Акселерометр

 

АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий два чувствительных элемента в виде подвижных обмоток, размещенных на гом подвесе и расположенных в I зазоре магнитной-системы, датчик перемещения включенный в цепь обратной связи, п отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, подвижные обмотки расположены соосно и соединены встречно, а их массы выбраны из соотношения )Д.1 . 10 mj 20 оо 00 4ii О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) G 01 P 15/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 m 1 — ) — +710 m> 20 (21) 3651240/24-.10 (22) 03.10.83

1,46) 07.02.85. Бюл.У 5 (72) В.С.Моисейченко, Д.В.Лебедев, В.И.Лобан и В.E.Åâäîêèìîâ (53) 53I.768(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

В 344358, кл.G 01 P 15/08, 06.03.70.

2.Авторское свидетельство СССР

И - 934391, кл.С 01 P 15/13, 10.03.80.

З.Авторское свидетельство СССР

Ф 502334, кл.G 01 Р 15/13, 21.05.74

{прототип).,.SU„„1138746 А (54)(57) АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий два чувствительных элемента в виде подвижных обмоток, размещенных на упру гом подвесе и расположенных в зазоре магнитной. системы, датчик перемещения включенный в цепь обратной связи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, подвижные обмотки расположены соосно и соединены встречно, а их массы выбраны из соотношения

1138746

Изобретение относится к информаци- онно-измерительной технике и может найти применение для точных измерений параметров движения объектов.

Известны точные линейные и угловые акселерометры с силовой компенсаци" . ей (1 3 и (23.

Однако данные акселерометры характеризуются ограниченным диапазоном измерения ускорений: линейных до 10 десятков g, Компенсационные акселерометры из-за податливой упругой подвески имеют низкие помехоустойчивость и механическую прочность и, как следствие, недостаточную точность изме- tS рения больших ускорений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является акселерометр, содержащий два чувствительных элемента в ниде обмоток, 20 подвешенных на упругом подвесе и расположенных в зазоре магнитной системы, датчик перемещения включенный в цепь обратной связи (3,7.

Недостатком известного акселеро- 25 метра является низкая точность измерения при больших значениях ускорений; вызванная, в свою очередь, ограниченностью мощности силовой компенсации. 30

Цель изобретения — повышение точности измерения больших ускорений, на порядок и более превосходящих значения компенсирующей величины.

Указанная цель достигается тем, 35 что в акселерометре, содержащем два чувствительных элемента в виде подвижных обмоток, размещенных на упругом подвесе и расположенных в зазоре магнитной системы, датчик переме- 40 щения включенный в цепь обратной связи, подвижные обмотки, расположен- ны: соосно и соединены встречно, а их массы выбраны из соотношения

1 m 1 ((20 m 10

В предлагаемом акселерометре задающим масштабно-разностным устройством является двухмассовая система с высокостабильными малоотличающимися ,значениями масс, Кроме того, наличие в зазоре двух соосных катушек с одинаковым числом витков и одним и тем же током во встречно включенных катуш55 ках позволяет скомпенсировать размагничивающее значение МДС витков катушек и построить более простую одинарную магнитную систему компенсатора.

На фиг.7 приведена схематически конструкция предлагаемого акселерометра; на фиг.2 — структурная схема.

Акселерометр содержит две чувствительные к ускорениям подвижные силовые катушки1 и2, закрепленные с корпусом на тонких упругих пластйнах

3 и 4. На катушках I и .2 закреплены элементы, например светодиод 5 и фотоприемник 6, фотоэлектрического датчика взаимного перемещения катушек.

Катушки соосны и расположены в одном рабочем зазоре магнитной системы с постоянным магнитом 7 и магнитопроводом 8.

Фотоэлектрический датчик 9 перемещения включен на вход усилителя 10 (фиг. 2 .

На выход усилителя подключены катушки 11 и 12 магнитоэлектрического компенсатора.

Акселерометр работает следующим образом.

