Компенсационный маятниковый акселерометр

 

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МАЯТНИКОВЫ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий корпус и п мещенный в нем на упругом монокристаллическом подвесе подвижный чувст 1 Фиг вительный узел, датчик угла, выполненный в виде подвижного элемента, укрепленного на чувствительном узле , и неподвижных элементов, укрепленных на корпусе, и соединенный через электронный блок с магнитоэлектрическим датчиком момента, две подвижные идентичные катушки которого укреплены -на подвижном узле по разные его стороны по измерительной оси, отличающийся тем, что, с целью повышения виброустойчи- . вости, датчик угла выполнен из двух одинаковых частей, разнесенных на равные расстояния от оси маятника по оси, параллельной оси подвеса, а оси катушек датчика момента смещены по оси, параллельной оси подвеса , в разные стороны на одинакрвые расстояния от оси маятника, при этом выходы двхх частей датчика угла соединены с суммирующим и вычитающим входа|у1и сумматора, выходы Которого соединены с электронным блоком .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

М51) G 0 1 P 15/13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3409780/1 8-1 0 (22) 12.03ь82 (46) 07.07.83. Бюл. У 25 (72) A.A.Òðóíîâ и A.Â.Ïîëûíêîâ (71) Московское ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена

Трудового Красного Знамени высшее техническое училище им. Н.Э.Баумана (53) 531.768(088.8) (56) 1. Никитин Е.A. и др. Проектирование дифференцирующих и интегрирующих гироскопов и акселерометров.

М., "Машиностроение", 1969, с. 172.

2. Патент COIA 9 3438266, кл. 73-516, опублик, 1969.

3. "Электроника", 1980, т. 53, Р 24, с. 37.

4. Патент США 9 3702073, кл. 73-517, опублик. 1972 .(прототип) . (54) (57) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МАЯТНИКОВЫЙ

AKCEJIEPONETP, содержащий корпус и по.мещенный в ием на упругом монокристаллическом подвесе подвижный чувст1

„„SU„„1027627 А вительный узел, датчик угла, выполненный в виде подвижного элемента, укрепленного на чувствительном узле, и неподвижных элементов, укрепленных на корпусе, и соединенный через электронный блок с магнитоэлектрическим датчиком момента, две подвижные идентичные катушки которого укреплены на подвижном узле по разные его стороны по измерительной оси, отличающийся тем, что, с целью повышения виброустойчи- . вости, датчик угла выполнен из двух одинаковых частей, разнесенных на равные расстояния от оси маятника по оси, параллельной оси подвеса, а оси катушек датчика момента сме- Е

Я щены по оси, параллельной оси подвеса, в разные стороны на оцинаковые расстояния от оси маятника, при этом выходы двух частей датчика угла соединены с суммирующим и вычитающим входами сумматора, выходы кото- Я рого соединены с электронным бло 1027627

Изобретение относится к приборо- строению, а именно к конструкциям датчиков линейных ускорений — акселерометров — инерциальных систем навигации.

Известна конструкция поплавкового маятникового акселерометра, состоящая из герметичного, заполненного рабочей жидкостью корпуса и взве. шенного в ней поплавкового подвижного маятникового узла, а также датчи- 10 ков угла и момента, соединенных через электронный усилитель 1 .

Помимо гидростатической разгрузки опор подвижного узла рабочая жидкость осуществляет его эффективное 5 демпфирование при наличии как линейной, так и угловой вибрации.

Однако поплавковые акселерометры отличаются технологической сложнос-.тью изготовления, имеют большие габариты, а прецизйонные приборы с сис- темой термостатирования обладают, кроме того, значительным временем готовности.

Указанные недостатки устраняются в "сухих" маятниковых акселерометрах состоящих из корпуса и помещенного в нем на упругом подвесе подвижного узла, а также датчиков угла и момента,, соединенных через электронный усилитель. Упругий подвес в такиХ акселерометрах выполняется из металла, его "шейка" имеет цилиндрическую или более сложную поверхность и формируется тщательной механической обработкой (2 . 35

Недостатком акселерометров с таким типом упругого подвеса является весьма значительный гистерезис, приводящий к погрешности приборов порядка 10 g, 40

Для устранения этого явления упругий подвес акселерометров выполняют из монокристаллов>: кварца или кремния, причем формирование "балочки" подвеса ведется химическим пу- 4g тем. Так, при изготовлении упругого подвеса из монокристалла кремния выполнение формы и размеров "балочки" осуществляется методом анизотронного травления { 3 ).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является акселерометр, содержащий корпус и помещенный в нем на упругом подвесе из монокристалла подвижный узел, а также датчик угла, 55 соединенный через электронный усилитель с магнитоэлектрическим датчиком момента { 4).

