Интегрирующий акселерометр

Ю 1 эитж-Фелййчебйм 6 4 л на МЬА о И ЕИЗОБРЕТЕНИЯ79454 О Союз Советских Социалистических Республик(51) М, Кл.6 01 Р 15/08 6 01 С 21/16 Гасударственный комитет СССР по делам изобретений и открытийлетень45) Дат бликования описания 07.01,81 72) Авторы изобретения Ю. А. Левин, В. И. Каширин, С Романов адаревич и) Заявитель ТЕГРИРУЮЩИЙ АКСЕЛЕРОМЕТ 1Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерителям параметров движения подвижных объектов.Известны интегрирующие акселерометры, содержащие вращающуюся платформу с маятником, датчик угла маятника, усилитель и двигатель, Недостатком известных устройств является низкая точность интегрирования и невозможность получения двойного интеграла от ускорения ;1, 2.Предлагаемый акселерометр снабжен двумя закрепленными на оси подвеса маятника друзами, размещенными симметрично оси маятника и оси вращения платформы в проходящей через эти оси плоскости.На фиг. 1 представлена упрощенная кинематическая схема акселерометра; на фиг, 2 - диаграмма сил, действующих на подвижную часть акселерометра вследствие наличия угловой скорости вращения платформы; на фиг, 3 - диаграмма сил, действующих на подвижную часть акселерометра вследствие наличия углового ускорения платформы и измеряемого линейного ускорения,Акселерометр состоит из корпуса 1,чувствительного элемента, выполненного вви- де маятника 2 с жестко закрепленными на нем грузами 3, датчика угла 4, балансировочното устройства 5, цапф 6, опор 7, неподвижных обмоток 8 датчика угла 4, усилителя 9 обратной связи, двигателя 10, вращающейся платформы 11, жестко закреп 5 ленной на валу 12 двигателя 10, и исполнительного механизма 13.Ось подвеса маятника х перпендикулярна к оси чувствительности г, совпадающейс осью вращения платформы 11 и осью ва 10 ла двигателя 10. Центры масс инерционныхгрузов 3 находятся в плоскости хг. Ось уперпендикулярна к осям х и г и проходитчерез точку их пересечения. Центр масс 0маятника 2 расположен ,на оси у на рас 15 стоянии 1 з от оси маятника х. Центры массинерционных грузов 3 находятся на расстоянии 4, и 1"1 по разные стороны отоси у и на расстоянии Гз и Г 2 по разныестороны от оси х.Балансировочное устройство обеспечивает устранение паразитного момента отцентробежных сил. Это балансировочноеустройство в общем случае состоит, например, из двух, грузиков с массами т, и т 4,25 располагаемых на оси, перпендикулярнойк плоскости, в которой лежат инерционныегрузы т, и т", (см. фиг, 2),На фиг. 2,а представлена в изометриисхема распределения инерционных сил,зО вызываемых центробежными ускорениямиот угловой скорости вращения платформы,при наличии угла рассогласования а маятника. На фиг. 2,б и 2,в показаны проекциифиг. 2,а на плоскости гу и ху соответственно,Р Р, - инерционные силы, вызванныеско)ростью вращения ж платформы, действующие на инерционные грузы т, и т");РР, - инерционные силы, вызванныескоростью вращения а платформы, действующие на инерцион)ные грузы т, и т 4.Моменты от сил Р, и Р и моментыотсил Р, и Р, относительно оси подвесамаятника (ось х) направлены в противоположные стороны, а следовательно, суммарный момент этих сил путем подборамасс грузов тз и т 4 и их взаимного перемещения может быть сделан равным нулю.Путем несложных преобразований можнополучить выражение для суммарного момента от центробежных сил, действующихна маятник, в видеМ= в з 1 псоз а т,(Ц)+ т,(,) -- , (;) - т, (;)1, (1)Из выражения (1) следует, что суммарный момент от центробежных сил М на маятник равен нулю при любом угле рассогласования а при условии, что выражение в квадратных скобках равно нулю, т, е.:т 1 Ю + ЯК) т(з) - т(Из) =ОЭто условие практически легко достигается п)ри балансировке маятника путем изменения балансировочных масс тз и т 4 и плеч Гз и Гз при обеспечении необходимого дебаланса маятника ло отношению к линейному ускорению а,.