Молекулярно-электронный угловой акселерометр

О П И С А Н И Е (и) 987531ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсннкСоцмвпнстнчесннкРеспублик(22) Заявлено 17. 08. 81 (21) 3332583/18-10с присоединением заявки якй, Кл. С 01 Р 15/08 Гввударстаквкык кфвевтет СССР вв евам кзевретекв н еткрытий(088,8) Дата опубликования опнсания 07.0183"Н.В,Петькин, Ю.Н.Осипов и В.А.Федорин(54) МОЛЕКУЛЯРНО-ЭЛЕКРОННЦИ УП)ОВОЙАКСЕЛЕРОМЕТР му 231Изобретение относится к измери-.тельной технике, в частности к молекулярно-электронным преобразователяммеханических сигналов в электрическийсигнал, предназначенных для регистрации угловых ускорений, скоростей,углов наклона движущихся объектов,а также угловых смещений земной корыи др.Известен молекулярно-электронныйугловой акселерометр электрокинети вческого типа, представляющий собойполый контур, имеющий форму тора,заполненный полярной жидкостью,например ацетоном, с расположеннымв нем электрокинетическим преобразователем потока в электрический сигнал 1 1 1,Недостатком электрокинетическогоуглового акселерометра является большое внутреннее сопротивление (порядлока 1 МОм ), невозможность регистрировать воздействия инфранизкочастотного диапазона 1,например, меньше 2О, 1 Гц ), а также изменение чувствительности во времени.Известен также молекулярно-элект,- ронный угловой акселереметр диффузионного типа, представляющий собой полую спираль, заполненную электролитом, например типа йод-йодид, и содержащую диффузионный преобразователь потока в электрический сигнал, электроды которого образуют совместно с электролитом обратимую окиалительно-восстановительную систеНедостатком этого акселерометра является его способность реагировать на угловые ускорения, направленные перпендикулярно оси чувствительности, что существенно снижает точность регистрации сигналов. Кроме того, чувствительность акселерометра со време" нем уменьшается, что требует периодической проверки и калибровки датчика.3 98753 40 Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсямолекулярно-электронный угловой ак"селерометр диффузионного типа, содержащий корпус с установленным внем на опоре замкнутым контуром,заполненным электролитом и снабжен-ным преобразователями потока электролита в электрический сигнал С 3.7.Недостатком известного датчика 10также является падение его чувствительности со временем, что при выполнении точных измерений требуетпериодической проверки и калибровкиррибора. 15Цель изобретения - повышение точ-.ности измерения,Указанная цель достигается тем,что внутри корпуса дополнительноустановлен жестко связанный с ним0пьезопреобразователь с подвижнымштоком, на котором жестко смонтирован замкнутый контур и которое посредством пружин связано с опорой,при этом ось вращения коромысла ориентирована перпендикулярно плоскости замкнутого контура.На чертеже представлена схемапредлагаемого устройства.Устройство содержит корпус 1 сустановленным в нем на опоре 2 полым контуром 3, заполненным электролитом, например йод - йодид, и содер"жащим преобразователи потока в электрический сигнал диффузионного типа 1,электроды которых образуют совместнос электролитом обратимую окислительно-восстановительную систему. Опора2 связана с коромыслом 5, концы которого жестко соединены с контуром3 посредством крестовых пружин 6.При этом внутри корпуса 1 располагается пьезообразователь 7, жесткосвязанный с корпусом 1, Причем шток8 пьезопреобразователя 7 соединен скоромыслом 5 в точке коромысла, расположенный между опорой и контуром,Предлагаемый акселерометр работает следующим образом,При воздействии углового: ускорения, вектор которого направлен вдольоси чувствительности акселерометра1 перпендикулярно плоскости контура3.), на преобразователях потока вэлектрический сигнал 4 возникаетперепад давления, величина которогопропорциональна угловому ускорению.Перепад давления вызывает через преобразователи пропорциональный углово 1 4му ускорению поток электроактивныхионов, который на электродах преобразователя преобразуется в электрический сигнал, С течением временивследствие процессов старения электролита, загрязнения активной поверхности измерительного канала гелями( это уменьшает эффективную площадьизмерительного электрода преобразователя ) чувствительность акселерометра понижается. Поэтому для проведения точных измерений необходимознание .чувствительности акселерометра в любой данный момент времени.