Акселерометр

(51)5 6 0 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ коллекти нного об 5.СР ьнои техниелерометр й рабочейбразовате- электричеакселерометры с из тко "привязанной"Известен такж кального ускорени заполненный рабоч образователем расх электрический сигн рых заключены газ тели перемещения мерите к карпу е аксе я, соде ейир ода ра ал надв овые о газо вы ьнои о ес лерометр вертиржащий корпус,азделенный пребочей жидкости в е камеры, в котобъемы, ограничих объемов,ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство ССЛЕ 1334940, кл. О 01 Р 15/08, 198Авторское свидетельство ССМ 640212, кл, О 01 Р 15/08, 1977(57) Использование; в измерителке, Сущность изобретения; акссодержит корпус, заполненньжидкостью и разделенный преолем расхода рабочей жидкости в Изобретение огносится к измерительной технике, а более конкретно к преобразователям линейного ускорения в электрический сигнал и может быть использовано в автономн 1 х виброизмерительных системах, навигационных системах, устройствах ориентации, идрофизических волнографах, буях и т.п.Известны акселерометры, содержащие корпус, заполненный рабочей жидкостью и разделенный преобразователем расхода рабочей жидкости в электрический сигнал на две камеры, в которых заключены газовые объемы, ограничители перемещения газовых объемов.Недостатком известных акселерометров является ограниченность функциональных возможностей, т.к. они могут работать лишь в одном режиме работы, либо как акселерометры с самоустановлением измерительной оси вертикально, либо как ский сигнал на две камеры, Первая камера выполнена сферической, а вторая состоит из двух сообщающихся между собой секций, одна из которых выполнена в виде двух пересекающихся под прямым углом полых торцов, а другая в виде сферы, которая расположена соосно первой камере и соединяется с ней в месте пересечения двух торов, Преобразователь расхода установлен в канале между сферической камерой и местом пересечения двух торов. Концы ограничителей перемещения газовых объемов выполнены в виде отрезков капиллярных трубок, расположенных в центре первой камеры и сферы соответственно. Объем газа во второй камере меньше половины объема сферической секции. 1 ил,Прототипу также присущ недостаток аналогов - ограниченные функциональные возможности, т.е. он функционирует лишь в одном режиме, как акселерометр с измерительной осью жестко "привязанной" к корпусу.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей акселерометра путем обеспечения двух режимов работы (режима с самоустановлением измерительной оси вертикально и режима с жес 1788472ткой "привязкой" измерительной оси к корпусу),Поставленная цель достигается тем, что первая камера выполнена сферической, а вторая состоит из двух сообщающихся между собой секций, одна из которых выполнена в виде двух пересекающихся под прямым углом полых торов, а другая в виде сферы, которая расположена соосно первой камеры и соединяется с ней в месте пересечения двух торов, причем преобразователь расхода установлен в канале между сферической камерой и местом пересечения двух торов, а концы ограничителей перемещения газовых объемов выполнены в виде отрезков капиллярных трубок, расположенных в центре первой камеры и сферы соответственно, причем объем газа во второй камере меньше половины объема сферической секции.При такой конструкции акселерометра обеспечено два режима его работы:1, режимс самоустановлением измерительной оси, когда акселерометр ориентирован в поле сил тяжести так, что сферическая секция второй камеры расположена внизу относительно первой камеры;2, режим с жесткой привязкой оси к корпусу акселерометра, когда акселерометр ориентирован в поле сил тяжести, что сферическая секц.я второй камеры расположена вверху относительно первой камеры.В первом режиме газовый объем второй камеры находится в полости торов. Поскольку первая камера и торы установлены концентрично, и уровень заполнения торов соответствует их общему центру, то расположение уровней жидкости в камерах при наклонных положениях акселерометра не зависит от угла наклона, Инерционным телом (чувствительным элементом) акселерометра является столб рабочей жидкости задаваемый разностью уровней жидкости в камерах. Уровни жидкости устанавливаются горизонтально, поэтому измерительная ось акселерометра устанавливается вертикально, Расход рабочей жидкости через преобразователь расхода пропорционален вертикальному ускорению и не зависит от наклона акселерометра, т,е, коэффициент преобразования акселерометра не зависит от наклона.Во втором режиме газовый объем второй камеры расположен в сферической секции. Поскольку газовый объем меньше по величине половины объема сферической секции, то конец отрезка капиллярной трубки ограничителя перемещения газового объема погружен в жидкость. Коэффициент510 15 20 преобразования акселерометра в этом режиме определяется длиной столба рабочей жидкости вдоль оси,по которой установлен преобразователь расхода и отрезки капиллярных трубок ограничителей перемещения газовых объемов, а измерительная ось направлена на этой оси, т,е, жестко "привязана" к корпусу.На чертеже изображен схематично вариант выполнения заявленного акселерометра.Герметичный корпус акселерометра состоит из первой сферической камеры 1, и второй камеры, состоящей из двух сообщающихся между собой секций, Одна секция выполнена в виде двух пересекающихся под прямым углом полых торов 2, а другая секция в виде сферы 3, Камера 1 установлена внутри пересекающихся под прямым углом торов секции 2 и пристыкована через преобразователь расхода рабочей жидкости в электрический сигнал 4 к месту пересечения торов секции 2, Соосно первой камеры 1 с другой стороны к этому же месту пересе 25 чения торов секции 2 пристыкована сферасекции 3. С двух сторон к каналу междусферической камерой 1 и местом пересе.