Шаровой трехстепенный электростатический подвес

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 9/2 51) ЕНИЯ полне кторов поверхния.Изввого трподвеса ны два типа констру тепенного электрост шаро- еского виде двух х чашек,утренней лектроды, и керамистия кото- имеющие азработкак ф США, использ роскопы, карпу рмы ются одОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) ШАРОВОЙ ТРЕХСТЕПЕННЫЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ПОДВЕС(57) Изобретение относится к точному приборостроению, более конкретно к приборамс бесконтактным шаровым подвесом, ипредназначено для использования в электростатических гироскопах и акселерометрах, Целью изобретения являетсяпОвышение точности и технологичности изготовления подвеса, Указанная цель достиИзобретение относится к точному приборостроению, более конкретно к приборам с бесконтактным шаровым подвесом, и предназначено для использования в электростатических гироскопах и акселерометОсновным узлом названных приборов является электростатический подвес, состоящий из корпуса, обычно керамического, в полости которого установлены изолированные между собой металлические электроды, охватывающие ротор, создающие электрическое поле и осуществляющие непосредственное взвешивание ротора. В ряде конструкций применяются дополнительно упоры-огра н ичители поступ ател ьных перемещений ротора, исключающие его контакт с электродами и предотвращающие тем саподвеса вы н четырех себоковую поверхтренних сторонах наружные продольпримыкающих друг костям, выставляедруга посредством х по продольным торцовых крышек, роды и упоры-огранцы и прилегающих тями фланцев к торзованным торцовыов, выставляемых посредством штифами по фланцам с кторов, 2 ил,гается тем, что корпус сборным, состоящим из образующих замкнутую ность, несущих на вну электроды и имеющих ные и торцовые фланцы, к другу по боковым плос мых друг относительно штифтов и стягиваемы фланцам болтам, и двух несущих торцовые элект ничители, имеющих фла установочными плоскос цовым плоскостям, обра ми участками сектор относительно секторов тов и стягиваемых болт торцовыми фланцами се оявление электрического заряда нв ности ротора в момент его взвешивас корпусом, выполненным вкерамических полусферическискрепляемых по фланцам, на внполости которых изготовлены энапример, методами металлизацики;с корпусом-каркасом, в отверрого вставлены крышки-пробки,на торцах электроды.В известных р10 15 уменьшаются при наличии окон в корпусе под оптические датчики, через которые возможно осуществить доводку одновременно всей сферы электродов шаровым притиром,Известна конструкция трехстепенного подвеса шаровой инерционной массы микроакселерометра с корпусом-каркасом в виде полусферических чашек, сопрягаемых по фланцу, каждая из которых имеет по три отверстия, в которые вставлены цилиндрические крышки-пробки, на заглубленных торцах которых изготовлены электроды в форме сферических сегментов, схваченных сферическими кольцами, Оси противоположных пар электродов взаимно ортогональны, Рабочие поверхности кольцевых (силовых) электродов расположены ближе к центру подвеса по сравнению с поверхностями электродов-секторов (индикаторных) электродов, то есть электроды-секторы "заглублены" по отношению к электродам- кольцам.Недостатки конструкции те же, что и у названных выше: трудности доводки и сборки (выставки элементов) подвеса. Кроме того, данная конструкция не позволяет максимально использовать внутреннюю полость корпуса под электроды, что может оказаться существенным в приборах иного назначения (акселерометры типа "Сасмз" предназначены для работы на космических обьектах в условиях малых перегрузок).В качестве прототипа настоящего изобретения выбран другой вариант конструкции подвеса электростатического микроакселерометра, в котором корпус выполнен в виде каркаса-куба со сквозными цилиндрическими отверстиями в центрах граней, со вставными крышками-пробками, на торцах когорых имеются электроды круглой формы (сферические секторы, охвавеса ротора которых выполнен в виде двух полусферических керамических чашек, На внутренней сфере каждой из чашек нанесены по четыре электрода треугольной формы (подвес ротора - четырехосный). Доводка сферы электродов производится раздельнодля каждой чашки с последующей выставкой чашек по эталонному шару с использованием специального зажимного кольца,Недостаток конструкции. сложность изготовления электродов на полусфере, трудности обеспечения сферичности рабочейповерхности электродов при раздельной доводке полусфер и выставки их без сдвига.