Акселерометр

.х. иче(54) АКСЕЛЕ Р (57) Изобрете онным низкоч ро метрам использовани инерциальной ОМЕТР ние относ астотным и пред я на раз навигаци тся к компенсаци линейным акселе назначено для ичных обьектах с ей. Цель изобрете ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Рыбинский авиационный технолский институт(56) Автсрское свидетельство СССРМ 1068620, кл, 6 01 Р 15/13, 1981.Авторское свидетельство СССРВ 824062, кл. 6 01 Р 15/13, 1979. Ы , 1679396 А ния - снижение энергопотребления акселерометра, При наличйи измеряемого ускорения инерционная масса 1 смещается между двух диаметрально противоположных электромагнитов 2. Величины токов в рабочих обмотках 3 электромагнитного подвеса, содержащего резонансные контуры с конденсаторами 4, и дополнительные обмотки 5, размещенные на магнитопроводах электромагнитов, а также выпрямительный мост б, управляемые дроссели 7 будут меняться в зависимости от сигнала с чувствительных элементов 11 датчика индукции 10. При этом блок суммирования 12 и блок вычитания 13, входы которых подключены к выходам датчиков индукции 10, и блок индикации 17, подключенный к выходу блока вычитания, показывают величину измеряемого ускорения, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.50 Изобретение относится к измерениюпараметров движения, в частности к компенсационным линейным низкочастотнымакселерометрам, и может быть использовано для измерения ускорений объектов раз личного класса и назначения,Цель изобретения - снижение энергопотребления акселерометра.На фиг. 1 представлена функциональная схема акселерометра; на фиг. 2. - характеристики электромагнитного резонансного подвеса акселерометра; на фиг, 3 -векторные диаграммы нагрузочных цепей.усилительно-преобразовательного блокадля среднего положения инерционной массы.На фиг. 1 - 3 введены следующие обозначения: д 1,и д 2 - зазоры между инерционной массой и электромагнитами;- ток вцепи последовательно соединенных контуров; 1 д - ток в дополнительном дросселе; вток в выходной цепи усилительно-преобразовательного блока; О - напряжение на выходе усилительно-преобразовательногоблока; Е и Е 2 - средние значения электродвижущих сил индукции; Оо - напряжение,вырабатываемое источником опорного сигнала дмас д 2 мас д 0 максимальные исредний зазоры между инерционной массой и соответствующими элетроманитами; Х - модуль реактивного сопротивления;1 - действующее значение тока, Х - модульреактивного сопротивления последовательно соединенных контуров; Хд 1, Хд 2 - модулиреактивных сопротивлений дополнительного дросСеля и управляемого дополнительного дросселя соответственно;- действующее значение тока в цепи последовательно соединенных контуров; 1 Д, 1 д 2действующие значения токов в дополнительном дросселе и управляемом дополнительном дросселе соответственно; 1, 2 -действующие значения токов в выходнойцепи усилительно-преобразовательногоблока в устройстве с дополнительным дросселем и управляемым дополнительным дросселем соответственно; 1 с 2 - векторы токов в конденсаторах электромагнитного резонансного подвеса; 1 у, 12 - векторы токов в рабочих обмотках электромагнитов, Ом, О - векторы напряжений на выпрями- тельном мосте и последовательно соединенных контурах; О - вектор напряжения на выходе усилительно-преобразовательного блока: 1 - вектор тока в цепи последовательно соединенных контуров; д 1, 1 Д 2 - векторы токов в цепи дополнительного дросселя соответственно; 11, 12 - векторы токов в нагрузке усилительно-преобразова 5 10 15 20 30 35 40 45 тельного блока с дополнительным дросселем и с управляемым дополнительным дросселем соответственно.Акселерометр содержит инерционную массу 1, расположенную между двумя диаметрально противоположными электромагнитами 2, электромагнитный подвес, содержащий последовательно. соединенные резонансные контуры, образованные рабочими обмотками 3 диаметрально противоположных электромагнитов и конденсаторами 4, дополнительные обмотки 5, размещенные на магнитопроводах электромагнитов, выпрямительный мост б, управляемые дроссели 7, подключенные к дополнительным обмоткам 5 электромагнитов, обмотки 8 управления управляемых дросселей подключены к выходам постоянного тока выпрямительного моста б и зашунтированы дополнительным конденсатором 9, два датчика 10 индукции, чувствительные элементы 11 которых размещены в зазорах между инерционной массой и соответствующим электромагнитом, блок 12 суммирования и блок 13 вычитания, входы которых подключены к выходам датчиков 10 индукции, схему 14 сравнения, один из входов которой подключен к выходу блока суммирования, источник 15 опорного сигнала, подключенный к второму входу схемы 14 сравнения, усилительно-преобразовательный блок 16, вход которого подключен к выходу схемы сравнения, блок 17 индикации, подключенный к выходу блока 13 вычитания, дополнительный управляемый дроссель 18, подключенный к выходу усилительно-преобразовательного блока 16 параллельно с включенными последовательно выпрямительным мостом б и резонансными контурами, Обмотка 19 управления дополнительного управляемого дросселя подключена к выходам постоянного тока выпрямительного моста 6,Акселерометр работает следующим образом.