чения двух торов секции 2, в котором установлен преобразователь расхода 430 пристыкованы ограничители перемещениягазовых объемов 5, б,выполненные в видеотрезков капиллярных. трубок, концы которых расположены в центре первой камеры1 и сферы секции 3 соответственно. Корпус35 акселерометра заполнен рабочей жидкостью 7 так, что в каждой из камер заключенопо газовому объему 8, 9. Величина газовогообъема 9, заключенного во второй камере,меньше половины объема сферы секции 3 и40 равен половине объема торов секции 2, Величина газового объема 8, заключенного всферической камере 1 меньше половиныобъема камеры 1,Акселерометр работает следующим об-:45 разом,Режим 1: Корпус акселерометра установлен так, что сферическая секция 3 расположена снизу относительно камеры 1, Притакой ориентации газсвый объем 9 во вто 50 рой камере размещается в верхней частиполых торов секции 2 причем уровень заполнения второй камеры проходит черезцентр установки, камеры 1При вертикальном ускорении рабочая55 жидкость 7, являющаяся инерционным телом (чувствительным элементом) акселерометра, перетекает из одной камеры в другуючерез ограничители 5, 6 и преобразователь4, на выходе которогс выдается электрический сигнал несущий информацию о расхо51015 20 25 30 35 40 45 50 55 де и, следовательно, об ускорении акселерометра, Протекание жидкости обусловлено разностью уровней жидкости в камерах и сжимаемостью газовых объемов 8, 9, Существенно, что наклон акселерометра в пределах, когда газовый объем 9 во второй камере расположен в области пересечения торов 2, не влияет на разность уровней жидкости 7 в камерах, Поскольку уровень жидкости 7 в камерах устанавливается горизонтально, камера 1 и торы секции 2 второй камеры установлены концентрично, уровень жидкости в торах проходит через центр установки камеры 1, то положение уровней при наклонах остается неизменным,Таким образом направление измерительной оси акселерометра самоустанавливается в указанных пределах углов наклона вертикально, Величина коэффициента преобразования акселерометра при этом так же не зависит от угла наклона.Режим 2: Корпус акселерометра установлен так, что сферическая секция 3 второй камеры расположена выше камеры 1. При этом газовый объем 9 во второй камере находится в сферической секции 3 второй камеры. Уровень заполнения сферы секции 3 рабочей жидкостью 7 расположен выше центра сферы секции 3, 4, следовательно, конец ограничителя перемещения газового объема 6 погружен в рабочую жидкость 7. При ускорении акселерометра вдоль измерительной оси - прямой соединяющей центры камеры 1 и сферы секции 3, рабочая жидкость перетекает из одной камеры в другую через преобразователь 4 и ограничители 5, 6, На выходе преобразователя 4 выдается электрический сигнал, несущий информацию об ускорении, Существенно, что измерительная ось в этом режиме жестка "привязана" к взаимному расположению центра камеры 1 и сферы секции 3, т.е. жестко "привязана" к корпусу акселерометра, Величина коэффициента преобразования вследствие сферической формы камеры 1 и секции 3 второй камеры не изменяется при наклонах при выполнении условия Режима 2 (газовый объем 9 расположен в сфере секции 3).Ограничители перемещения газовых объемов 5, 6 служат для предохранения от проскока газовых пузырьков из камер в канал, в котором установлен преобразователь расхода 4,Возможность работы акселерометра в двух режимах, позволяет получить более полную информацию об измеряемом ускорении. В первом режиме (режим с само- установлением измерительной оси) акселерометр позволяет определить величину проекции линейного ускорения на вертикальь.Во втором режиме (режим с жесткой привязкой измерительной оси) акселерометр позволяет определить величину проекции линейного ускорения на направление связывающее центры камеры 1 и сферы секции 3.1Например, для волнографа (морской буй) данные режимы позволяют получить параметры волнения,независимые от наклона буя и с учетом наклона буя, что позволяет с одной стороны определить параметры волнения, а с другой параметры движения буя при волнении, его ориентацию,Базовым объектом сравнения является прототип; Для измерения вертикального ускорения необходимо заранее устанавливать базовый акселерометр так, чтобы его измерительная ось была вертикальна, Заявленное устройство имеет расширенные функциональные возможности, т.к, в нем обеспечено самоустановление измерительной оси вертикально, а так же и режим работы без самоустановления измерительной оси.Заявляемый акселерометр целесообразно применять в автономном вибро- и сейсмо-измерительных устройствах, по условиям эксплуатации задать или определить ориентацию которых невозможно или сложно (морское дно, поверхность моря, глубокая скважина и т,п,).Кроме того, заявленный акселерометр возможно использовать в автономных навигационных устройствах, системах стабилизации ориентации судов, промышленных роботов,Формула изобретения Акселерометр; содержащий корпус, заполненный рабочей жидкостью и разделенный преобразователем расхода рабочей жидкости в электрический сигнал на две камеры, в которых заключены газовые объемы, ограничители перемещения газовых объемов, отл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения двух режимов работы, первая камера выполнена сферической, а вторая состоит из двух сообщающихся между собой секций, одна из которых выполнена в виде двух пересекающихся под прямым углом поых торов, а другая - в виде сферы, которая расположена соосно первой камере и соединяется с ней в месте пересечения двух торов, причем преобразователь расхода установлен в канале между сферической камерой и местом пересечения двух торов, а концы ограничи1788472 Корректор А,Мотыль то аз 71 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 эводств телей перемещения газовых объемов выполнены в виде отрезков капиллярных трубок, расположенных в центре первой Составитель В.Пахо Техред М,Моргентал камеры и сферы соответственно, причемобъем газа во второй камере меньше половины объема сферической секции,