Датчик углового ускорения

281038 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик:621.317.36(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРИ, А. Горенштейн Заявитель ДАТЧИК УГЛОВОГО УСКОРЕНИЯ Изобретение относится к приборам ннер. циальцой навигации.В известных бортовых системах для контроля параметров полета и положения объекта, используются устройства, отличающиеся один от другого по принципу действия и конструктивно, например сложные н ненадежные гироскопические приборы,Целв изобретения является создание комплекта одцотишпях устройств точных, простых и надежных для всех компонентов ориентации.Для этого в известшяй по основному авт. св.250550 датчик углового ускорения введены две несмешивающиеся и цевзапмодействующие жидкости, благодаря чему датчик отмечает также и линейное ускорение,С помощью шести предложеншх датчиков, чув:твптелыплх к двум компонентам ускореци 5 и расположенных попарно по трем Взаимно перпендикулярным осям, можно измерять все компоненты ориентации. Выходной величиной предложенного датчика, так же, как и известного, является частота переменного электрического напряжения, равная Кв +К,т, где К, и К, - различные постоянные коэффициенты, ы - составляющая вектора линейного ускорения в направлении оси Х, т - составляющая вектора углового ускоренйя относительно оси т. Предложенные и известные датч 1 ки, будучиоднотппнымп, могут работать в общей системе.Предложенный датчик для измерения угло 5 вых и линейных ускорений отличается тем,что каждый виток спирального канала заполнен двумя цевзаимодействующими и несмешивающимися жидкостяли с различными массовымп плотностями таким образом, что поверх 10 ности раздела )кидкостей в какдол витке капса касаются граней двугранного угла, ребро которого совпадает с осью спирального канала,15 11 а фпг. 1 показано конструктивное выполнение предложенного датчика; на фиг. 2 - схема заполнения жидкостями герметичной калеры, образованноц спцралып 1 л каналом и резонаторами; на фпг. 3 - вибрационный дат чнк давления в разрезе; на фпг. 4 и 5 - детали вцбраццонного датчика давления; на фиг. 6 - принципиальная электрическая схема датчика.Чувствительный элемент (см, фиг. 1) дат.25 чика представляет собой длинную капиллярную трубку 1, навитую на жесткое основание 2 в виде катушки и залитую затвердевающим компаундом 3. Чувствительный элемент имеет форму кольца прямоугольного сечения и изо. З 0 лирован от внешних тепловых воздействиЙмногослойной поперечной обмоткой 4 из тонкой ленты, одна сторона которой металлизирована и имеет зеркальную отражающую поверхность, Для изготовления ленты выбирают материал с малой теплопроводностью (например, полнэтилентерефталатная пленка). Шаг теплоизолирующей обмотки несколько (на 20 - 407 в) больше, чем ширина лепты.Вместе со слоем теплоизоляции чувствительный элемент помещен в герметичный сварпэй кожух б, из которого откачан воздух. Концы капиллярной трубки 1 с помощью соедипгпельных каналов б сообщены с внутренними полостями цилиндрических резонаторов - вибрационных датчиков давления 7 (ВДД). Таким образом, капиллярная трубка с внутренними полостями резонаторов образует замкнутый спиральный канал, схематично изображенный на фиг. 2. Этот капал заполняется двумя несмешивающимися и нсвзаимодействующпми жидостями с различными массовыми плотностями (например, ртутью и спиртом) таким образом, что.,участки витков, леэкащ е внутри двугранного угла а, образованного двумя полуплоскостями, которые проходят через ось У спирального канала, заполняются одной жидкостью, а участки витков, лежащие вне этого угла, - другой жидкостью.Внутри заполняющих канал жидкостей создается некоторое постоянное начальное давление, обусловленное упругой деформацией ограничивающих канал поверхностей.Вибрационный датчик давления (см. фиг, 3) содержит корпус 8 с намотанным на нем ленточным магнитопроводом 9, в котором проф 1 эезерованы окна для установки постоянных магнитов 10 и рассверлены отверстия для тонкостенного цилиндрического резонатора 11. Внутрь корпуса 8 вставлены катушки 12 системы самовозбуждеия, намотанные на общий каркас 13. (Корпус 8 виорационного датчика давления с магнитопроводом 9 изображен па фиг. 4, а каркас 13 катушек системы самовозоуждения - на фиг. 5),Принципиальная электрическая схема датцика (см. фиг. 6) включает в себя электрическую схему 14 собственно датчика ускорений и электрические схемы 18 самовозбуждения первого и второго вибрацпонных датчиков давления (ВДДи ВДД). Обе схемы самовозбуждения 15 идентичны и представляют собой мостовую схему, одна из диагоналей кото 1 эой подключается к входу, а другая - к выходу широкополосного усилителя 1 б,Два плеча этой мостовой схемы образованы одинаковыми омическпми сопротивлениями 17 и 18, а другие два плеча - комплексными сопротивлениями катушек возбуэкдения 12 датчика ВДДи обмоток 19 балансной ппдуктивности, которая выполнена аналогично ВДД и отличается от него лишь тем, что резонатор ее заполнен твердым диэлектриком,Сигналы широкополосных усилителей 1 б систем самовозбуждения преобразуются затем с помощью двух преобразователей частоты 20 и 21.Преобразователь частоты 20 имеет.