Компенсационный акселерометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК Зш 60 5/13 ИЗО ЕТЕЛЬСТ ТОРСИ ОМЕТР,расОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Рыбинский авиационный технологический институт(56) 1. Патент США В 3090239,кл. 73-517, 1963,2. Авторское свидетельство СССРФ 824062, кл. ч 01 Р 15/13, 1979(54)(57) КОМПЕНСАЦИОННый АКСЕЛЕРсодержащий инерционный элемент,положенный в зазоре между двумя.электромагнитами, обмотки которьсоединены с выходами усилительнопреобразовательных блоков, датчикположения инерционного элемента,подключенный к входу блока динамической коррекции, блок суммированияи блок вычитания, источник опорногосигнала; блок индикации, датчикииндукции, чувствительные элементыкоторых размещены в зазорах между нерционным элементом и соотв вующим электромагнитом, два интегратора и две схемы, сравнения, причемодни из входов схем сравнения соединены с соответствующими выходамиблока суммирования и блока вычитания,а выходы - с входами интеграторов,выходы которых подключены к соответствующим входам усилительно-преобразовательных блоков, вторые входысхем сравнения подключены к выходамсоответствующих датчиков индукции,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью увеличения точности и расширения диапазона измеряемых ускорений,в него введены управляемый делительи управляемый усилитель, вход которого подключен к источнику опорногосигнала, а выход - к вторым входамблока суммирования и блока вычитания, первые входы которых подключенык первому входу управляемого усилителя, второй выход которого подключен к блоку индикации и к управляющим входам управляемого делителяи управляемого усилителя, а. входк выходу блока динамической коррек 1 11295Изобретение относится к приборо-строению и предназначено для измерения ускорения,Известен компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент, установленные с противоположных сторон от него электромагниты,обмотки которых соединены с выходамисоответствующих усилительно-преобразовательных блоков, датчик положения 10инерционного элемента, подключенныйк входу блока динамической коррекции,блок суммирования и блок вычитания,один из входов которых подключены кисточнику опорного сигнала, вторые - 15к выходу блока динамической коррекции, а выходы - к входам соответствующих усилительно-преобразовательных блоков, и блок индикации, входыкоторого соединены с выходами усилительно-преобразовательных блоков 1,В известном акселерометре ускорение, пропорциональное разностиэлектромагнитных сил, компенсирующих инерционную силу, вычисляется 25по разности токов в обмотках электро.магнитов, но разность токов нелинейно связана с разностью электромагнит.ных сил, причем нелинейность обусловлена изменением зазоров межцуэлектромагнитами и инерционным элементом, наличием гистерезиса принамагничивании магнитопроводов и инерционного элемента, влиянием температуры на магнитную проницаемостьмагнитопроводов, что обуславливаетвысокую погрешность измерения ускор ения.Наиболее близким к предлагаемомуявляется компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент,расположенный в зазоре между двумяэлектромагнитами, обмотки которыхсоединены с выходами усилительнопреобразовательных блоков, датчик 45положения инерционного элемента,подключенный к входу блока динамической коррекции, блок .суммирования иблок вычитания, одни из входовкоторых подключены к источнику опорного сигнала, другие - к выходу блока динамической коррекции, блок индикации, датчики индукции, чувствительные элементы которых размещеныв зазорах между инерционным элементом55и соответствующим электромагнитом,два интегратора и две схемы сравнения, причем одни из входов схем 24 1сравнения соединены с соответствующими выходами блока суммирования и блока вычитания и с входами блока индикации, а вьходы - с входами интеграторов, выходы которых подключены к соответствующим входам усилительно-преобразовательных блоков, вторые входы схем сравнения подключены к выходам соответствующих датчиков индукции 2 .Недостатками этого компенсационного акселерометра являются низкая точность и узкий диапазон измеряемых ускорений, связанные с наличием двух, плеч управления силами в зазорах между инерционным элементом и электромагнитами с различными коэффициентами передачи. Относительная максимальная погрешность измерения ускорения .этим компенсационным акселерометром определяется из выраженияс 1 ВС 1 Хщпкс(1)огде Ь О ,щ - максимальная относительная погрешность измерения ускорения;- относительная погрешность коэффициента передачи плеча компенсационного акселерометра;Оеаю - максимальное измеряемоеприбором ускорение;0 - фактически измеряемоеприбором ускорение,Даже при относительно низкойпогрешности коэффициента передачиплеча компенсационного акселерометра (не более 0,017) погрешность измерения максимального ускорениясоставляет 0,027. и увеличивается вдесять раз при каждом десятикратномуменьшении величины измеряемого ускорения. В этом случае легко определяется порог чувствительности компенсационного акселерометра. Например,при максимальном измеряемом ускорении 10", где- ускорение силыземного притяжения, он составит2 10 , т.