Однако в настоящее время определе ние чувствительности углового акселерометра является довольно сложной задачей, поскольку для этоготребуется установка акселерометра наспециальный тарировочный стенд (довольно громоздкий по своим габаритами, главное, требующий сложной итрудоемкой наладки и юстировки ). Поэтому, как правило, определение чувствительности углового акселерометрапроводят один раз сразу после егоизготовления 1,значение чувствительности указывают в паспорте акселерометра ), Затем, после установкиакселерометра на объекте, указанноезначение чувствительности 1,по паспорту ) используется при обработке результатов измерений. В случае снижения чувствительности акселерометрасо временем точность регистрации,определяемая по паспортным данным,становится невысокой, поскольку истинная чувствительность акселерометра в данный момент времени неизвестна, а периодическая проверка .чувствительности акселерометраневозможна из-за отсутствия тарировочного стенда. Однако и при наличиитарировочного стенда для определения чувствительности необходимы отключение акселерометра от измеритель-ной системы, снятие акселерометра собъекта, установка на тарировочныйстенд, что связано с большой потерейрабочего времени, Поэтому основноедостоинство предлагаемого акселерометра в том, что появляется возможность определить его чувствительностьв любой данный момент времени (в течение всего срока эксплуатации); неснимая акселерометра с объекта.Принцип калибровки заключается вследующем,5 987531 бТочность определения чувствительности К в соответствии с Формулой(3) на верхней границе динамическогодиапазона имеет величину, порядка 10при условии, если регистрация выход"ного сигнала осуществляется с помощьюцифропечати, например Щ 68000 К)Таким образом, предлагаемый акселерометр позволяет определять вход"ное воздействие в течение всего времени эксплуатации с постоянной точностью порядка 1 ОФ.Предлагаемый акселерометр, обеспечивающий градуировку и проверкув любой момент времени, позволяетне только повысить точность регистрации измеряемого воздействия и темсамым повысить достоверность получаемой информации, но и продлить срокслужбы акселерометра например с 1,5года до 3-5 лет При этом в любоймомент эксплуатации точность регист"рации входного сигнала остаетсяпостоянной, не хуже чем 10. Я 2ЬЧ . 43)Кп)г -й (рсв С Формула изобретения К з 1,5 Ф - Ьс сад, ( с) 4 ЬО 2 1С помощью пьезопреобразователя 7, на вход которого подается синусоидальный сигнал йапряжения с .амплитудои 100-150 В, и коромысла 5,.на котором закреплен замкнутый контур 3, один конец которого соединен со штоком 8 пьезопреобразователя, а другой - с несущей опорой, крестовыми пружинами б осуществляется преобразование поступательного дви- в жения штока 8 во вращательное перемещение коромысла, т.е. замкнутого контура 3. При .этом амплитуда задаваемых угловых ускорений определяется иэ соотношения 15 где Г - частота синусоидального сиг- Онала, Гц 1А - длина плеча коромысла;К - коэффициент преобразованияпьеэокалибратора, м В ;цг - амплитуда синусоидальногонапряжения генератора, подаваемого на вход пьеэопреобразователя, В.бсли учесть, что относительная погрешность величин, входящих в соотношение 1 1 ), не превышает 1-24 ( например, пьезокалибратор аттесту.- ется с помощью лазерного интерферо.метра ), то погрешность задания угло" вого ускорения с помощью встроенного З калибратора имеет величину порядка 5-7 Ф на тарировочном стенде точность задания углового ускорения порядка 1,5-33 )Используя соотношение ( 1 ), можно40 определить чувствительность предлага.-. емого акселерометра: ЮО К А В.,Р,Ч- Р)4)Кя)ггде Ь О - выходной сигнал акселерометра, В;Ь Ч - задаваемое угловое уско-рение, определяемое по.Формуле (1 ).Например, при значениях паВраметров акселерометра Кп = 4,10 мВ-, А 2,410м чувствительность акселерометра в соответствии с Формулой ( 2 ) ойределяется из выражения Иолекулярно электронный угловойакселерометр, содержащий корпус сустановленным в нем на опоре замкнутым контуром, заполненным электролитом и снабженным преобразователями потока электролита в электрическийсигнал, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности изме"рения, внутри корпуса дополнительноустановлен жестко связанный с нимпьезопреобразователь с подвижнымштоком, соединенным с коромыслом,на котором жестко смонтирован контури которое посредством пружин связанос опорой, при этом ось вращения коромысла ориентирована перпендикулярноплоскости контура,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США М 2644901,кл. 310-2, 1953.2. Воронков Г.Я., Федорин В,А.Хемотронные устройства. И ВНИИЭИ,1965 с 8 б3. Исследование электрохимическогопреобразователя угловых ускорений спрямоугольным контуром. - Трудыметрологических институтов СССР987531 едактор Н.Егоров Подписно комитета СССРий и открытийушская наб., д. 4/ иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,СоставитеТехред С.ИшеТираж 87арственногоам изобретева, Ж, Р аз 10286/32 ВНИИПИ Госуд по дел 113035, Иос