Однако при наличии угловой вибрации по оси маятника. подвижный узел б0 прибора совершает колебания вокруг этой оси, а степень демпфирования колебаний, учитывая выполнение подвеса подвижного узла из монокристал. лического материала, ничтожна, Кроме того, технологически невоз= можно обеспечить абсолютное совпадение точек приложения компенсацион. ных сил катушек датчика момента с осью маятника. Технологическое несовпадение точки приложения результирующей компенсационной силы датчика момента с осью маятника обуславливает угловые колебания подвижного узла вокруг оси маятника даже при отсутствии угловой вибрации, а лишь при наличии проекции линейного вибровоэмущения на измери. тельную ось акселерометра. Все это приводит к возникновению вибрационной погрешности.

- Цель изобретения - повышение виброустойчивости прибора.

Указанная цель достигается тем, что в конструкции компенсационного маятникового акселерометра, состоящего из корпуса и помещенного в нем на упругом монокристаллическом подвесе подвижного чувствительного узла, датчика угла, выполненного в виде подвижного элемента, укрепленного на чувствительном узле, и неподвижных элементов, укрепленных на корпусе, и соединенного через электронный блок с магнитоэлектрическим датчиком момента, две подвижные идентичные катушки которого укреплены на подвижном узле по раз-. ные его стороны по измерительной оси датчик угла выполнен из двух одинаковых частей, разнесенных на равные расстояния от. оси маятника по оси, параллельной оси подвеса, а оси катушек датчика момента смещены по оси, параллельной оси подвеса, в разные стороны на одинаковые расстояния от оси маятника, при этом выходы двух частей датчика угла сое-.. динены с суммирующим и вычитающим входами сумматора, выходы которого соединены с электронным блоком.

На фиг. 1 показана конструктивная схема предлагаемого акселерометра," на фиг. 2 вЂ, то же, электрическая схема," на фиг. 3 и 4 — схемы работы акселерометра. якселерометр состоит из корпуса 1 в котором на упругом монокристаллич. ческом подвесе 2 помещена пластина подвижного узла 3 с укрепленными на ней двумя подвижными электродами 4 двух одинаковых частей DY и . DY" емкостного датчика угла. Неподвижные электроды 5DY и DY Установлены на корпусе прибора 1. На пластине подвижного узла акселерометра расположены две катушки б магнитоэлектрического датчика момента, укрепленные по обе стороны от пластины 3.

Статор магнитоэлектрического датчика момента для каждой из его катушек состоит из постоянного ци1027627 линдрического магнита 7 н магнитопровода В.

Подвижный электрод 4 и неподвижные 5 одной иэ частей 0У емкостного датчика угла образуют переменные емкости С1 и С, аналогично в DY электрод 4 и два электрода 5 образуют емкости С н С .

На чертежах показаны измерительная ось акселерометра И, ось маятника g, ось подвеса подвижного уз- !О ла 7! -, центр масс подвижного узла ЦИ, точка приложения компенсационной силы 0И 0,точка приложе-. ния компенсационной силы DHII 0 р расстояние от О (или О") до оси, .. !5

Емкости С и С ОЧ включены дйфференциально, например, в измеритель ные плечи моста, образованного также сопротивлениями Z и 2 (фиг. 2), Емкости С> и С4, также включены диф- р ференциально (мост СЗ, СА,, 2., На диагонали обоих мостов подается напряжение возбуждения UD, а снимаемое с измерительных диагоналей напря жение поступает на фазочувутвитель- 5 ные выпрямители ФЧВ и ФЧВ . Сигналы с выходов ФЧВ подаются каждый на суммирующий "+" и вычитающий "-" входы сумматора Й! . Суммирующий выход "+" сумматора х связан с кор- 30 ректирующим звеном ÷, a вычитаю- 30 щий "-" с корректирующим звеном Уе, Сигнал с Ч подается на инвертирующие входы усилителей Y и Y a сигнал с M f - на инвертирующий вход Y и на неинвертирующий вход У.

