Акселерометр

 

Изобретение относится к прецизионным измерителям ускорений. Сущность: акселерометр содержит подвижную часть, виброопоры, источник питания виброопор, датчик угла, моментный датчик и усилительно-преобразовательное устройство. Кроме того, он снабжен диодами, включенными последовательно с обмотками виброопор. Технический результат: повышение точности. 2 ил.

Изобретение относится к прецизионным измерителям ускорений.

Известны акселерометры, содержащие подвижную систему, виброопоры, датчики угла, моментный датчик и усилительно-преобразовательное устройство, в которых виброопоры запитываются синусоидальным напряжением.

Амплитуда напряжения выбирается из условия обеспечения эффективного снятия трения виброопорами при действии максимальных линейных ускорений.

Недостатком подобной запитки виброопор является их значительный перегрев вследствие того, что в опоры постоянно подается максимальная мощность. Перегрев виброопор вызывает изменение во времени температуры внутри прибора. Дрейф температуры в приборе после включения виброопор является дополнительным источником погрешности акселерометра.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности акселерометра путем уменьшения мощности питания виброопор.

Сущность изобретения состоит в том, что в цепь питания виброопор включены диоды.

На фиг.1 представлена схема акселерометра, где:

1 - маятник; 2 - подвижная обмотка моментного датчика; 3 - постоянный магнит; 4 - виброопоры; 5 - обмотка электромагнита виброопоры; 6 - датчик угла; 7 - усилительно-преобразовательное устройство; 8 - источник переменного напряжения; 9 - диоды.

Маятник 1, обмотка 2 образуют подвижную часть прибора, которая установлена в виброопорах 4. Камни виброопор крепятся к корпусу прибора с помощью мембран, изготовленных из магнитомягкого материала.

При прохождении по обмоткам электромагнита 5 переменного тока возникает соленоидная сила, вызывающая вибрацию камней опор 4. На фиг.2а представлена эпюра рабочего тока виброопоры i при запитке ее от синусоидального источника. Соленоидная сила электромагнита, приводящего в возвратно-поступательное движение камни опоры вдоль оси вращения подвижной части, равна

F=к _Fi²

где к_F - коэффициент преобразования электромагнита виброопоры.

Эпюра движущей силы электромагнита F представлена на фиг.2б. Эффективность снижения трения виброопорой пропорциональна амплитуде переменной составляющей соленоидной силы и частоте ее изменения f

где: к - коэффициент, определяемый конструктивными параметрами;

М_тр - момент трения в опоре.

Перегрев виброопоры определяется мощностью, потребляемой виброопорой:

N=i² _gR

где: i² _g - действующее значение рабочего тока виброопоры;

R - активное сопротивление обмотки электромагнита.

Включение в цепь питания виброопоры диода 9 (фиг.1) приводит к снижению в 2 раза действующего значения рабочего тока виброопоры в силу однополупериодной запитки обмотки опоры. Для того чтобы потребляемая мощность опоры с включенным последовательно диодом осталась неизменной (по сравнению с работой виброопоры без диода), требуется увеличить в 2 раза амплитуду питающего напряжения (фиг.2в). В этом случае амплитуда тока, проходящего по обмотке, будет в два раза превышать амплитуду тока при работе виброопоры без диода, а соленоидная сила иметь форму, представленную на фиг.2г.

Сопоставление эпюр соленоидной силы фиг.2б с силой фиг.2г показывает, что при работе с диодом постоянная составляющая силы F ₀' увеличивается в два раза, амплитуда положительной полуволны переменной составляющей в 6 раз превышает амплитуду силы виброопоры без диода, а амплитуда отрицательной полуволны - в 2 раза, при этом частота переменной составляющей уменьшается в 2 раза.

Амплитуда колебаний виброопоры, а следовательно, ее эффективность, определяется переменной составляющей соленоидной силы. Так как при работе виброопоры с диодом амплитуда переменной составляющей в среднем в 4 раза превышает амплитуду при работе без диода, а частота ее изменения снижается только в два раза, то включение в цепь виброопоры диода для случая независимости амплитуды колебаний от частоты соленоидной силы повышает эффективность ее работы в 2 раза.

Амплитуда колебаний виброопоры в акселерометре практически обратно пропорциональна частоте соленоидной силы. Последнее объясняется тем, что внутренняя полость прибора заводнена вязкой жидкостью в целях снижения вибрационной погрешности акселерометра. Поэтому включение диода в цепь питания виброопоры повышает ее эффективность работы примерно в 4 раза. Кроме этого вследствие увеличения в 2 раза постоянной составляющей соленоидной сила существенно уменьшается рабочий зазор в электромагните виброопоры. Благодаря этому возрастает индуктивность обмотки электромагнита и, как показали экспериментальные исследования, на 20% повышается его тяговая характеристика.

Это предоставляет возможность снизить более чем в 2 раза потребляемую мощность виброопоры с сохранением эффективности ее работы, тем самым уменьшить перегрев виброопор и повысить точность прибора.

Формула изобретения

Маятниковый акселерометр по а.с. №1840657, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности виброопор, он снабжен диодами, включенными последовательно с обмотками виброопор.

РИСУНКИ