два входа и два выхода, На один из этих выходов 5 поступает сигнал, частота которого равна разности частот входных сигналов. Этот сигнал является выходным сигналом всей системы.На другой выход преобразователя 20 посгупает сигнал, часгота которого равна сумме ча стот входных сигналов. Этот сигнал направляется затем на один из входов преобразователя частоты 21, имеющего два входа иодпп выход. На другой вход этого преобразователя от генератора 22 приходит сигнал строго ста бпльной опорной частоты, На выходе преобразователя частоты 21 появляется сигнал постоянного тока, сила которого линейно зависит от разности частот его входных сипилов, Сигнал подается на тепловыделяющий 20 элемент 23, в качестве которого используетсякаппллярная трубка чувствительного элемента (трубка изготовляется из электропроводного материала или металлизируется по поверхности).25 Прибор работает следующим образом,Под действием составляющей и, вектора.кажущегося (линейного) ускорения в направлении оси Х (см. фиг. 2) и составляющей т З 0 вектора углового ускорения в направлении осйУ в жидкостях, заполняющих спиральный ка.нал чувствительного элемента, происходит пе.рераспределение давлений, в результате которого между давлениями Р и Р жидкости в З 5 замыкающих спиральный канал цилиндрических резонаторах появляется разность давлений ДР, определяемая по формуледР=С(аеэ+Ь т,), (1) 40 где а, Ь - постоянные, определяемые конст.руктивными параметрами датчиков.Давления Р, и Р в первом и втором резона.торах принимают значения фЬР45Р, =Рв+Р 2 РОЛР2(2)Эти давления измеряются вибрационнымпдатчиками давления ВДДи ВДД, частоты выходных сипгалов которых равны собственным частотам изгибных колебаний резонаторов и определяются формулами= ЯйдР,55 р=рд (3)где , - собственная частота изгибных колебаний резонаторов при отсутствии перепада давлений между ними (т. е, при условии ДР=0 60 илп Р, =Р;=Р,; Й - коэффициент пропорциональности. ф В формулах (2) берутся одновременно или только65 верхние или только нижние знаки,Изгибцые колебания резонаторов вибрационных датчиков давления поддерживаются системами самовозбуждения.Из формул (3) следует, что если сумму частот поддерживать постоянной, так чтобы выполнялось условие1 + 2 = 2 о то разность этих частот будет прямо пропорциональна разности давлений ЬРЛ=(аи+Ьт ) (5)Уо Для технических расчетов с погрешностью, не превышающей -1-1%, при числе витков спирали и) 100 можно принять:с=2 пй; а=(;, - ;,)з 1 п ; 6=2: -(2 т - 2.) + р, 2 Й - средний радиус витка спиралинакала, сл;у, и уг - массовая плотность более легкой и более тяжелой жидкости,гс,из,а - двуграцный угол, ограничивающий участки спирального канала, заполненные более легкой жидкостью, рад. где Сигнал, частота Л которого равна разности частот , -и линейно связана с измеряемыми величинами ыи т, вырабатывается преобразователем частоты 20 (см. фиг. 6), Этот сигнал является выходным сигналом прибора. Постоянство суммы частот + обеспечивается системой температурной стабилизации суммы частот, которая включает в себя генератор 22 стабильной частоты, преобразователь частоты 21 и тепловыделяющий элемент 23,При отклонении суммы частот , иот нормального значения 21 О преобразователь частоты 21 изменяет ток, протекающий через тепло- выделяющий элемент 23 таким образом, что соответствующее изменение температуры жидкости (а слсдовагельпо, и давления) выравнивает это отклонение.Предложенный датчик особенно эффективно5 может быть использован прц создании так называемых бесплатформецных ццерццальныхсистем, поскольку блок цз, шести таких датчиков, одноименные оси которых попарно совмещены с тремя взаимно перпецдцкулярнымц ца 10 правлениями и ориентированы в разные стороны, обеспечивает получение всей первичной информации, необходимой для решения навигационной задачи. Действительно, из шести уравнснцй (5), отнесенных к соответствуюньпм15 осям, можно получить значения трех линейны.:ц трех угловых ускорений по трем взаимнопсрпецдцкулярным осям,Крутизна характеристики предложенногодатчика пропорциональна числу витков спп 20 рального канала, которое может быть сделановссьма большим без существенного увеличениягабаритных размеров прибора.Выбор основных конструктивных параметровдатчика среднего радиуса Р спирального кана 25 ла, число витков эгого канала и величины двугранного угла, грани которого разделяют участки витков, заполненные различными жидкостямц, - производится с учетом предъявляемых к прибору требований по точности и дцл 30 назону измерения,Предмет изобретения35 Датчик углового ускорения по авт, св.Ъо 250550, отлича,оцийся тем, что, с целью одновременного получения информации о составляющей лицсйного ускорения, перпендикулярной осц спирального канала, каждый виток 40 эчого канала заполнен двумя песмешцвающ тмпся и невзацмодействующцмц жцдкостямп с различной массовой плотностью таким обра.зом, что поверхности раздела жидкостей в каждом витке касаются граней двугранног ) 45 угла, ребро которого совпадает с осью канала.Типография, пр. Сапунова, 2 аказ 37 НИИП г1 О Тираж 480 Подписное итета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб д. 415