Маятниковый компенсационный акселерометр

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в прецизионных поплавковых акселерометрах. Сущность: акселерометр содержит герметичный корпус 1, в котором на опорах 4 установлена подвижная часть 2 с маятником 3. Между датчиком угла 5 и датчиком момента 6 включен усилитель обратной связи 7. Дополнительная магнитная система состоит из двух стержневых постоянных магнитов 8 с обмотками 9, размещенных на корпусе. Компенсационный элемент 10 расположен на подвижной части 2. Обмотки 9 через регулировочные сопротивления 11 подключены к источнику импульсов тока 12. Технический результат: увеличение степени компенсации вредных моментов. 3 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в прецизионных поплавковых акселерометрах.

Недостатком известного способа является то, что он устраняет только среднюю величину тяжений в партии приборов, но не позволяет осуществлять компенсацию случайных отклонений от средней величины тяжений.

Известен также способ компенсации тяжений наложением моментов с помощью дополнительной магнитной системы, в котором установка требуемой величины момента компенсации производится механическим перемещением дополнительной магнитной системы относительно корпуса акселерометра.

Недостатком этого способа является отсутствие возможности регулировки акселерометра в загерметизованном состоянии, в котором наиболее точно (по сравнению с другими стадиями изготовления акселерометра) могут быть измерены параметры акселерометра, и, следовательно, с максимальной точностью может быть осуществлена компенсация тяжений.

Известен, кроме того, способ компенсации вредных моментов путем наложения момента с использованием магнитной системы датчика момента, в управляющую обмотку которого подается постоянный ток, величина которого подбирается такой, что развиваемый датчиком момент обеспечивает компенсацию вредного момента (Блюмин Г.Д. "Теория и конструкция гироскопических приборов и систем", стр.228).

Недостатками известного способа являются, во-первых, потребление электроэнергии узлом компенсации при работе прибора и, во-вторых, зависимость качества компенсации от стабильности источника тока.

Целью настоящего изобретения является повышение точности акселерометра путем компенсации вредных моментов акселерометра в загерметизированном состоянии без использования дополнительных источников питания в процессе его эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что к подвижной части акселерометра прикладывают дополнительный момент магнитной системой, состоящей, например, из двух постоянных магнитов, для чего после измерения вредного момента изменяют величину напряженности магнитного поля магнитов их перемагничиванием с помощью установленных на магнитах обмоток, в которые одновременно подают импульсы тока требуемой амплитуды и знака.

Способ уменьшения вредных моментов акселерометра может быть рассмотрен на примере маятникового акселерометра, схема которого приведена на фиг.1, где:

1 - герметичный корпус;

2 - подвижная часть;

3 - маятник;

4 - опоры подвижной части;

5 - датчик угла поворота подвижной части;

6 - датчик момента;

7 - усилитель обратной связи;

8 - магниты дополнительной магнитной системы;

9 - обмотки магнитов;

10 - элемент компенсации;

11 - регулировочные резисторы;

12 - источник импульсов тока.

Акселерометр содержит герметичный корпус (1), в котором на опорах (4) установлена подвижная часть (2) с маятником (3), датчик угла (5) и датчик момента (6) с включенным между ними усилителем обратной связи (7), дополнительную магнитную систему, состоящую из двух стержневых постоянных магнитов (8) с обмотками (9), размещенных на корпусе, и компенсационного элемента (10), установленного на подвижной части (2). Обмотки (9) через регулировочные сопротивления (11) подключены к источнику импульсов тока (12).

При действии ускорения со стороны маятника (3) на подвижную часть (2) акселерометра действует момент, вызывающий поворот подвижной части (2) относительно корпуса (1). При этом с датчика угла (5) через усилитель (7) подается сигнал в управляющую обмотку датчика момента (6), который прикладывает к подвижной части (2) момент, уравновешивающий воздействие маятника (3). Ток в управляющей обмотке датчика момента пропорционален действующему ускорению и является выходным сигналом акселерометра.

Наличие вредных моментов приводит к появлению ложного сигнала на выходе акселерометра и значительно снижает его точность.

Компенсация вредных моментов осуществляется дополнительной магнитной системой, состоящей из постоянных магнитов (8) и элемента компенсации (10), выполненного из магнитомягкого материала. Магнитное поле магнитов оказывает силовое воздействие на элемент компенсации, в результате чего к подвижной части прикладывается момент, компенсирующий вредный.

Величина и знак силового воздействия регулируется изменением характера магнитного поля в области элемента компенсации.

Известный способ компенсации заключается в механическом перемещении магнитов относительно элемента компенсации без изменения напряженности поля самих магнитов, в результате чего изменяется силовое воздействие магнитного поля магнитов на элемент.

Механическое перемещение исключает возможность регулировки вредных моментов в герметичных приборах, что значительно снижает точность компенсации.

Предлагаемый способ позволяет осуществить компенсацию вредного момента в рассматриваемой конструкции акселерометра следующим образом.

