Акселерометр

О П И С А Н И Е,901915ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциапистичесиихРесйубпик(5)М. Кл. б О 1 Р 15/13 3 ееудеретеееыЯ кеметет СССР ее делам езебретениЯ и открытейОпубликовано 30.01.82. Бюллетень4 Дата опубликования описания 02. 02. 82 В.Е. Мельников, В.ф. Сергеев, Н.В. Попов, .Н. Мельникова;и С.В. Кокуленко1 с;Московский ордена Ленина авиационный инсти 1 гдтим. Серго Ордноникидзе(54) АКСЕЛЕРОМЕТР 1Изобретение относится к элементам систем навигации и управления и предназначено для измерения ускорений и выдачи информации в аналоговой форме.В инерциальных навигационных системах для измерения линейных ускорений подвижных объектов широко используют акселерометры маятникового типа, построенные по компенсационному принципу и обладающие высокой точностью измерения, малыми габаритами и массой, Существенными признаками таких акселерометров являются наличие инерционной массы - маятника, представляющего собой чувствительный элемент (ЧЭ) прибора, конструктивных элементов подвеса маятника и специальной следящей системы - "электрической пружины", состоящей из датчика углового или линейного перемещения, усилителя, датчика момента и нагрузочного резистора 111 и (.21.Ори проектировании акселерометров указанного типа одной из основных 2проблем является разработка такогоподвеса инерционной массы, которыйобеспечил бы максимальную податливость только в одном направлениии был бы свободен от влияния трения, ф присущего жестким (камневым) опорам,а также гистерезиса, нестабильностии усталости, характерных для упругихподвесов.10Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является акселерометр, содержащий маятниковый П-образный ЧЭ в виде двух идентичных стоек, тйодни концы которых через струнные торсионы связаны с кварцевым основанием, жестко закрепленным в корпусе, авторые соединены планкой, фотоэлектрический датчик перемещения, подключенный ко входу усилителя, и датчикмомента. Для крепления подвеса в корпусе струны имеют массивные окончания, представляющие собой кварцевыеоснования, которые тем или иным спо903сабом зажаты в металлическом корпусе ГЗД.К недостаткам устройства следует отнести влияние на выходные характеристики акселерометра и, прежде всего, на так называемый, "нулевой сигнал" деформаций коряуса, вызванных изменением температуры окружающейсреды или полем инерционных сил, Этовлияние обусловлено конструктивными особенностями прототипа, у которого кварцевое основание, несущее все элементы подвеса и рамки, имеют два узЛа крепления с корпусом, разнесенныеотносительно друг друга на сравнительно большое расстояние, определяемое суммарной длиной двух струн и . планки рамки ЧЭ, Кроме того, осветитель и фотоприемник датчика перемещения, жестко связаны с металлическимкорпусом.В такой конструкции деформациикорпуса вызывают смещение элементовфотоэлектрического датчика относительно заслонки и взаимные смещенияточек крепления концов струнных торсионов, .В зависимости от направлениядеформаций, последние могут привестикак к изменение растягивающих усилийв струнах, так и к изменению пространственной ориентации ЧЗ. Поэтомув реальных условиях эксплуатации уакселерометров подобных конструкцийнаблюдаются значительные изменениянулевого уровня выходного сигнала икрутизны характеристики преобразования, возрастают погрешности от перекрестных ускорений.К недостаткам известного акселерометра можно также отнести сравнительно большие габариты его кварцевой части в направлении оси подвеса,что ограничивает возможности приме".нения таких приборов для ряда обьек"тов,Цель изобретения - повышение точности и уменьшение габаритов акселерометра.Указанная цель достигается тем, цто в акселерометр, содержащий маят-. никовый П-образный ЧЗ в виде двух идентицных стоек, одни концы которых через струнные торсионы связаны с кварцевым основанием, жестко закрепленным в корпусе, а вторые соединены планкой, фотоэлектрический датчик перемещения, подключенный ко входу усилителя, и датчик момента, введена до 19154полнительная П-образная рамка, жесткосвязанная с ЧЭ и расположенная в егоплоскости симметрично относительнаструнных торсионов, развернутых внутрьконтура ЧЭ, причем планка дополнительной П-образной рамки размещенавзазоре между осветителем и фотоприемником датчика перемещения, расположенными диаметрально на торцеО кварцевого основания, выполненногов виде цилиндра.На фиг. 1 и 2 представлена конструкция акселерометра.