 относительно "нулевого" положения будет определятьсяформулой15 с=а=4При более сложном движении формулыусложнятся, однако принципиального отличия от прототипа определения положения 20 инерционного элемента 2 относительнокорпуса 1 в предлокенном устройстве нет.Отличие составляет высокоточный оптический способ измерения положения, дающий выигрыш по точности. Уже в настоящее вре мя успешно применяются матрицы приборов с зарядовой связью, разрешающая способность которых составляет единицы микрон, что приближает данный метод по точности к интерференционному и позволяЗ 0 ет повысить точность измерения положенияинерционного элемента 2 акселерометракубика Моррисона относительно корпуса 1, а значит и повысить точность измерения линейных и угловых ускорений посредством З 5 акселерометра в целом.Формула изобретенияАкселерометр-кубик Моррисона, содержащий корпус и расположенный в нем инер ционный элемент, жидкость в зазоре междукорпусом и инерционным элементом, располокенные по трем ортогональным осям датчики перемещения, исполнительные органы, маткду которыми включен усилитель= ао лреоарааователь,отл.ичающийся тем,что, с целью повышения точности измерений, датчики перемещения выполнены в виде фотоэлектрических преобразователей, состоящих из расположенных на инерцион ном элементе источника излучения, светоделителя с шестью оптическими осями и зеркал вдоль этих осей, а также расположенных на каждой грани корпуса вдоль тех же оптических осей матриц приборов с за рядовой связью, а между усилителем-преобразователем и исполнительными органами включен вычислительный блок.Коррек т Подитета по изобретениям иква, Ж, Раушская наб.,поз.". дств нно издательский комбина "Г 1 этент",Ужорел, ул,Гагарина,каз 4271 Тираж ВНИИНИ Государственного ко 10,15, МА Вино гентал ноерытиям при ГКНТ СС