При отсутствии ускорения инерционная масса 1 расположена на равных расстояниях от двух диаметрально противоположных электромагнитов 2, Напряжение О распределяется между резонансными контурами поровну. Величины токов 1 ц и 1.2 в рабочих обмотках 3 определяются величиной падения напряжения на каждом резонансном контуре, которое в то же время зависит от зазора между инерционной массой и соответствующим электромагнитом и от вносимого в резонансный контур дополнительной обмоткой 5 сопротивления емкостного характера, зависящего от соотношения междуинцуктивным сопротивлением управляемого35 40 45 50 55 дросселя 7 и индуктивным сопротивлением дополнительной обмотки 5.Величина индуктивного сопротивления управляемого дросселя 7 определяется током управления, протекающим по обмотке 8 управления, который является в то же время током цепи последовательно соединенных резонансных контуров, преобразованным в постоянный выпрямительным мостом 6 и конденсатором 9. При равных зазорах между инерционной массой 1 и электромагнитами 2 токи 1 у и 2 также равны. В этом случае электромагниты формируют равные потоки и индукции в зазорах. Датчики 10 индукции с чувствительными элементами 11 вырабатывают средние значения электродвижущих сил индукции Е 1 и Е 2, которые также равны,Сумма электродвижущих сил индукции вырабатывается блоком 12 суммирования и схемой 14 сравнения сравнивается с напряжением Оо, вырабатываемым источником 15 опорного сигнала. Рассогласование со схемы сравнения преобразуется в переменное напряжение, усиливается усилительно- преобразовательным блоком 16 и в виде напряжения питания О подается на электромагнитный подвес, который вырабатывает индукции в зазорах между инерционной массой 1 и электромагнитами 2, измеряемые чувствительными элементами 11 датчиков 10 индукции. При большом коэффициенте усиления усилительно-преобразовательного блока 16 сумма электродвижущих сил индукций, вычисляемая блоком 12 суммирования постоянна и в пределах заданной точности равна напряжению, вырабатываемому источником 15 опорного сигнала. Разность средних значений электродвижущих сил индукций Е 1 и Е 2, вырабатываемая блоком 13 вычитания, равна нулю, следовательно блок 17 индукции фиксирует нулевое ускорение,Полная мощность двух электромагнитов определяется произведением О .1. Последовательное включение резонансных контуров, образованных рабочими обмотками 3 и конденсаторами 4, снижает потребляемую электромагнитами энергию в единицу времени до О 1, где 1 1 ц, причем характер нагрузки для усилительно-преобразовательного блока 16 становится емкостным (фиг. 3).Дополнительный дроссель 18, подключенный к выходу усилительно-преобразовательного блока, является индуктивным сопротивлением. Ток 1 д в дополнительном дросселе имеет фазовый сдвиг, близкий к 180 О, относительно тока, протекающего по цепи последовательно соединенных конту 5 10 15 20 25 30 ров, Суммарный ток 11, протекающий в выходной цепи усилительно-преобразовательного блока 16. меньше тока 1, поэтому полная мощность усилительно-преобразовательного блока, равная О 1, меньше мощности электромагнитного резонансного подвеса, равной О 1.Подключение обмотки 19 управления дополнительного управляемогодросселя 18 к выходам постоянного тока выпрямитель- ного моста улучшает согласованность реактивных сопротивлений цепи последовательно соединенных резонансных контуров и дополнительного управляемого дросселя 18, что снижает величину тока 2 на выходе усилительно-преобразовательного блока 16 и снижает расходуемую акселерометром энергию,При наличии ускорения инерционная масса 1 смещается, Электромагнитный подвес вырабатывает центрирующую силу, которая компенсирует инерционную силу, а управляемые дроссели за счет вносимых сопротивлений в резонансные контуры перестраивают силовую характеристику электромагнитного резонансного подвеса в динамике таким образом, что в закон регулирования зазора вводится производная от изменения зазора и обеспечивается динамическая устойчивость подвеса, а в статике стабилизируются силовая характеристика подвесэ при изменении внешних условий, что делает электромагнитный резонансный подвес адаптивным.