Выход У - через мощный выходной каскад МВК и эталонное сопротивление и -, связан с катушкой В,4е одной из половин ОИ магнитоэлектрического датчика момента. Аналогично 40 выход Y" через ИВК " и R, . связан е с второй катушкой R> датчика .момента. Падения напряжения на эталон« ных сопротивлениях кэ! и R т сум. мируются на сумматоре 7, выходная 45 величина которого UD <.пропорциональна измеряемому акселерометром ускорению. йкселерометр работает следующим образом. 50

При наличии ускорения е по измерительной оси прибора возникает инерционная сила F„, равная ее» (где m - масса подвижного узла npucosuafngas момент " R (rNe 9 55 расстояние от центра масс tg» подвижного узла до оси подвеса ), отклоняющий подвижный узел акселерометра от исходного положения. Это отклонение измеряется обоими половина".: мн DY" н 0У датчика угла, склапывае ся на суммирующем входе Х„и с его суммирующего выхода через корректирующее-. звено М подается на инвертирующие входы йромежуточных усилителей У и Y ", а далее через NBKI 65 и R4T в R ASH через ИВК"н R" 5 R" соответственно. Обе половины ДИ и ДИ датчика момента развивают моf( мент, компенсирующий момент инерционной силы. Падения напряжения на эталонных сопротивлениях и . и R .„ суммируются X+ и его выходная велйчнна 0 пропорциональна ускорению а .

При наличии колебаний подвижног узла 3 акселерометра вокруг оси, возникающих из-эа круговой вибрации по этой оси или наличия переменной составляющей в сигналы с DYI u

lt

DY не равны:между собой, .поэтому на вычитающем выходе сумматора X появляется сигнал, величина которого пропорциональна углу отклонения подвижного узла акселерометра вокруг, а полярность — напряжению отклонения. Этот сигнал, соответствувйцнй угловому отклонению подвижного узла относительно оси маятника 7 проходя через корректирующее звено Я, подается на инвертирующий вход усилителя У и на неинвертиIf рующий вход усилителя У, а далее через мощные выходные каскады и эталонные сопротивления в катушки датчика момента.

При наличии ускорения а„ и при отсутствии угловых колебаний подвижного узла вокруг оси (фнг. 3) момент И„ инерционной силы Fg отйосительно оси подвеса ft. И„: F„ R ураановешивается моментами компенсационНЫХ СИЛ Р И РКе, СОЗдаВаЕМЫХ 0И и 0И", тЕ. ИК у* (Fg + Fg) E.

При этом, поскольку конструктивно

F < F и они приложены к подвижному узлу ка одинаковых расстояниях Е, суммарный момент относительно оси 2 равен кулю.

При н ичии ускорения а» н угловых колебаний подвижного узла. вокруг оси 4 (фиг. 4) момент инерционный силы И„Ге 3 уравновешивается моментами компенсационных снл F< и F< и моментами демпфирующих сил F и Я (имеющих взаимно противоположныК направления) И = (F y + F + F +) СОЬ oL 3, (F + ф. сО8 с

Однако демпфирующие силы создают момент И F!lК + Fy t, демпфирующнй колебания подвижного узла относительно оси ф, т.е. эффективно уменьшающий их амплитуду о(д, а следовательно, и вибрационную погрешность акселерометра.

Таким образом, предлагаемая конструкция акселерометра имеет технические преимущества в сравнении с известным объектом, так как в ней осуществляется электрическое демпфирование угловых колебаний поцвижного узла относительно оси маятника, что уменьшает инструментальную вибрационную погрешность: в работе акселерометра, т.е. повышает его виброустойчи1027627

Фиг.4

Составитель И. Полунина

Техред М,Тепер Корректор О.Билак

Редактор Н.Кешеля акаэ 4731/49 Тираж 873 Подписное

ВНИЙПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 г

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 вость. Причем это достигается без введения в .конструкцию электромеханического блока гфЛ46ора дополнительных узлов, а лишь благодаря определенной специальной компановке имеющихся в нем узлов.