е. диапазон измеряемых3 дускорений менее четырех порядков.Снижая величину максимального измеряемого ускорения, можно снизитьизмеряемое ускорение на пороге чувствительности,но диапазон измеряемых ускорений остается прежним, 1129524сигнал будет на выходе блока динамической коррекции 5, на обоих выходах управляемого усилителя 15, на входе блока индикации 9, на первых входах блока суммирования 6 и блока вычита ния 7. На вторые входы блока суммирования 6 и блока вычитания 7 подается сигнал, численно равный Во, с источника опорного сигнала 8 через управляемый делитель 14, Сигнал В сохранится на выходах блока суммирования 6 и блока вычитания 7 и на входах. схем сравнения 13. Регуляторы индукций, каждый из которыхвключает в себя датчик индукции 10 5 с чувствительным элементом 11, схему сравнения 13, интегратор 12, усили- тельно-преобразовательный блок 3 и электромагнит 2, задают. равные индукции в зазорах между инерционным эле ментом 1 и электромагнитами 2, следовательно, будут равны силы, действующие на инерционный элемент 1 со стороны электромагнитов 2, а блок индикации покажет нулевое ускорение.25В случае действия ускорения на компенсационный акселерометр имеет место смещение инерционного элемента 1 относительно электромагнитов 2. Датчик положения 4 вырабатывает сиг- ЗО нал, который блоком динамической коррекции 5 и управляемым усилителем преобразуется в сигнал, численно равный ЬВ, подаваемый на первые входы блока суммирования 6 и блока вы читания 7. Блок суммирования 6 вычисляет сумму индукции В + ДВ, а блок вычитания 7 - разность индукций Во- ДВ, которые подаются на схемы сравнения 13. Регуляторы индукций задают индукции в зазорах между инерционным элементом 1 и электромагнитами 2, равные В + Д В и В - ДВ и, следовательно, задают электромагнитные силы, компенсирующие перемещение 45 инерционного элемента, Ускорение, действующее на компенсационный акселерометр, опредебяется по приращению индукции ДВ, преобразованному в сигнал измеряемого ускорения на вто ром выходе управляемого усилителя 15, и индицируется блоком индикации 9.При измерении ускорений, близких к максимальному, в вазорах между инерционным элементом 1 и электро. - 55 магнитами 2 индукции имеют максимальный диапазон изменения от Во - Д В,д до Вц + ЬВи жесткость электромагнитной системы компенсации смещения инерционного элемента акселерометра максимальна, Погрешность измерения ускорения определяется выражением (1).При снижении измеряемого ускорения до одной десятой доли от максимального погрешность прибора возрастает до 0,2 . Выходной сигнал с второго выхода управляемого усилителя снижается до О, 1 от максимального. Пусть этот сигнал, поступающий на управляющие входы управляемого делителя ".4 и управляемого усилителя 15, уменьшит коэффициенты передачи управляемого делителя в 10 раз, управляемого усилителя по первому выходу - в 10 раз, по второму выходу - в Г"10 раз. В этом случае индукция Во уменьшится в 410 раз, максимальное отклонение индукции 6 Втакже уменьшитсяв 40 раз, а жесткость электромагнитной системы компенсации смещения инерционного элемента акселерометра снизится в 10 раз. Сигнал на втором выходе управляемого усилителя сохранится без изменения, но погрешность изменения ускорения, как следует из выражения (1), снизится в 10 раз, так как снизилось в 10 раз ц х, как следствие сниженияжесткости электромагнитной системы компенсации смещения инерционного элемента акселерометра.Автоматически снижая коэффициент передачи, управляемого делителя 14 и управляемого усилителя 15 по перво. му выходу в Дд раз, а по второму выходу в 10 раз при десятикратном снижении величины измеряемого ускорения, погрешность измерения ускоре- . ния не превысит 0,2%, Если коэффициенты передачи управляемого делителя 14 и управляемого усилителя 15 изменять непрерывно в зависимости от величины измеряемого ускорения, то жесткость электромагнитной системы компенсации смещения инерционного элемента акселерометра будет изменяться плавно и погрешность измерения ускорения не превысит 0,02 .Порог чувствительности компенсационного акселерометра в этом случае определится ростом других составляющих погрешности при уменьшении величины измеряемого ускорения, зависящих от свойств элементов электромагнитной компенсации усилий, и соста 7 9вит 1(Т( - 10 , т.е, диапазон из/34 Тираа 822 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 5, Иосква, Ж, Раущскааказ 9442 Подписноео комитета СССРи открытий1 ЗОЭ я наб., д. 45 Филиал ППП "Патен",город, ул. Проектная, 4 меряемых ускорений увеличится до 8-10 порядков.Таким образом, изобретение увеличивает точность измерения ускорений и расширяет диапазон измеряемас ускорений за счет управления аесткостью электромагнитной системы компенсации смещения инерционного элемента аксеперометра сигналом, про 5 порционалъньи измеряемому ускорению.