Ускорение, действующее на аселерометр в соответствии с законом Ньютона, формулой Максвелла и законом электромагнитной индукции, выражается через средние значения электродвижущих сил индукции Е 1 и Е 2, вырабатываемые датчиками индукции: а -- К(Е 1-ЕИ), д,пв г К 5 где,и, - магнитная постоянная;п - величина инерционной массы;а - число витков обмотки чувствительного элемента;в - круговая частота напряжения питания электромагнитного подвеса;Кф - коэффициент формы индукции в зазорах электромагнитного подвеса;Я - площадь сечения полюсного наконечника электромагнита.Разность квадратов электродвижущих сил индукций в приведенном выражении представим в видеа = К Оо(Е 1 - Е 2) 10 15 20 25 30 35 40 45 причем сумма средних значений электро- движущих сил индукции постоянна и равна О тогда указанное выражение примет вид Разность электродвижущих сил индукцийпропорциональная измеряемому ускорению, вырабатывается блоком 13 вычитания и фиксируется блоком 17 индикации,Реактивное сопротивление последовательно соединенных контуров увеличивает, ся при смещении инерционной массы 1 от среднего положения между электромагнитами 2, поэтому подключение дополнительного дросселя 18 с постоянным реактивным сопротивлением Хд 1 к выходу усилительно- преобразовательного блока 16 параллельно соединенным последовательно выпрями- тельному мосту с резонансными контурами снижает ток 1 в выходной цепи усилительно-преобразовательного блока до минимального значения при двухположениях инерционной массы, например при зазорах д 1 макс и д 2 макс (фиг, 2). В этом случае ток 1 на среднем зазоре до сохраняется достаточно большим,Выполнение дополнительного дросселя 18 управляемым, обмотка 19 управления которого подключена к выходам постоянного тока выпрямительного моста,обеспечивает изменение тока в обмотке 19 управления в соответствии с изменением тока , поэтому управляемый дополнительный дроссель при смещении инерционной массы изменяет свое реактивное сопротивление по закону, близкому к закону изменения реактивного сопротивления последовательно соединенных контуров, а так как укаэанные сопротивления носят индуктивный и емкостный характер соответственно, то ток г в выходной цепи усилительно-преобразовательного блока будет минимальный, а расход энергии определяется только потерями энергии в обмоточных проводах и материалах магнитопроводов,Формула изобретения 1. Акселерометр, содержащий инерционную массу, электромагнитный подвес,включающий два диаметрально противоположных электромагнита с рабочими обмотками, датчики индукции, чувствительные элементы которых размещены в зазорах между инерционной массой и электромагнитами, блок вычитания, схему сравнения, один из входов которой подключен к выходу блока суммирования, усилительно-преобразовательный блок, источник опорного сигнала и блок индикации, вход которого подключен к выходу блока вычитания, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения потребляемой энергии акселерометром за счет компенсации реактивной составляющей, в него введены дополнительный дроссель, а электромагнитный подвес содержит последовательно соединенные резонансные контуры, образованные рабочими обмотками диаметрально противоположных электромагнитов и конденсаторами, дополнительные обмотки, размещенные на магнитопроводах электромагнитов, выпрямительный мост, управляемые дроссели, подключенные к дополнительным обмоткам электромагнитов, обмотки управления которых подключены к выходам постоянного тока выпрямительн ого моста и зашунтированы дополнительным конденсатором, причем дополнительный дроссель подключен к выходу усилительно-преобразовательного блока параллельно с включенными последовательно выпрямительным мостом и резонансными контурами, причем вход усилительно-преобразовательного блока подключен к выходу схемы сравнения, входы блока суммирования и блока вычитания подключены к выходам датчиков индукции, источник опорного сигнала подключен к второму входу схемы сравнения,2, Акселерометр по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что дополнительный дроссель выполнен управляемым, обмотка управления которого подключена к выходам постоянного тока выпрямительного моста.акаэ 3210 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101