Чувствительный элемент линейного акселерометра

 

1051435 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (Н! зы) G 01 Р 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (211 3490353/18-10 (22) 14.09,82 (46) 30. 10.83. Бюл. М 40 (72) Ю. А. Абрамов, С.А. Каменский, А.M.Крюков и В.В.Терешков (53) 531.768(088.8) (56) 1, Патент Великобритании

1492142, опублик. 1975.

2, Мак-Клур Кл, Теория инерциальной навигации. Пер. с англ. М,, "Наука", 1964.

3. Горенштейн И.А., Шульман И,А.

Инерциальные навигационные системы".

М., "Машиностроение", 1970, с.119120.

4. Е1ectroniс, 1968, Н 7, р,43.

5. Авторское свидетельство СССР

6 712762, кл. С О1 Р 15/08, опублик, 30,01 ° 80 (прототип), (54)(57) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЛИНЕЙНОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА, выполненный в виде цилиндра с продольным сквозным отверстием и содержащий постоянный магнит, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, продольное отверстие выполнено в форме двух усеченных правильных трехгранных пирамид, малые основания которых являются общими.

10 1435

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, при создании акселерометров компенсационного типа, применяемых для измерения линейных ускорений.

Известен чувствительный элемент (ЧЗ) линейных акселерометров с гидростатическим подвесом, представляющий собой цилиндрический постоянный маг- 10 нит, который помещается в сосуд, полностью заполненный магнитной жидкостью 11)

Однако при движении в процессе измерительного процесса такой ЧЭ ис- r5 пытывает значительное сопротивление со стороны жидкости, что ухудшает динамические характеристики акселерометра.

Известны чувствительные элементы, у0 представляющие собой поплавок геометрически правильного цилиндра f2), либо полого кольцевого цилиндра 3).

Известен чувствительный элемент линейного акселерометра, представ- 25 ляющий собой сплошной цилиндр из нейлона, в концах которого запрессованы постоянные магниты, а его наруж. ная поверхность металлизирована (4), Однако метрологические характеристики акселерометров с подобными чувствительными элементами сравнительно невысоки вследствие полного заполнения жидкостью полости, в которую помещаются ЧЭ.

Наиболее близким к предлагаемому

35 является чувствительный элемент линейного акселерометра с газогидродинамическим подвесом, представляющий собой цилиндрическое тело со сквоз40 ным продольным отверстием, содержащее постоянный магнит. Отличительной особенностью указанного ЧЭ является то, что отверстие выполнено в форме двух усеченных конусов, сопряженных малыми основаниями, а большие основа45 ния расположены в торцах ЧЭ. Таким образом обеспечивается стабильность процесса взвешивания ЧЭ путем исключения жидкости из отверстия f5)

Однако при этом уменьшается масса чувствительного элемента, что ухудшает чувствительность (коэффициент передачи акселерометра. увеличение массы ЧЭ путем увеличения наружных размеров (длины и диаметра) ЧЭ нежелательно, так как в результате это. го резко возрастают массогвбаритные показатели акселерометра.

Цель изобретения - повышение чувс витепьности массы акселерометра.

Поставленная цель достигается тем, что в чувствительном элементе, выполненном в виде цилиндра с продольным сквозным отверстием и содержащем постоянный магнит, продольное отверстие выполнено в форме двух усеченных правильных трехгранных пирамид, малые основания которых являются общими.

На фи r. 1 изображен чувствительный элемент линейного акселерометра; на фиг.2 — графические зависимости отношения масс чувствительных элементов предлагаемого и прототипа) от параметров К и Р, характеризующих геометрию чувствительных элементов.

ЧЭ представляет собой цилиндрическое тело 1 и неподвижно установленный в нем кольцевой постоянныи магнит 2, нама гни че нный вдоль с воей оси, 8 ЧЭ выполнено сквозное продольное отверстие 3, которое имеет вид двух усеченных правильных трехгранных пирамид ч и 5, большие основания 6 и 7 ксторых расположены в торцах ЧЭ„а малые основания являются общими, Для работы чувствительный элемент помещается в сосуд, частично заполненный жидкостью, который приводят во вращение с постоянной угловой скоростью. Под действиеи гидродинамических сил ЧЭ взвешивается в слое жидкости и приводится таким образом в рабочее состояние.

Предлагаемый чувствительный weмент сохраняет наружные разиеры ЧЭ и прежние свойства по освобождению отверстия от жидкости ° Кроме того, увеличивается убьем чувствительного элемента, а, следовательно, и его масса {при равных усредненных плотностях материала ЧЭ).

Для исключения жидкости иэ отверстия необходимо создание такой силы Гоев, освобождающей отверстие, чтобы ее величина в несколько раз превышала силы адгезии Г „ удерживающей жидкость

Г 5 « >> "p,g p где I= - приложенная к частице жидц кости массой m< центробежная сила, величина котсрой к прямо пропорциональна расстоянию Г От частицы дс Оси вра щения и квадрату угловой скорости У вращения ЧЭ;

10 143 случая выполнения ЧЭ иэ материалов с одинаковой усредненной плотностью.

Эта зависимость построена на основе выражения (2 ). Из графика следует, что увеличение массы ЧЭ при неизменных его внешних геометрических размерах, в зависимости от размеров отверстия, может достигать 40% и более.

Положительный эффект от использован ия ЧЭ состоит в увеличении чувствительности акселерометра, построенного на основе предлагаемого ЧЭ. Это связано с тем, что чувствительность акселерометра определяется выражением

К = — д с! где m, с — соответственно масса ЧЭ и жесткость подвеса.

При и неизменной жесткости подвеса с увеличение массы П1 ЧЭ ведет к увеличению чувствительности акселерометра К во стогько же раз. Например, при о(= 0,8; Р =0,3 (фиг.2) увеличение массы в предлагаемом ЧЭ,. по сравнению с базовым объектом, достигается примерно íà 28 т.е. увеличение крутизны К акселерометра, построенного с использованием такого

ЧЭ, будет обеспечено в 1,28 раза.

Таким образом предлагаемая конструкция чувствительного элемента акселерометра позволяет повысить его чувствительность путем увеличения массы с сохранением внешних геометрических размеров.

1

4 0Е а7 gg c

Фиг. Z угол между осью вращения и образующей кониче".кой части отверстия.

Поскольку расстояние r от оси вращения ЧЭ до грани трехгранника и

5 угол It, а следовательно, и сина в предлагаемом ЧЭ остаются прежними, то сохраняются и свойства ЧЭ по освобождению ЧЭ от капель (частиц ) жидкости.

Можно показать, что соотношение 10 объемов ЧЭ в предлагаемом варианте исполнения и в прототипе определяется выражением где с = — (3 = — - безразмерные парас ц о метры, характеризующие геометрию ЧЭ-;

o — - наружный радиус ЧЭ; 25

Ъ с - радиус большого и малого oc l нований конусов отверстия в устройстве-прототипе, либо радиусы окружностей, описывающих основания пирамид в предлагаемом устройстве (фиг. 1) .

На фиг,2 приведена зависимость отношения массы предлагаемого ЧЭ к массе прототипа, которая построена для

ВНИИПИ Заказ 8656/43

Тираж 873 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä,óë.ÏðoåêTHàÿ,4