Аналогична конструкция подвеса шарового ротора трехстепенных электростатических гироскопов, используемых фирмой "Нопеуюе 111 пс" США, Здесь те же трудностиизготовления подвесов, они несколько 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 ценные сферическими кольцами). Даннаяконструкция в отличие от упоминавшейсявыше позволяет максимально использоватьвнутреннюю полость корпуса под электроды,К недостаткам йрототипа следует отнести консольное крепление электродов, прикотором обеспечение достаточной жесткости и прочности подвеса связано с увеличением габаритов каркаса-куба и фланцевэлектродных блоков-пробок, а также трудности точной выставки электродов присборке подвеса (посадочными местами являются цилиндрические отверстия каркасадуба и цилиндрические поверхностипробок-электродов). Эти трудности резковозрастают при использовании конструкции подвеса в приборах с малыми зазорамипри роторах малого диаметра.Цель изобретения - повышение точности и технологичности изготовления подвеса,Предложенное устройство позволяетповысить точность сборки (прилеганиеэлементов корпуса по плоскостям и применение точной штифтовой фиксации их как впроцессе проведения доводочных операций, так и при окончательной сборке подвеса);сделать конструкцию подвеса болеетехнологичной (простота конфигурацииэлементов, образующих корпус, и соответственно легкость их изготовления, возможность доступа внутрь подвеса, например,путем поочередного удаления любого изэлементов(крышки или сектора) и вращениячерез образовавшееся отверстие притирашара при одновременной обработке всейсферы электродов.Наряду с этим достигается снижениегабаритов и повышение прочности конструкции (опорные плоскости электродов иплоскости прилегания крепежных элементов (винтов и гаек) разделены практическитолько стенкой корпуса, фланцы же непосредственно примыкают к стенкам корпусаи играют одновременно роль ребер жесткости).Следует отметить также. что повышениепрочности конструкции дает воэможностьиспользовать при доводке поверхностиэлектродов вибрационные и инерционныеметоды изготовления закрытых шаровыхповерхностей,Указанная цель достигается тем, чтокорпус подвеса выполнен сборным, состоящим из четырех секторов, образующих замкнутую боковую поверхность, несущих навнутренних сторонах электроды и имеющихнаружные продольные и торцовые фланцы,1779926 10 20 25 30 35 40 45 50 55 примыкающие друг к другупо боковым плоскостям, выставляемые друг относительно друга посредством штифтов и стягиваемые по продольным фланцам болтами, и двух торцовых крышек, несущих торцовые электроды и упоры-ограничители, имеющих фланцы и прилегающих установочными плоскостями фланцев к торцовым плоскостям, образованным торцовыми участками секторов, выставляемых относительно секторов посредством штифтов и стягиваемых болтами по фланцам с торцовыми фланцами секторов,В процессе сборки и доводки подвеса последовательно по плоскостям сопрягаются, выставляются посредством штифтов и стягиваются болтами только две детали, два сектора (по смежной продольной плоскости), две противоположные пары секторов(с доводкой плоскости прилегания), крышки и собранные в виде монолитного блока боковые секторы (с притиркой торцовых плоскостей собранных воедино секторов),Предлагаемое устройство и его работа поясняются фиг.1 и 2.