В частности тз может равняться нулю нрит, + т", = т, = т и 1; = 1" = 1" = 1,;Таким образом, в акселерометре с необхо)димой степенью точности обеспечивается устранение погрешности (нелинейности) от влияния угловой скорости платформы при любых углах рассогласования а маятника. Равновесие маятника будет определяться в этом случае только линейным ускорением а, и угловым ускорением платформы з.Акселерометр работает следующим образом.При воздействии линейного ускорения а, вдоль измерительной оси г возникают инерционные силы, приложенные к маятнику 2 и грузам 3 (см, фиг. 3).Обозначим:l ОРР, - инерционные силы от угловыхускорений, действующих нагрузы 3 (т, и т",).Р - равнодействующая инерционных сил от линейного ускоре ния адействующая на центрмасс маятника (точка О).Момент от сил инерции М, вызванныйлинейным ускорением а, при наличии углаповорота маятника 2, равен;М=т 1, а, соза, (2) где т - полная масса маятника;1 з - расстояние до центра масс 0 отоси маятника.Момент М вызванный угловым ускорением грузов 3, равенМ, =Р; соз1,соз+Р соз 1 созй, (3) где Р, соз Р, Р. соз Р - проекции инерциРУонных сил Р.- и Р воздействующих нагрузы 3 с массами т 1 и т"ь на плоскость,перпендикулярную к оси маятника х, илиМ, = з(т, 1; 1 соз а+ т", 1" ,1; соз ф (4)При некотором угле рассогласованиямаятника а моменты М, и М,- уравновесятся за счет об)ратной связи, т. е,та,1, = з (т, ; 1;+ т", 1 1;),а угловое ускорение равно та,1 з / Ю Ю // 1, 1 г + т, 1, 1 з(5) 35 Угол поворота вала двигателя равен р=ф. Вай, (6)т 1 12+ тз 1 1 з,)о о 40 т. е. угол поворота вала, двигателя пропорционален двукратному интегралу от измеряемого ускорения.45 Исполнительный механизм 13 срабатывает при повороте вала двигателя на определенный угол, соответствующий заданному значению двукратного интеграла.Положительный эффект от использования предлагаемого изоб)ретения состоит в снижении суммарной погрешности акселерометра вследствие того, что измерительный орган расположен на платформе, жестко связанной с валом двигателя, т. е.отсутствует зубчатая передача, наличие которой приводит к поя)влению погрешности от сил трения в зубчатом зацеплении и увеличению погрешности при воздействии вибрации; уменьшается погрешность от боковых линейных ускорений, о)пределяемая угловым смещением маятника при воздействии измеряемого ускорения, поскольку момент, действующий на маятник от боковых ускорений, изменяется по направле нию с частотой вращения платформы и,,1 следовательно, среднее значение этого момента за один оборот платформы равно нулю. формула изобретения5Интегрирующий акселерометр, содержащий вращающуюся платформу, закрепленный на платформе маятник, ось подвеса и плечо которого перпендикулярны к оси вращения платформы, датчик угла маятни ка, усилитель, двигатель, на валу которого закреплена платформа, и датчик угла вала двигателя, отличающийся тем, что,с целью обеспечения возможности двойного интегрирования ускорения и повышения точности, он снабжен двумя закрепленными на оси подвеса маятника грузами, размещенными симметрично оси маятника и оси вращения платформы в проходящей через эти оси плоскости,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР504975, кл. б 01 Р 15/08, 18,01.74,2. Авторское свидетельство СССР375554, кл. 6 01 Р 7100, 12.06.70.Изд.121Подписное ударственного по делам открытий а, Ж,д. 4/5 Заказ 2722(10;Тираж 915 НПО ыПоискэ Гос комитета СССР изобретений и 113035, Москв Раушская наб