Измеряемое ускорение Х" в равной степени воздействует на обе чувствительные массы катушек m< и m и преобразуется в усилия F,rr„=а 1Х" и Fy =

=шгХ". Полагая, что и„=(0,9-0,95)m>

ГКг> Frr„.Усилия Fr> и Гх„воздействуют на упругие подвесы 3 и 4 одинаковой жесткости и вызывают соответствующие пеРемещениЯ Х2 Ехг 7. и Х„=Е1 „ /С-.

Датчик взаимного перемещения осуществляет преобразование разности перемещений dX= Хг- Х„ в электрическое напряжение ВО=К„йХ, которое усиливается К и преобразуется в ток Х .

Ток Т> создает в катушках силовой ком*енсации усилия

F BWI 1, где  — магнитная индукция в зазоре;

W — число витков катушек;

tI †. длина витка, Усилие ГХ катушки 1 складывается с входным усилием Гх,,а усилие F< ка тушки 2 вычитается с входным усили1 ем F, сводя разность перемещений Х и Х к нулю в автокомпенсационной системе уравновешивания, т.е. (F -F ) — -(F +F )-JK К =I = =- l

1 к

Х2 Х С Х4. К С77 Х rr p 7!77(r S

Решая это уравнение относительно

Тх у"итывая. что к=I„p,Ехт Егх" х " К найдем выражение для .коэффициента

1138746 чувствительности акселерометра с достаточной точностью.

21

Вт Ш1

Таким образом, измеряемое ускоре" ние не зависит от коэффициентов преобразования датчика перемещения,, жесткости упругих подвесов, коэффициент усиления и определяется коэффициентами.магнитоэлектрического компечсатора p= t NS и масштабно-разностного преобразования

М и,, „„

z

Последнее позволяет в 1 „„ раз

1 Щ1/т2 увеличить верхний предел измерения ускорения по сравнению с обычным компенсационным акселерометром.

20

Погрешность чувствительности предлагаемого акселерометра определяется выражением 25

1 1

2 (™211-т /в

Погрешность масштабно-разностно30 го звена возрастает в -, .раз.

1 г1- „, Однако масштаб преобразованйя в предлагаемом акселерометре задан с существенно более высокой точностью по сравнению с базовым образцом, так как значение масс ш и m практи1 2 чески не меняются,т.е. у„, - г =0

ФН1 ma, У что позволяет обеспечить точность предлагаемого акселерометра соизмери-40 мую с точностью компенсационного. акселерометра.

В известных акселерометрах для снижения погрешности. линейности от раэмагничивающего действия ИДС си- 45 лавой катушки строят дифференциальные магнитные системы, вводят специальные корректирующие катушки или снижают ампер-витки катушки, снижая тем самым величину измеряемых ускорений.

В предлагаемом акселерометре за счет двух одинаковых соосных катушек в одном зазоре, которые включены последовательно и встречно, происхо дит полная взаимная компенсация МДС катушек, что позволяет упростить датчик акселерометра sa счет исполь.зования одинарной конструкции магнитной системы с внешним рабочим зазором.

Более жесткая подвеска чувствительной массы — тонкие пластинки (2 х 0,2 мм )вместо растяжек (0,5 х х 0,03 мм )позволяет существенно повысить поперечную жесткость, снизить боковую чувствительность акселерометра и повысить таким образом

его помехоустойчивость по сравнению с компенсационным.

Экономический эффект от использования предлагаемого акселерометра по сравнениюс компенсационнымсоставляет не менее 120 руб. в год на один прибор, что обусловлено зкономией на эксплуатационных расходах за счет более широких возможностей по пределу измерения, большей надежностью и устойчивостью. Стоимости предлагаемого акселерометра 3„ и базового компенсационного 3 практически равны

;и сОставлнют ОкОлО 3. „$ Ф 800 руб °

Повышение производительности экспериментальных исследований движущихся объектов за счет более высокой надежности, помехоустойчивости и более широкого предела измерений ускорений составляет не менее 15Х, что и обуславливает экономический эффект., В1

3 = 34 — -3 = 800.1 15 — 800- 120 Ру6

° ф й

1138746

Составитель Т.Макарова

Техред Я.Кузьма Корректор.О.Тигор

Редактор С.Патрушева

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4

Заказ 1068!/35 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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