На фиг,1 показан возможные вариант шарового трехстепен ного электростатического подвеса. Шаровой ротор 1 чувствительного элемента помещен в керамический корпус подвеса. Корпуса состоит из четырех секторов 2, образующих его боковую поверхность, и двух торцовых крышек 3. Секторы сопрягаются по боковым плоскостям В-В и Г-Г. Торцы секторов в сборке образуют плоскости Д-Д и Е-Е, к которым прилегают плоскости фланцев крышек. На каждом элементе корпуса (секторе, крышке) механически закреплена пара металлических электродов 4 (сферический сегмент, схваченный сферическим кольцом), На крышках 3 помимо электродов 4 установлены упоры-ограничители 5 (на каждой крышке по четыре упора), проходящие внутрь подвеса в промежутках между электродами, Для крепления секторов между собой и крепления крышек к секторам крышки секторы имеют наружные фланцы. Относительное положение секторов и крышек фиксируется в процессе изготовления (сборки подвеса и доводки сферы электродов, выставки упоров) штифтами 6. Фланцы крышек и секторов стягивают между собой болтами 7,На фиг.2 показана работа подвеса в составе чувствительного элемента, Подвес с находящимся внутри него ротором установлен в вакуумируемом кожухе и подключен к регулятору потенциалов (показан один канал регулятора - оси 07). Цифрами 1 - 7 обозначены те же элементы подвеса, что и на фиг,1,Подвес (поз.2-7) с ротором 1 закреплен на металлическом приборном кольце 8, Электроды 4 при помощи проводников 9 подсоединены к гермовводам 10, установленным в боковой стенке кольца 8, Помимо гемовводов в кольце имеется отверстие, в которое впаян штенгель с присоединенным к нему вакуумным насосом 12, Само кольцо по фланцу закреплено на приборной плате 13, Со стороны торцов на кольце установлены металлические крышки 11, места соединений герметизированы (пропаяны), Крышки 11 и кольцо 8 образуют вакуумируемый кожух.Каждый из трех каналов регулятора потенциалов электродов подвеса состоит из последовательно соединенных дифференциального усилителя переменного тока (ДУ) 14, синхронного детектора (СД) 15, фильтра низких частот (ФНЧ) 16, корректирующего контура (КК) 17 и регулятора высокого напряжения (РВН) 18, Высокое напряжение, преобразуемое РВН, подается на него от высоковольтного источника питания (ВИП) 20, Имеется генератор переменного тока (ГС) 19, соединенный через разделительные емкости Ср 2 и гермовводы с кольцевыми, электродами. Центральные электроды через гермовводы и разделительные емкости Ср 1 соединены с входами ДУ (й, - нагрузочные сопротивления). Сигнал ГС поступает также на СД;РВН вырабатывает две пары сигналов равной величины и противоположной полярности, Амплитуды сигналов каждой пары меняются в противофазе,в зависимости от величины и полярности сигнала на входе РВН.В исходном положении ротор находится на нижних упорах. Перед запуском производится включение насоса 12 и осуществляется откачка кожуха. После этого следует включение регулятора потенциалов, ГС и происходит взвешивание ротора, ГС 19 создает слабый сигнал возбуждения . частоты Ь, поступающий на кольцевые электроды, и через центральные электроды пар вызывает появление сигналов на входах ДУ 14, амплитуды которых зависят от значения емкостей, а следовательно, и от величин зазоров ротор - электроды. Разностный сигнал с выхода ДУ 14, пропорциональный величине смещения ротора от центра подвеса фаза которого зависит от направления смещения, проходит через СД 15, ФНЧ 16, КК 17 и подается на РВН 18, вырабатывающий сигналы обратной связи, удерживающие ротор в центральном положении,1779926 8 Сигнал,на выходе ФНЧ 16 пропорционален смещению ротора й. от центра подвеса и при линейной характеристике регулятора прямо пропорционален ускорению, действующему на прибор вдоль оси ОЕ.Формула изобретения Шаровой трехстепенный электростатический подвес, содержащий корпус с полостью, электрически изолированные металлические электроды и упоры, закрепленные в корпусе, причем металлические упоры размещены между металлическими электродами, отличающийся тем,что, с целью повышения точности и технологичности изготовления, корпус выполнен в виде четырех секторов с наружными продольнымии и торцевыми фланцами и с внутренней профилированной поверхностью каждый и 5 двух торцевых крышек с кольцевым фланцем и профилированной поверхностью каждая, а полость подвеса образована скрепленными между собой разъемными соединениями четырех секторов по про дольным фланцам и двух торцевых крышек,причем две торцевые крышки соединены своими кольцевыми фланцами с торцевыми фланцами четырех секторов посредством разъемного соединения, а. металлические 15 упоры закреплены на крышках.Корректор Н.Слободяф эви едакт аказ 4429 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ТСС мбинат "Патент", г, Ужго Гагарина, 10 изводственно-издательски