Способ регулировки параметров поплавкового акселерометра с фотоэлектрическим датчиком угла

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для контроля параметров акселерометров. Сущность: регулировку параметров осуществляют путем выбора положения его узлов и элементов. При этом нуль датчика угла устанавливают перемещением излучателя в отсутствии модулятора. Заливают акселерометр рабочей жидкостью и по смещению нуля датчика угла судят о возможности дальнейшей регулировки акселерометра без заливки его рабочей жидкостью. Технический результат: упрощение регулировки. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при изготовлении маятниковых компенсационных акселерометров.

Известен способ стабилизации оси чувствительности маятникового компенсационного акселерометра в плоскости, перпендикулярной оси подвеса, за счет повышения стабильности нуля датчика угла путем установки модулятора в начальное положение (Гироскопические системы часть III. Элементы гироскопических приборов под общ. редакцией Д.С.Пельпора, Москва., издат. Высшая школа, 1972 г.); известен способ стабилизации оси чувствительности маятникового компенсационного акселерометра путем расположения спирали лампы накаливания вдоль направления перемещения модулятора (а.с. 1799141 от 8.06.72 г. G01р 15/08).

Известные способы стабилизации оси чувствительности имеют тот недостаток, что при их использовании вносится погрешность, обусловленная установкой модулятора в начальное положение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ стабилизации оси чувствительности акселерометра в плоскости, перпендикулярной оси подвеса, путем подбора характеристик фотодиодов датчика угла при установке модулятора в положение равномерного освещения.

Стабилизация датчика угла в известном способе осуществляется при положении модулятора, обеспечивающем равномерное освещение фотодиодов. Однако оценка установки модулятора в положение равномерного освещения может быть осуществлена по "нулю" датчика угла, который, в свою очередь, определяется имеющейся неидентичностью чувствительности пластин фотодиодов и положением источника излучения.

Т.е. практически установить модулятор в положение равномерного освещения не представляется возможным; а положение модулятора, установленного таким образом, чтобы по выходу датчика угла был нулевой сигнал, компенсирует неидентичность пластин фотодиодов и положение источника излучения.

Таким образом, установкой модулятора в положение равномерного освещения регулируется не "фотоэлектрический ноль" датчика угла, определяющий стабильность положения оси чувствительности, а регулируется "конструктивный ноль" датчика угла за счет положения модулятора.

Однако, учитывая, что в современных акселерометрах в качестве источника излучения используется арсенид-галлиевый источник, обладающий направленным излучением и имеющий по сравнению с лампой накаливания ряд существенных преимуществ (большой КПД, высокая мощность излучения и т.д.), регулировка на воздухе без учета влияния жидкостной среды приводит к нестабильности оси чувствительности.

С другой стороны, регулировка и последующая стабилизация в жидкостной среде крайне трудоемка и нетехнологична, так как это влечет за собой усложнение технологического процесса, предусматривающего вакуумирование, обезгаживание, промывку, заливку и температурную стабилизацию в жидкостной среде.

Целью настоящего изобретения является увеличение точности и технологичности изготовления маятникового компенсационного акселерометра.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе путем перемещения излучателя относительно фотодиода регулируют без модулятора на воздухе ноль фотоэлектрического датчика угла, помещают акселерометр в жидкость, которой он заполняется, и по величине смещения нуля датчика угла выбирают среду для дальнейшей регулировки и стабилизации оси чувствительности акселерометра.

Предлагаемый способ включает в себя следующие операции.

1. Устанавливают модулятор вне рабочей зоны датчика угла акселерометра.

2. Определяют величину электрического "нуля" датчика угла акселерометра на воздухе.

3. Перемещают излучатель относительно фотодиода до получения на выходе датчика угла электрического нуля.

4. Помещают акселерометр в рабочую жидкость.

5. Измеряют величину смещения электрического "нуля" датчика угла.

6. Выбирают по величине смещения электрического "нуля" датчика угла среду для дальнейшей регулировки и стабилизации оси чувствительности акселерометра.

Поскольку стабильность оси чувствительности акселерометра в плоскости, перпендикулярной оси подвеса, определяется стабильностью датчика угла, рассмотрим уравнение выходного напряжения датчика угла, схема которого представлена на чертеже.

где I_ф1 - фототок фотодиода 1,

I_ф2 - фототок фотодиода 2,

i_s1, i_s2 - темновые токи фотодиодов,

λ - const,

R_ш - шунтирующее сопротивление.