На держателях 1 основания 2 жест 15 ко закреплены осветитель 3 и Фотоэлектрический преобразователь 4, в зазоре между которыми размещена дополнительная планка 5, выполняющая рользаслонки. Элементы 3-5 образуют фото 20 электрический датчик перемещения соткрытым световым каналом. Планка 5жестко укреплена на стойках 6, неподвижно соединенных с П-образным ЧЭ 7,который подвешен на струнных торсиоИ нах 8. При этом планка ЧЭ 7 размещена в рабочем зазоре магнитной системы 9, Кварцевое основание 2 и магнитиая система 9 жестко закреплены в немагнитном металлическом корпусе 10.Зв Струны торсионного подвеса 8 и П-образный ЧЭ металлизированы и образуюттокопроводящий участок,При действии ускорения Ь по оси ХИЭ отклоняется, перемещая заслонку 51что измеряется датчиком перемещения.3На выходе дифференциального фотопре-,образователя 4 появляется напряжение,поступающее на входы дифференциального усилителя, В выходной цепи усилителя включены нагрузочное сопротивление и токопроводящий контур ЧЭ. Ток,протекающий по планке 7, помещеннойв постоянном магнитном поле, формирует момент обратной связи, уравновешивающий момент инерционных сил. Выходным сигналом является падение напряжения на сопротивлении нагрузки. В предлагаемом акселерометре можно в значительной степени устранить указанные выше недостатки прототипа. Это достигается так, что кварцевая часть акселерометра " ЧЭ, подвес, основание с держателями - выполнены в виде монолитного, кинематически законченного узла, крепление которого в металлическом корпусе осуществлено как бы в одной точке - по цилиндрической поверхности основания (в прототипе ис901915 бМенты рамки подвеса, а значит и на выходные характеристики акселерометра. формула изобретения пользовано двухточечное креплениекварцевого основания в корпусе) . Элементы датчика перемещения размещеныс помощью держателей на кварцевойчасти и не связаны непосредственно сметаллическим корпусом, как в известном акселерометре,Указанные особенности приводят ктому, что деформации корпуса не вызывают относительного смещения заслон- оки и элементов датчика перемещения ине влияют на характер напряженногосостояния струн. При этом погрешностьвозникает только за счет угловых смещений, которые могут изменить ориентацию оси чувствительности .прибора,величина ее не превосходит аналогичной погрешности в прототипе.Введение дополнительной П-образнойрамки позволяет расположить элементы 20фотоэлектрического датчика перемещения вне магнитной системы, достаточно близко друг относительно друга ина оси симметрии ЧЭ, проходящей черезего центр тяжести. В результате удаетфся увеличить коэффициент передачи датчика положения и уменьшить в его выходном сигнале составляющие, вызванные некоторыми вредными (нерабочими)движениями ЧЭ. 30За счет расположения струн торсионного подвеса внутри контура ЧЭ,более чем в 1,5 раза уменьшены габариты кварцевой части вдоль оси подвеса и значительно уменьшено рассто- уяние между точками крепления концовструн к основанию. Последнее существенно снижает влияние возможных де"формаций кварцевого основания на эле 1 Акселерометр, содержащий маятниковый П-образный чувствительный элемент в виде двух идентичных стоек, одни концы которых через струнные торсионы связаны с кварцевым основанием, жестко закрепленным в корпусе, а вторые соединены планкой, фотоэлектрический датчик перемещения, подключен. ный ко входу усилителя, и датчик момента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьицения точности и уменьшения габаритов акселерометра, в него введена дополнительная П-образная рамка, жестко связанная с чув- ствительным элементом и расположенная в его плоскости симметрично относи-тельно струнных торсионов,развернутых внутрь контура чувствительного эле" мента, причем планка дополнительной П-образной рамки размещена в зазоре между осветителем и .Фотоприемником, датчика перемещения, расположенными диаметрально на торце кварцевого основания, выполненного в виде цилиндра. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 Патент СшА М 3 Я 91204, кл 73-517опубли к.1970.2. Патент Великобритании йф 1069676,кл. О 1: й, опублик. 1966,3. Патент США У 3564928,кл 73"516,опублик, 1971 (прототип).. Полунинелевиц Ревак Е. Папп7 О/4 етни аказ И 1130 Я Фили Составитель ИТехрен Ж.КастТираж 682 И Государственн делам изобрете Иосква К"Я ПП "Патент", г. Корректор Г.Ф Подписноего комитета СССРий и открытийУжгород, ул. Проектная,