После измерения вредного момента на подвижной части акселерометра (обусловленного тяжениями токоподводов, магнитными тяжениями рамки датчика момента и т.д.) в соответствии с величиной и знаком вредного момента в обмотки (9) магнитов от источника (12) подаются электрические импульсы. Величина тока в каждой обмотке определяется величиной регулировочных сопротивлений (11). При уменьшении одного из сопротивлений амплитуда импульса тока в обмотке, последовательно соединенной с этим сопротивлением, увеличивается и наоборот. От величины тока в обмотке зависит степень намагниченности магнита. Чем больше амплитуда импульса тока в обмотке, тем выше напряженность магнитного поля магнита.

Т.о., при различных величинах регулировочных сопротивлений подача импульса от источника приводит к различной намагниченности магнитов системы компенсации, определенное различие напряженности магнитного поля магнитов обеспечивает требуемую величину момента компенсации без механического перемещения магнитов.

На фиг.2 представлена моментная характеристика М _к(α) компенсационного устройства с двумя параллельными стержневыми сердечниками из высокооэрцитивного сплава с одинаковыми силовыми характеристики. Координата α соответствует смещению элемента компенсации (при отклонении подвижной части акселерометра) относительно магнитов. М _к - величина компенсационного момента, приложенного к подвижной части за счет силового воздействия магнитов на элемент компенсации.

В том случае, если элемент компенсации находится на линии геометрической симметрии системы (α=0), он испытывает равные и противоположно направленные воздействия F₁ и F₂ со стороны магнитов, результирующая сила F_p равна нулю, т.е. М_к=0.

При изменении силовой характеристики одного из магнитов в результате перемагничивания на элемент компенсации действуют разные по величине силы, в результате М_к≠0 и направлен в сторону более сильного магнита.

Моментная характеристика компенсатора при изменении силовых характеристик одного из магнитов при неизменности свойств второго магнита представлена на фиг.3. Из фиг.3 видно, что

при М₂ =М₁ (F₂=F ₁) М_к=0

М₂ '>М₁ (F₂>F ₁) М_к>0

М ₂''<М₁ (F ₂<F₁) М_к <0

Т.о., при определенном соотношении регулировочных сопротивлений при подаче электрического импульса в обмотки обеспечивается (перемагничиванием) требуемое соотношение значений напряженности магнитного поля магнитов Н₁ и Н ₂, которое позволяет получить соответствующую разность сил F_p=F₂-F ₁, действующих на элемент компенсации, и тем самым наложить на подвижную систему акселерометра момент М_к , компенсирующий вредный. Величина вредного момента измеряется заранее. Зависимость отношения Н₁ к Н ₂ от отношения находится экспериментально (для каждого типа акселерометра). Зависимость величины М_к от отношения Н _к к Н₂ также экспериментальным путем.

Общая зависимость М_к от , построенная, например, графически, позволяет по требуемой величине М_к (полученной в результате измерения вредного момента) определить соответствующее отношение и произвести перемагничивание. Если при этом не обеспечивается требуемая точность компенсации, плавным изменением одного из сопротивлений, последующим перемагничиванием магнитов импульсом тока и контрольным измерением вредного момента добиваются компенсации в пределах требуемых норм.

Одновременное перемагничивание магнитов (но в разной степени, т.е. разными по амплитуде импульсами) позволяет в процессе регулировки сохранять постоянной (в некоторых пределах) крутизну момента компенсации по углу поворота подвижной системы акселерометра, что исключает некоторые погрешности акселерометра, связанные с наличием статизма.

Предлагаемый способ может быть использован не только в рассматриваемой конструкции компенсационного акселерометра, но и в любой другой, содержащей дополнительную магнитную систему (для компенсации тяжений) с постоянными магнитами.

В рассмотренной конкретной конструкции с размерами магнитов дополнительной магнитной системы 1 мм×1 мм×10 мм, материалом магнитов - высокоэрцитивным сплавом ЮНДК-35-75, числом витков в обмотке - 100 и источником импульсов с амплитудой 300 В, предлагаемый способ обеспечивает компенсацию вредных моментов в пределах ±10 ^-4 Гсм.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:

- исключает необходимость механического перемещения элементов конструкции,

- позволяет осуществлять регулировку герметизированных приборов,

- не требует электроэнергии для компенсации вредных моментов в процессе эксплуатации акселерометра, т.е. сокращает энергопотребление акселерометра и не создает дополнительных источников тепла.

Перечисленные факторы значительно повышают точность акселерометра в случае использования предлагаемого способа уменьшения вредных моментов.

Формула изобретения

Маятниковый компенсационный акселерометр, содержащий подвижную часть с ферромагнитным элементом компенсации, дополнительную магнитную систему компенсации вредных моментов с двумя постоянными стержневыми магнитами, датчики угла, датчик момента и усилитель, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени компенсации вредных моментов, он снабжен двумя обмотками, закрепленными на магнитах системы компенсации.

РИСУНКИ