Известно, что величина фототока находится в линейной зависимости от величины потока облучения, падающего на светочувствительную поверхность фотодиода

к - чувствительность фотодиода,

φ - величина потока облучения,

тогда формула (1) приобретает вид

При значении выходного напряжения датчика угла, равным нулю, выражение (3) примет вид

т.к.

т.е.

Таким образом, для поддержания нулевого сигнала на выходе датчика угла акселерометра необходимо соблюдение равенства (4).

Выразив величину потока облучения по формуле

где S - площадь всей облученной поверхности фотодиода,

r - расстояние между излучателем и плоскостью светочувствительной поверхности фотодиода,

Р - мощность облучения фотодиода, где, в свою очередь, величина мощности облучения зависит от тока питания излучателя (I_пит.) и диаграммы направленности излучения излучателя (α), т.е.

P=f(I_пит.; α),

где α - положение оптической оси диаграммы направленности излучения излучателя относительно светочувствительной поверхности фотодиода.

Уравнение (4) примет вид

Учитывая, что величины интегральных коэффициентов фотодиодов (K₁, K₂ ), площади светочувствительных пластин фотодиодов (S ₁, S₂), расстояние между излучателем и фотодиодом (2), ток питания излучателя (1) для данного акселерометра на воздухе постоянны, добиться выполнения равенства (5) можно путем изменения положения оптической оси диаграммы направленности излучения излучателя относительно светочувствительной поверхности фотодиода (изменяя угол α).

Изменение угла осуществляется перемещением излучателя на воздухе без модулятора.

Последующая установка модулятора с контролем нуля выходного напряжения не приводит к нарушению равенства (5), а следовательно, не вносит погрешности в электрический ноль датчика угла акселерометра.

При известном способе регулировки с установкой модулятора из-за неточности геометрической установки модулятора нарушается равенство площадей S ₁ и S₂, которое компенсируется за счет перекоса потока излучения, что приводит к неидентичности характеристик фотодиодов и влечет за собой временную и температурную нестабильность.

Например, для акселерометра, имеющего в своем составе светодиод ЗЛ107Б с мощностью излучения 10 мВт и фотодиод типа φД-20-32К с интегральной чувствительностью 3,8 ма/лм, стабильность оси чувствительности в плоскости, перпендикулярной оси подвеса, составляет при регулировке известным способом 2', при предлагаемом способе 30''.

Кроме того, учитывая, что для обеспечения точностных характеристик (трения, демпфирования и т.д.) современные маятниковые компенсационные акселерометры заполняются кремнеорганической жидкостью типа Д2-06, Б2П и т.д., при заливке акселерометра жидкостью происходит смещение оптической оси диаграммы направленности излучения излучателя на угол Δα. Это приводит к нарушению равенства (5) и влечет за собой изменение электрического нуля датчика угла акселерометра от 0 до 20 угл.мин. Компенсация же такого смещения "нуля" положением модулятора приводит к дополнительной нестабильности оси чувствительности при работе акселерометра в диапазоне температур +15÷+50°С (реальная температура в гиростабилизированной платформе) от 0 до 3 угл.мин.

Причем для узконаправленной диаграммы излучения излучающего диода (при положении оптической оси диаграммы направленности излучающего диода ЗЛ107Б, составляющей 40°) величина смещения нуля датчика угла акселерометра после заливки жидкостью составляет 20 угл.мин, что приводит к нестабильности оси до 3 угл.мин. При диаграмме излучения излучающего диода, имеющего положение оптической оси 120° (разброс положения оптической оси диаграммы направленности излучения излучающего диода ЗЛ107Б от экземпляра к экземпляру составляет 40°÷120°), величина смещения нуля датчика угла акселерометра после заливки жидкостью составляет 0 угл.мин и соответственно нестабильность оси составит 0 угл.мин, т.е. по величине смещения нуля ΔU_вых выбирается среда для обеспечения требуемой точности.

Таким образом, использование предлагаемого способа по сравнению с известными способами:

- увеличивает точность акселерометра за счет стабилизации нуля датчика угла,

- улучшает технологичность за счет сокращения времени регулировки и упрощения процесса стабилизации.

Формула изобретения

Способ регулировки параметров поплавкового акселерометра с фотоэлектрическим датчиком угла путем выбора положения его узлов и элементов, отличающийся тем, что, с целью упрощения регулировки, перемещением излучателя устанавливают нуль датчика угла в отсутствии модулятора, заливают акселерометр рабочей жидкостью и по смещению нуля датчика угла судят о возможности дальнейшей регулировки акселерометра без заливки его рабочей жидкостью.

РИСУНКИ